WO2013178379A1 - Elektronikmodul sowie verfahren zur herstellung eines solchen elektronikmoduls, sowie elektronisches steuergerät mit einem solchen elektronikmodul - Google Patents

Elektronikmodul sowie verfahren zur herstellung eines solchen elektronikmoduls, sowie elektronisches steuergerät mit einem solchen elektronikmodul Download PDF

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WO2013178379A1 PCT/EP2013/056335 EP2013056335W WO2013178379A1 WO 2013178379 A1 WO2013178379 A1 WO 2013178379A1 EP 2013056335 W EP2013056335 W EP 2013056335W WO 2013178379 A1 WO2013178379 A1 WO 2013178379A1
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electronic module
molding compound
electronic
molding
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PCT/EP2013/056335
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Ulrich Schaaf
Jochen Neumeister
Torsten Berger
Joachim Knoll
Frieder Sundermeier
Paeivi Lehtonen
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires

Definitions

  • the invention relates to an electronic module, in particular for an electronic control unit, with the features of the preamble of the independent device claim and a method for producing such an electronic module, as well as an electronic control unit with such an electronic module.
  • Electronic control devices usually have a variety of electrical and electronic components. These components are often very sensitive to external mechanical influences (e.g., by contact) or media such as e.g. Water, oil, gases or other aggressive substances. In order to effectively protect the electrical and / or electronic components against these influences, the components (e.g., capacitors, custom integrated circuits, so-called ASICs, sensors, transistors, etc.) are typically fabricated on substrates such as silicon dioxide. Printed circuit boards or ceramics arranged and then the substrates installed in housing. A mold housing provides a simple and inexpensive way to realize such a housing. To produce a molded housing, the assembled substrate is cast with a thermosetting epoxy resin, a so-called molding compound, in a transfer gold process. The mold materials used vary depending on
  • Cost-effective standard gold materials contain as fillers predominantly SiO 2, have only a low thermal conductivity and therefore can not always dissipate the heat sufficiently, for example, when power semiconductors are in the mold housing. Molded materials which, due to special fillers, have a higher thermal conductivity than standard gold materials filled with SiO 2 are often considerably more expensive than the standard gold materials.
  • DE 10 2008 043 774 AI One way to use inexpensive standard gold materials and at the same time to improve the heat dissipation in electronic modules with Mold housing is described in DE 10 2008 043 774 AI.
  • a window in the housing housing is recessed on the side of the substrate facing away from the heat-shrinkable component, which extends down to the substrate, so that the cooling of the component is improved.
  • DE 10 2008 043 774 AI also proposes to place the mold window directly over the component to be cooled for certain components.
  • the mold window is filled with a thermally conductive mold material after the mold housing has been produced in a further molding process. Such a decay of the mold window in a further mold step is relatively complicated and requires several Moldvortician.
  • ePads exposed pads
  • exposed pads made of materials with high thermal conductivity, such as metal or ceramic.
  • the device with the features of the independent claim has the advantage that the cooling of electrical and / or electronic components, which are located in a closed mold housing easy, inexpensive and with optimized durability ensured by the use of two different mold materials is.
  • an electronic module in particular for an electronic control device, the electronic module having a substrate with a first side and a second side facing away therefrom, the substrate having a first surface on the first side and a second surface on the second side Has surface, wherein on the substrate on the first and / or second side electrical and / or electronic components are arranged, wherein at least one electrical and / or electronic nisches device generates heat during operation, wherein the substrate on the first side of the substrate with a first molding compound of a first material and on the second side of the substrate with a second molding compound of a second material different from the first material is provided and wherein the second material has a higher thermal conductivity than the first material.
  • a contiguous area fraction of at least 80% of the second area of the substrate is advantageously covered directly or indirectly by the second molding compound.
  • the substrate on the one hand can be completely enclosed by the housing housing and thus protected against external influences such as mechanical influences or the action of aggressive external fluid media and on the other hand a sufficient large-scale cooling of at least one heat generating electrical and / or or electronic component is ensured.
  • the mold housing in a single Moldspritzvorgang with a single mold tool is simple and inexpensive to produce. This results in a particularly advantageous uniform, continuously networked mold housing, which has a particularly good durability, since no seams occur in the contact area between the two molding compounds.
  • a surface action (eg by a plasma step) is advantageously eliminated after spraying the first molding compound, which could be necessary for adhesion of the second molding compound to the first molding compound in the case of sequential spraying of the two molding compounds in two molding processes.
  • a surface action eg by a plasma step
  • a particularly advantageous embodiment of the invention results from the fact that the at least one heat-generating electrical and / or electronic component is arranged on the first side of the substrate. This advantageously ensures that the heat dissipation of the heat-generating component is effected through the substrate and the second molding compound.
  • the overall height of the mold housing can be kept low by moving the substrate in its vertical orientation, ie along the direction of its smallest extension (z axis). is not arranged centrally to the housing housing.
  • the substrate is then advantageously offset along the z-axis from the center.
  • the cooling improves, since the heat must be removed in the mold housing over a shorter distance.
  • the volume of the more expensive second molding compound is reduced so favorably, which reduces the costs for the mold housing.
  • the second molding compound with the higher thermal conductivity is the heat-generating component directly covered and so the heat can be dissipated without interposition of the substrate.
  • the second molding material has a thermal conductivity greater than 2 W / (m * K).
  • the substrate can be produced in a particularly cost-effective manner and, as a single-layer or multi-layer variant, offers a variety of options for incorporating circuits into the substrate.
  • the substrate of the electronic module can be designed as a ceramic substrate.
  • a particularly good thermal conductivity of the substrate is advantageously achieved, and at the same time circuits and / or passive electrical components can advantageously be integrated in a single-layer or multi-layered embodiment of the ceramic substrate.
  • the substrate may also be a metallic leadframe, more preferably copper. As a result, a good heat conduction of the substrate is achieved particularly advantageous.
  • the electronic module has electrical connection elements which are electrically contacted with the substrate and which are guided by the molding compound to the outside. This advantageously has the effect that the electronic module can be integrated into a control unit with little effort and that the sensitive areas of the electrical contacting of components on the substrate and the electrical connection elements are protected against external mechanical influences or against the attack of fluid media.
  • the fact that the electronic module is part of a modular control device with a plurality of electronic modules, which are each completely or partially surrounded by molding compound, is advantageously achieved that the electronic module also in an Ap- plication of the controller in an environment with aggressive media (such as gear oil) can be operated without destruction.
  • the method with the features of the independent method claim has the advantage that the electronic module can be produced in a simpler, less expensive and more reliable manner.
  • This is inventively achieved in that the substrate on which electrical and / or electronic components are arranged, wherein at least one electrical and / or electronic device generates heat during operation, in a cavity of an open mold tool is inserted.
  • a first molding compound of a first material and a second molding compound of a second material different from the first material is provided, wherein the second material has a higher thermal conductivity than the first material.
  • the first molding compound is inserted into at least one first molding material store and the second molding compound is inserted into at least one second molding material store of the molding tool. Thereafter, the mold is closed.
  • the first and second molding compounds are supplied from the at least one first and at least one second molding media into the mold cavity during or after mold closing, with a contiguous surface portion of at least 80% of the second surface of the substrate of the second molding compound covered directly or indirectly. Due to the fact that the two molding compounds are injected into a mold, a simple and cost-effective production is advantageously possible. Particularly advantageous is achieved by the use of only one mold and a high reliability, since no seams occur in the contact area of the two molding compounds.
  • the first molding compound and the second molding compound are simultaneously supplied into the cavity of the molding tool, in particular such that the first molding compound and the second molding compound have a continuous crosslinking in their contact area.
  • the mold housing By simultaneously feeding both molding compositions, it is advantageously achieved that the two molding compounds crosslink simultaneously and continuously, ie also in the contact region with one another, and thus particularly advantageously the mold housing also has a continuous composite in the contact region.
  • the molded housing of such a uniform design is particularly stable against mechanical influences or the attack of aggressive fluid media.
  • electrical and / or electronic components are particularly advantageous protected against external influences.
  • the electronic module is set on a control unit such that the second molding compound of the electronic module is connected to a cooling part of the control unit and that the electronic module is electrically connected to the control unit, a particularly advantageous heat dissipation of the heat can be generated achieve electrical and / or electronic device by the heat of the device is delivered via the molding compound of the mold housing to the acting as a heat sink of the heat dissipation serving part of the controller.
  • control unit on which the electronic module is fixed can be further developed in such a way that the control unit has a heat sink and a control unit printed circuit board arranged on the heat sink with a recess, that the electronic module in the recess of the control unit printed circuit board with the second molding compound on the Heatsink and that electrical connection elements of the electronic module are electrically contacted with the control unit printed circuit board.
  • the heat dissipation of the heat generating in operation electrical and / or electronic component is advantageously promoted by serving as a heat sink heat sink, continue a compact design of the controller is advantageously achieved by the arrangement of the recess provided with a control circuit board on the heat sink and finally the heat sink advantageously improve the EMC protection of the electronic module.
  • Fig. La is a cross section of an embodiment of an inventive
  • FIG. 1b shows a cross-section of a further exemplary embodiment of an electronic module according to the invention, in which the substrate is not arranged centrally in the mold housing in the vertical direction of the mold housing;
  • FIG. 2 shows a cross section of a further exemplary embodiment of an electronic module according to the invention, in which the heat-generating electrical and / or electronic component is arranged on the second side of the substrate;
  • Fig. 3 shows a cross section through a part of a control device, is mechanically and electrically connected to the inventive electronic module.
  • FIG 4 shows a cross section through a molding tool in the manufacture of the electronic module according to the invention.
  • Fig. La is a cross section in the xz direction of an embodiment of an electronic module (100) is shown.
  • a coordinate system with the arbitrary position of the three spatial directions x, y, and z is shown schematically.
  • Such an electronic module can be used, for example, in electrical and / or electronic control devices.
  • the electronic module (100) may also be a printed circuit board module.
  • the electronic module (100) can be used in various control devices from various areas, for example, in control units for transmission control in motor vehicles, but also in battery management, as well as provided with power semiconductors in applications for electric drives and hybrid vehicles, without being limited to such applications.
  • Figure la shows a substrate (200) having a first side (210) and a second side (220).
  • the substrate may, for example, a printed circuit board (202), a ceramic substrate (204) or also be a metallic stamped grid (206).
  • electrical and / or electronic components (300) are arranged on the first side (210) and / or on the second side (220) of the substrate (200).
  • the components (300) may be passive components, such as resistors, capacitors, coils and the like, but other components are also conceivable, such as sensors, user-specific integrated circuits (ASICs), power semiconductors, operational amplifiers and the like.
  • at least one component (310) which generates heat during operation is arranged on the substrate (200).
  • These devices (300, 310) may be directly electrically connected to the substrate (200), for example, by soldering or by gluing with conductive adhesive. However, they may also be fixed mechanically to the substrate (200) by bonding, for example, and may be electrically contacted to the substrate (200) by electrical connection elements (350) such as bonding wires and the like.
  • the substrate (200) and the electrical and / or electronic components (300, 310) arranged thereon are completely surrounded by a mold housing (400) in this exemplary embodiment and thus protected against external mechanical influences and against attack by aggressive media.
  • the mold housing is composed of a first molding compound (410), which covers the first side (210) of the substrate (200), as well as parts of electrical connection elements (500), and a second mold (420), the second side (220) of the substrate (200) covered.
  • the substrate (200) is preferably flat and flat. This means that two of the three spatial axes of the substrate, in this case the x and the y direction, have a significantly greater spatial extent than the third spatial axis of the substrate (200) (here: z direction).
  • the substrate (200) is preferably thinner than 3 mm in the z-direction, particularly preferably thinner than 1 mm, preferably thinner than 0.5 mm.
  • the substrate (200) spans a surface.
  • the first surface (211) of the substrate (200) is understood to be the surface in the xy plane spanned on the first side (210) of the unpopulated substrate (200).
  • the second surface (212) of the substrate (200) on the second Page (220) of the unpopulated substrate (200) spanned area in the xy plane understood.
  • the direct or indirect coverage of an area fraction of 80% of a surface of the substrate (200) is understood to mean that 80% of this area of the substrate (200) is covered by molding compound.
  • the mold housing (400) can also be a very simple design, for example, the mold housing (400) can be a Small Outline Integrated Circuit (SOIC) housing, a Land Grid Array (LGA) housing, a BGA housing (Ball Grid Array), a low profile Quad Fiat Package (LQFP), a Thin Quad Fiat Pack (TQFP) package, or a similar package type commonly used when the electronics module (100) is a simple semiconductor module such as one Sensor and an ASIC or just an ASIC.
  • SOIC Small Outline Integrated Circuit
  • LGA Land Grid Array
  • BGA housing BGA housing
  • LQFP low profile Quad Fiat Package
  • TQFP Thin Quad Fiat Pack
  • Fig. Lb another embodiment of the electronic module is shown as
  • the heat-generating electrical and / or electronic component (310) is fixed on the substrate (200) via a thermal via (260), so that a particularly good heat dissipation through the substrate (200) into the second molding compound (420 ) is ensured.
  • the thermal via (260) preferably consists of a material with a particularly good thermal conductivity, for example a metal. It is embedded in the substrate so as to enhance the transfer of heat from one side of the substrate (200) to the other side of the substrate (200).
  • the second molding compound (420) consists of a material which has a higher thermal conductivity than the material of which the first molding compound (410) is composed.
  • the thermal conductivity of the second molding compound is preferably more than 2 W / (m * K), particularly preferably more than 3 W / (m * K). This can be achieved for example by a filler content of material with high thermal conductivity, for example by filler of Al 2 O 3 or other substances whose thermal conductivity is significantly greater than the thermal conductivity of the SiO 2 commonly used as filling material. This ensures that the heat of the heat-generating component (310) can be dissipated to a sufficient extent from the mold housing (400). In the embodiment shown in the figure, the substrate (200) is no longer centered in the z-direction with respect to the expansion of the mold housing (400) arranged in the mold housing (400).
  • the expansion of the mold layer of the first molding compound (410) on the first side of the substrate (210) in the z-direction is greater than the expansion of the mold layer of the second molding compound (420) on the second side of the substrate ( 220) in the z direction.
  • this may be due to the fact that at least one electrical and / or electronic component which is to be covered by molding compound has a large overall height and at the same time the mold housing (400) should be as flat as possible.
  • the distance over which the heat has to be dissipated by the second molding compound (420) is smaller compared with a symmetrical mold housing (400) Expansion in z-direction.
  • less volume of the expensive second molding compound (420) is needed.
  • the first molding compound (410) also covers portions of the second side (220) of the substrate (200). This may have geometric causes, in that the flow front of the first molding compound (410) reaches the edges of the substrate (200) more quickly than the flow front of the second molding compound (420) during injection, for example due to the geometry of the molding tool or the position of the substrate (200) in the mold cavity of the injection mold.
  • the first molding compound (410) also covers portions of the second side (220) of the substrate (200).
  • the partial overlapping of the second side (220) of the substrate (200) with the first molding compound (410) can also be achieved by targeted flow front influencing, for example by the injection time of the second molding compound (420) is specially adapted to the mold.
  • the flow front of the second molding compound (420) reach the edges of the substrate (200) faster than the first molding compound (410). In such a case, portions of the first side (210) of the substrate (200) are covered by the second molding compound (420).
  • FIG. 2 A further exemplary embodiment as a cross section in the xz direction is shown in FIG. 2.
  • the heat generating electrical and / or electronic component (310) is arranged on the second side (220) of the substrate (200).
  • the electrical contacting of the component (310) takes place in this exemplary embodiment by electrical connecting elements (350) designed as bonding wires.
  • the electrical signals of the heat-generating component (310) are then transferred on the substrate side by means of electrical vias (250) in the substrate (200) to the first side (210) of the substrate.
  • Such a design is preferably chosen to enhance the electromagnetic compatibility (EMC) of the heat generating device (310) and / or to facilitate heat transfer from the heat generating device (310) to the second molding compound (420) and to open the way a heat sink in contact with the second molding compound (420) to shorten.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • FIG. 3 shows a cross section in the x-z direction of a section of a control device (800) with an electronic module (100) fixed to the control unit.
  • the control unit (800) can be, in particular, a control unit (800) for the transmission control, wherein such a control unit can be arranged in the transmission and is exposed, for example, to the transmission oil.
  • Other uses include controllers (800) with electronic modules (100) for electric vehicles, for hybrid vehicles, and the like.
  • Electronic modules (100) in such applications usually have power semiconductors as heat-generating electrical and / or electronic components (310).
  • the electronic module (100) is connected to a cooling element (700) of the control device (800) which is designed as a heat sink and serves for heat dissipation.
  • the part (700) which serves for the drainage is preferably a heat sink (710), more preferably a metallic heat sink (710).
  • the electronic module (100) is connected to the heat sink (710) in a recess (620) of a control unit printed circuit board (600).
  • the controller board (600) is preferably fixed on the heat sink (710).
  • the electronic module (100) is set on the heat sink (710) so that a direct, continuous contact exists, more preferably between the electronic module (100) and the heat sink (710) a thermal paste is introduced, which ensures a good heat transfer ,
  • the electrical connection of the electronic module (100) to the control unit printed circuit board (600) is achieved in the embodiment shown by electrical connection elements (500), for example metallic pins, which are conductively connected to the control unit printed circuit board (600).
  • the connection can be made, for example, by bonding, soldering,
  • FIG. 4 The substrate (200) on which electrical and / or electronic components (300) are arranged, wherein at least one electrical and / or electronic component (310) generates heat during operation, is inserted into a cavity (930) of an opened molding tool (900). inserted.
  • a first molding compound (410) of a first material and a second molding compound (420) of a second material different from the first material are provided.
  • the second material has a higher thermal conductivity than the first material.
  • the first molding compound (410) is inserted into at least one first molding material store (910) and the second molding compound (420) is inserted into at least one second molding material store (920) of the molding tool (900).
  • the mold (900) is closed.
  • the materials of the first and second molding compounds (410, 420) liquefy.
  • the two liquid molding compounds (410, 420) thus present are then introduced into the cavity (930, 920) during or after closing of the mold (900) using pressure (about 50 to 150 bar) from the mold mass storages (910, 920) ) of the mold (900).
  • the first molding compound (410) is supplied in such a way that it predominantly covers the first side (210) of the substrate (200), the second molding compound (420) is supplied so that it has a continuous surface portion of at least 80% of the second surface (410). 212) of the substrate (200) is covered directly or indirectly.
  • the epoxy resins of the two molding compounds (410, 420) irreversibly crosslink to form a thermosetting network, wherein the volume of the crosslinked molding (of the mold housing (400)) remains about 1-3 as a result of crosslinking % shrinks and thus firmly encloses the enclosed loaded substrate (200).
  • the mold housing (400) thus formed in the mold (900) is then held for a short time at the applied temperature of about 170 ° C. in the mold (900), so that the molding compound can still harden.
  • the mold (900) is opened and the electronic module (100) in the mold housing (400) removed from the cavity (930) of the mold (900).
  • the two molding compounds (410, 420) are supplied to the cavity (930) over time ("simultaneously") in such a way that they form a common network in their contact region (430) during the crosslinking process.
  • a sequential feeding of the two molding compounds (410, 420) is also conceivable.
  • the first one molding compound in the cavity (930) of the mold (900) is supplied and crosslinked there. Only after completion of the crosslinking of one molding compound is the other molding compound then fed into the cavity (930) of the molding tool (900). In this case, in the area of contact between the two molding compounds (410, 420), the formation of a common crosslinking is not ensured.
  • a sequential feed is preferably used in the so-called Sheetmolden.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul(100), insbesondere für ein elektronisches Steuergerät, mit einem eine erste (220) aufweisenden Substrat (200), wobei das Substrat (200) auf der ersten Seite (210) eine erste Fläche (211) und auf der zweiten Seite (220) eine zweite Fläche (212) aufweist, wobei an dem Substrat (200) auf der ersten Seite (210) und/oder zweiten Seite (220) elektrische und/oder elektronische Bauelemente (300) angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (310) im Betrieb Wärme erzeugt. Um die Entwärmung des Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelements (310) einfach, kostengünstig und zuverlässig zu erzielen ist dabei vorgesehen,das Substrat (200) auf der ersten Seite (210) des Substrats (200) mit einer ersten Moldmasse (410) aus einem ersten Material und auf der zweiten Seite (220) des Substrats (200) mit einer zweiten Moldmasse (420) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material so zu versehen,dass ein zusammenhängender Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche (212) des Substrats (200) von der zweiten Moldmasse (420) direkt oder indirekt abgedeckt ist. Das zweite Material soll dabei eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls (100) und ein elektronisches Steuergerät (800) mit einem Elektronikmodul (100).

Description

Beschreibung
Titel
Elektronikmodul sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektronikmoduls, sowie elektronisches Steuergerät mit einem solchen Elektronikmodul
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, insbesondere für ein elektronisches Steuergerät, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektronikmoduls, sowie ein elektronisches Steuergerät mit einem solchen Elektronikmodul.
Ein Elektronikmodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs ist aus der DE 10 2008 043 774 AI bekannt.
Elektronische Steuergeräte weisen in der Regel eine Vielzahl von elektrischen und elektronischen Komponenten auf. Diese Komponenten sind oft sehr empfindlich gegen äußere mechanische Einflüsse (z.B. durch Berührung) oder auch gegen Medien, wie z.B. Wasser, Öl, Gase oder andere aggressive Substanzen. Um die elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen gegen diese Einflüsse wirksam zu schützen, werden die Bauelementen (z.B. Kondensatoren, anwenderspezifische Integrierte Schaltkreise, sog. ASICs, Sensoren, Transistoren, usw.) üblicherweise auf Substraten wie z.B. Leiterplatten oder Keramiken angeordnet und die Substrate anschließend in Gehäuse verbaut. Ein Moldgehäuse stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, ein solches Gehäuse zu realisieren. Zur Herstellung eines Moldgehäuses wird das bestückte Substrat mit einem duroplastischen Epoxidharz, einer sogenannten Moldmasse, in einem Trans- fermoldverfahren vergossen. Die verwendeten Moldmaterialien bestehen je nach
Einsatzzweck typischerweise aus ca. 10% Polymermaterial und ca. 90% Füllstoffen, wie z.B. Si02, A1203, sowie Spuren von Materialien wie Trennmitteln, Ruß, etc. Im Moldprozess wird die Moldmasse bei hoher Temperatur für kurze Zeit flüssig und unter Druck (50 bis 150bar) in eine Hohlform, in der sich das bestückte Substrat befindet, eingespritzt. Kurze Zeit nach der temperaturbedingten Verflüssigung (ca. 30 Sekunden) vernetzen die Polymere irreversibel zu einem duroplastischen Formkörper, dessen physikalische und mechanische Eigenschaften (z.B. Ausdehnungskoeffizient, Wärmeleitfä- higkeit, etc.) vor allem durch den Füllgrad mit Füllstoffen und die Art der Füllstoffe bestimmt werden. Eine Herausforderung beim Einsatz von Moldgehäusen in beispielsweise Steuergeräten ist die Ableitung der Wärme, die von den im Moldgehäuse befindlichen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen erzeugt wird. Kostengünstige Standardmoldmaterialien enthalten als Füllstoffen überwiegend Si02, weisen nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf und können die Wärme daher nicht immer in ausreichendem Maße ableiten, z.B., wenn sich Leistungshalbleiter im Moldgehäuse befinden. Moldmaterialien, die auf Grund besonderer Füllstoffe eine höhere Wärmeleitfähigkeit als mit Si02 gefüllte Standardmoldmaterialien aufweisen sind oftmals deutlich teurer als die Standardmoldmaterialien.
Eine Möglichkeit, kostengünstige Standardmoldmaterialien zu verwenden und gleichzeitig die Wärmeableitung in Elektronikmodulen mit Moldgehäuse zu verbessern wird in der DE 10 2008 043 774 AI beschrieben. Hierbei wird auf der dem zu entwärmenden Bauelement abgewandten Seite des Substrats ein Fenster im Moldgehäuse ausgespart, das bis auf das Substrat hinab reicht, so dass die Entwärmung des Bauelements verbessert wird. Die DE 10 2008 043 774 AI schlägt weiterhin vor, für gewisse Bauelemente das Moldfenster direkt über dem zu entwärmenden Bauelement zu platzieren. Schließlich wird in dieser Schrift dargelegt, dass das Moldfenster nach der Herstellung des Moldgehäuses in einem weiteren Moldprozess mit einem wärmeleitfähigen Moldmate- rial verfüllt wird. Ein solches Verfällen des Moldfensters in einem weiteren Moldschritt ist relativ aufwändig und erfordert mehrere Moldvorgänge.
Eine weitere Möglichkeit, die elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen in Moldgehäusen zu entwärmen besteht darin, sogenannte exposed Pads (ePads), aus Ma- terialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. Metall oder Keramik zu verwenden. Diese ePads werden vor dem Moldschritt an den zu entwärmenden Bauelementen derart angebracht, dass das ePad nach dem Moldschritt ohne Moldüberdeckung aus dem Moldgehäuse ragt, also exponiert (exposed) ist. Die derart exponierte ePad-Fläche dient dann der Entwärmung. Diese Technik ist jedoch ebenfalls relativ aufwändig und erfordert zusätzlichen Konstruktionsaufwand.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Gegenüber dem Stand der Technik weist die Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs den Vorteil auf, dass die Entwärmung von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen, die sich in einem geschlossenen Moldgehäuse befinden einfach, kostengünstig und mit optimierter Haltbarkeit durch den Einsatz zweier unterschiedlicher Moldmaterialien gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird ein Elektronikmodul, insbesondere für ein elektronisches Steu- ergerät, vorgeschlagen, wobei das Elektronikmodul ein Substrat mit einer ersten Seite und mit einer davon abgewandte zweite Seite aufweist, wobei das Substrat auf der ersten Seite eine erste Fläche und auf der zweiten Seite eine zweite Fläche aufweist, wobei an dem Substrat auf der ersten und/oder zweiten Seite elektrische und/oder elektronische Bauelemente angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektro- nisches Bauelement im Betrieb Wärme erzeugt, wobei das Substrat auf der ersten Seite des Substrats mit einer ersten Moldmasse aus einem ersten Material und auf der zweiten Seite des Substrats mit einer zweiten Moldmasse aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material versehen ist und wobei das zweite Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei vorteil- haft ein zusammenhängender Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche des Substrats von der zweiten Moldmasse direkt oder indirekt abgedeckt.
Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Substrat einerseits vollständig vom Moldgehäuse umschlossen werden kann und somit sicher gegen äußere Einflüsse wie z.B. me- chanische Einflüsse oder das Einwirken aggressiver externer fluider Medien geschützt ist und andererseits eine ausreichende großflächige Entwärmung des wenigstens einen Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelements gewährleistet ist. Besonders vorteilhaft wird durch die Erfindung bewirkt, dass das Moldgehäuse in einem einzigen Moldspritzvorgang mit einem einzigen Moldwerkzeug einfach und kostengünstig herstellbar ist. Somit entsteht besonders vorteilhaft ein einheitliches, durchgehend vernetztes Moldgehäuse, das eine besonders gute Haltbarkeit aufweist, da keine Nahtstellen im Kontaktbereich zwischen den beiden Moldmassen auftreten. Weiterhin entfällt vorteilhaft eine Oberflächenhandlung (z.B. durch einen Plasmaschritt), nach dem Spritzen der ersten Moldmasse, die für eine Haftung der zweiten Moldmasse an der ersten Moldmasse bei sequentiellem Spritzen der beiden Moldmassen in zwei Moldpro- zessen notwendig sein könnte. Schließlich wird vorteilhaft bewirkt, dass durch die Verwendung zweier Moldmassen, wobei die erste Seite des Substrats überwiegend von der ersten Moldmasse bedeckt ist und die zweite Seite des Substrats überwiegend von der zweiten Moldmasse bedeckt ist, das Moldgehäuse und die thermische Ausdehnungskoeffizienten der beiden Moldmassen relativ einfach so aufeinander abgestimmt werden können, dass thermische Spannungen im Moldgehäuse minimiert werden. Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterentwicklungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen ermöglicht. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das wenigstens eine Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelement auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Entwärmung des Wärme erzeugenden Bauelements durch das Substrat und die zweite Moldmasse hindurch bewirkt wird. Vorteilhaft kann bei der Verwendung von Bauelementen mit großer Bauelement-Bauhöhe auf der ersten Seite des Substrats die Bauhöhe des Mold- gehäuses gering gehalten werden, indem das Substrat in seiner vertikaler Ausrichtung, d.h., entlang der Richtung seiner geringsten Ausdehnung (z- Achse), nicht mittig zum Moldgehäuse angeordnet wird. Das Substrat wird dann vorteilhaft entlang der z- Achse aus der Mitte heraus versetzt angeordnet. Dadurch wird außerdem vorteilhaft erreicht, dass sich die Entwärmung verbessert, da die Wärme im Moldgehäuse über eine geringere Strecke abtransportiert werden muss. Weiterhin reduziert sich so vorteilhaft das Volumen der teureren zweiten Moldmasse, was die Kosten für das Moldgehäuse reduziert.
Dadurch, dass das Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauteil auf der zweiten Seite des Substrats angeordnet ist wird vorteilhaft erreicht, dass die zweite Moldmasse mit der höheren Wämeleitfähigkeit das Wärme erzeugende Bauelement direkt bedeckt und so die Wärme ohne Zwischenschaltung des Substrats abgeführt werden kann. Bei dieser Anordnung können vorteilhaft auch Substrate verwendet werden, die eine weniger große Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Vorteilhafterweise weist das zweite Moldmaterial eine Wärmeleitfähigkeit größer als 2 W/(m*K) auf. Dadurch wird die Entwärmung des wenigstens einen Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelements besonders vorteilhaft sichergestellt. Erfindungsgemäß kann das Substrat des Elektronikmoduls eine Leiterplatte sein. In dieser vorteilhaften Ausführung ist das Substrat besonders kostengünstig herstellbar und bietet als ein- oder mehrlagige Variante vielfältige Möglichkeiten, Schaltkreise in das Substrat mit einzubeziehen. Ebenso kann das Substrat des Elektronikmoduls als Keramiksubstrat ausgeführt sein. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gute Wärmeleitfä- higkeit des Substrats erreicht und gleichzeitig können in einer ein- oder mehrlagigen Ausführung des Keramiksubstrats vorteilhaft Schaltkreise und/oder passive elektrische Bauelemente integriert werden. Das Substrat kann auch ein metallisches Stanzgitter (Leadframe) sein, besonders bevorzugt aus Kupfer. Dadurch wird besonders vorteilhaft eine gute Wärmeleitung des Substrats erreicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Elektronikmoduls wird dadurch erreicht, dass das Elektronikmodul elektrische Anschlusselemente aufweist, die mit dem Substrat elektrisch kontaktiert sind und die durch die Moldmasse nach außen geführt sind. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Elektronikmodul einerseits mit wenig Aufwand in ein Steuergerät integriert werden kann und dass andererseits die empfindlichen Bereiche der elektrischen Kontaktierung von Bauelementen auf dem Substrat und die elektrischen Anschlusselementen gegen äußere mechanische Einflüsse oder gegen den Angriff fluider Medien geschützt sind. Dadurch, dass das Elektronikmodul Bestandteil eines modular aufgebauten Steuergeräts mit mehreren Elektronikmodulen ist, die jeweils von Moldmasse komplett oder teilweise umgeben sind, wird vorteilhaft erreicht, dass das Elektronikmodul auch bei einer Ap- plikation des Steuergeräts in einer Umgebung mit aggressiven Medien (beispielsweise Getriebeöl) ohne Zerstörung betrieben werden kann.
Gegenüber dem Stand der Technik weist das Verfahren mit den Merkmalen des unab- hängigen Verfahrensanspruchs den Vorteil auf, dass das Elektronikmodul einfacher, kostengünstiger und zuverlässiger hergestellt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Substrats, auf dem elektrische und/oder elektronische Bauelemente angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement im Betrieb Wärme erzeugt, in einen Hohlraum einer geöffneten Werkzeug- form, eingelegt wird. Anschließend wird eine erste Moldmasse aus einem ersten Material und eine zweiten Moldmasse aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material bereitgestellt, wobei das zweite Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweist. Die erste Moldmasse wird in wenigstens einen ersten Moldmassenspeicher und die zweite Moldmasse in wenigstens einen zweiten Moldmassenspeicher des Formwerkzeugs eingelegt. Danach wird das Formwerkzeugs geschlossen. Schließlich wird die erste und die zweite Moldmasse aus dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Moldmassenspeicher in den Hohlraum des Formwerkzeugs während oder nach dem Schließen des Formwerkzeugs zugeführt, wobei ein zusammenhängender Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche des Substrats von der zweiten Moldmasse direkt oder indirekt abgedeckt wird. Dadurch, dass die beiden Moldmassen in ein Formwerkzeug eingespritzt werden, wird vorteilhaft eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich. Besonders vorteilhaft wird durch die Verwendung nur eines Formwerkzeugs auch eine hohe Zuverlässigkeit erzielt, da im Kontaktbereich der beiden Moldmassen keine Nahtstellen auftreten.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die erste Moldmasse und die zweite Moldmasse gleichzeitig in den Hohlraum des Formwerkzeugs zugeführt, insbesondere derart, dass die erste Moldmasse und die zweiten Moldmasse in ihrem Kontaktbereich eine durchgehende Vernetzung aufweisen. Durch das gleichzeiti- ge Zuführen beider Moldmassen wird vorteilhaft erreicht, dass die beiden Moldmassen gleichzeitig und durchgehend, d.h. im Kontaktbereich auch miteinander, vernetzen und somit besonders vorteilhaft das Moldgehäuse auch im Kontaktbereich einen durchgehenden Verbund aufweist. Das derart einheitlich ausgebildete Moldgehäuse ist beson- ders stabil gegen mechanische Einflüsse oder den Angriff aggressiver fluider Medien. Somit sind das im Moldgehäuse angeordnete Substrat und die darauf angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente besonders vorteilhaft gegen äußere Einflüsse geschützt.
Dadurch, dass das Elektronikmodul auf einem Steuergerät derart festgelegt ist, dass die zweite Moldmasse des Elektronikmoduls mit einem der Entwärmung dienenden Teil des Steuergeräts verbunden ist und dass das Elektronikmodul mit dem Steuergerät elektrisch verbunden ist, lässt sich eine besonders vorteilhafte Entwärmung des Wärme er- zeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelements erzielen, indem die Wärme des Bauelements über die Moldmasse des Moldgehäuses an das als Wärmesenke wirkende der Entwärmung dienende Teil des Steuergeräts abgegeben wird.
Vorteilhafterweise kann das Steuergerät, auf dem das Elektronikmodul festgelegt ist derart weitergebildet werden, dass das Steuergerät einen Kühlkörper und eine auf dem Kühlkörper angeordnete Steuergerät-Leiterplatte mit einer Aussparung aufweist, dass das Elektronikmodul in der Aussparung der Steuergerät-Leiterplatte mit der zweiten Moldmasse an dem Kühlkörper anliegt und dass elektrische Anschlusselemente des Elektronikmoduls mit der Steuergerät-Leiterplatte elektrisch kontaktiert sind. Dadurch wird vorteilhafterweise die Entwärmung des im Betrieb Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteils durch den als Wärmesenke dienenden Kühlkörper begünstigt, weiterhin wird vorteilhaft eine kompakte Bauform des Steuergeräts durch die Anordnung der mit einer Aussparung versehenen Steuergerät-Leiterplatte auf dem Kühlkörper erzielt und schließlich kann der Kühlkörper vorteilhafterweise den EMV-Schutz des Elektronikmoduls verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. la einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Elektronikmoduls;
Fig. lb einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls, bei dem das Substrat in vertikaler Richtung des Moldge- häuses nicht mittig im Moldgehäuse angeordnet ist;
Fig. 2 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls, bei dem das Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelement auf der zweiten Seite des Substrats angeordnet ist;
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil eines Steuergeräts, mit dem erfindungsgemäßes Elektronikmodul mechanisch und elektrisch verbunden ist.
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Formwerkzeug bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls.
Ausföhrungsformen der Erfindung
In Fig. la ist ein Querschnitt in x-z-Richtung eines Ausführungsbeispiels eines Elektronikmoduls (100) dargestellt. Neben der Figur ist schematisch ein Koordinatensystem mit der willkürlich festgelegten Lage der 3 Raumrichtungen x, y, und z dargestellt. Ein solches Elektronikmodul kann beispielsweise in elektrischen und/oder elektronischen Steuergeräten zum Einsatz kommen. Insbesondere kann das Elektronikmodul (100) auch ein Leiterplattenmodul sein. Das Elektronikmodul (100) kann dabei in verschiedenen Steuergeräten aus verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, z.B. in Steuergeräten für Getriebesteuerung im Kraftfahrzeugbau, aber auch im Batteriemanagement, sowie z.B. mit Leistungshalbleitern versehen in Anwendungen für Elektroantriebe und Hybridfahrzeuge, ohne auf solche Anwendungen beschränkt zu sein. Die Figur la zeigt ein Substrat (200), das eine erste Seite (210) und eine zweite Seite (220) aufweist. Das Substrat kann dabei beispielsweise eine Leiterplatte (202), ein Keramiksubstrat (204) oder auch ein metallisches Stanzgitter (206) sein. Auf der ersten Seite (210) und/oder auf der zweiten Seite (220) des Substrats (200) sind dabei elektrische und/oder elektronische Bauelemente (300) angeordnet. Dabei kann es sich bei den Bauelementen (300) um passive Bauelemente, wie z.B. Widerstände, Kondensatoren, Spulen und dergleichen handeln, es sind aber auch andere Bauelemente denkbar, wie z.B. Sensoren, anwenderspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), Leistungshalbleiter, Operationsverstärker und dergleichen. Außerdem ist auf dem Substrat (200) wenigstens ein Bauteil (310) angeordnet, das im Betrieb Wärme erzeugt, beispielsweise ein Leistungshalbleiter. Diese Bauelemente (300, 310) können direkt elektrisch mit dem Substrat (200) verbunden sein, beispielsweise durch Auflöten oder durch das Aufkleben mit leitfähigem Klebstoff. Sie können jedoch auch mechanisch durch beispielsweise eine Klebung an dem Substrat (200) festgelegt sein und durch elektrische Verbindungselemente (350) wie z.B. Bonddrähte und dergleichen mit dem Substrat (200) elektrisch kontaktiert sein. Das Substrat (200) und die darauf angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bau- elemente (300, 310) sind in diesem Ausführungsbeispiel komplett von einem Moldgehäuse (400) umgeben und somit vor äußeren mechanischen Einflüssen und vor dem Angriff aggressiver Medien geschützt. Das Moldgehäuse setzt sich dabei zusammen aus einer ersten Moldmasse (410), die die erste Seite (210) des Substrats (200), sowie Teile von elektrischen Anschlusselementen (500) bedeckt, sowie aus einer zweiten Moldmas- se (420), die die zweite Seite (220) des Substrats (200) bedeckt. Der Kontaktbereich
(430) zwischen den beiden Moldmassen (410, 420) liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Ebene des Substrats (200). Idealerweise sind die beiden Moldmassen, die bevorzugt aus duroplastischen Materialien bestehen, im Kontaktbereich (430) miteinander vernetzt, so dass ein lückenloses Moldgehäuse (400) ohne Nahtstellen entsteht. Das Substrat (200) ist bevorzugt eben und flach. Das heißt, dass zwei der drei Raumachsen des Substrats, hier die x- und die y-Richtung, eine gegenüber der dritten Raumachse des Substrats (200) (hier: z-Richtung) deutlich größere räumliche Ausdehnung haben. Das Substrat (200) ist in der z-Richtung bevorzugt dünner als 3mm, besonders bevorzugt dünner als 1mm, vorzugsweise dünner als 0,5mm. In den beiden zur z-Richtung senk- rechten Raumrichtungen (x- / y-Richtung) spannt das Substrat (200) eine Fläche auf. Dabei wird unter der ersten Fläche (211) des Substrats (200) die auf der ersten Seite (210) vom unbestückten Substrat (200) aufgespannte Fläche in der x-y-Ebene verstanden. Analog wird unter der zweiten Fläche (212) des Substrats (200) die auf der zweiten Seite (220) vom unbestückten Substrat (200) aufgespannte Fläche in der x-y-Ebene verstanden. Unter der direkten oder indirekten Abdeckung eines Flächenanteils von 80% einer Fläche des Substrats (200) wird dabei verstanden, dass 80% dieser Fläche des Substrats (200) von Moldmasse abgedeckt sind. Bestückte Abschnitte des Substrats werden dabei als ursprüngliche, unbestückte Abschnitte des Substrats gerechnet, das Substrat (200) ist in den bestückten Abschnitten also nur indirekt von Moldmasse abgedeckt. Das Moldgehäuse (400) kann dabei auch eine sehr einfache Ausführung darstellen, beispielsweise kann das Moldgehäuse (400) ein SOIC-Gehäuse (Small Outline In- tegrated Circuit), ein LGA-Gehäuse (Land Grid Array), ein BGA-Gehäuse (Ball Grid Array), ein LQFP- Gehäuse (Low profile Quad Fiat Package), ein TQFP-Gehäuse (Thin Quad Fiat Pack) oder von einem ähnlichen Gehäusetyp sein, der üblicherweise verwendet wird, wenn das Elektronikmodul (100) ein einfaches Halbleitermodul mit beispielsweise einem Sensor und einem ASIC oder nur einem ASIC ist. In Fig. lb ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Elektronikmoduls dargestellt als
Querschnitt in x-z-Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelement (310) auf dem Substrat (200) über einem thermischen Via (260) festgelegt, so dass eine besonders gute Wärmeableitung durch das Substrat (200) hindurch in die zweite Moldmasse (420) hinein gewährleistet ist. Das thermische Via (260) besteht dabei vorzugsweise aus einem Material mit einer besonders guten Wärmeleitfähigkeit, z.B. einem Metall. Es ist in das Substrat so eingebettet, dass es den Wärmetransport von der einen Seite des Substrats (200) auf die andere Seite des Substrats (200) verbessert. Die zweite Moldmasse (420) besteht aus einem Material, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material, aus dem die erste Mold- masse (410) besteht. Die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Moldmasse beträgt dabei bevorzugt mehr als 2 W/(m *K), besonders bevorzugt von mehr als 3 W/(m*K). Dies kann beispielsweise durch einen Füllstoffanteil aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit erreicht werden, z.B. durch Füllstoff aus A1203 oder anderen Stoffen, deren Wärmeleitfähigkeit deutlich größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des üblicherweise als Füllmate- rial verwendeten Si02. Dadurch ist gewährleistet, dass die Wärme des Wärme erzeugenden Bauelements (310) in ausreichendem Maße aus dem Moldgehäuse (400) abgeführt werden kann. Im in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Substrat (200) bezogen auf die Ausdehnung des Moldgehäuses (400) in z-Richtung nicht mehr mittig im Moldgehäuse (400) angeordnet. Vielmehr ist es so angeordnet, dass die Ausdehnung der Moldschicht der ersten Moldmasse (410) auf der ersten Seite des Substrats (210) in z-Richtung größer ist als die Ausdehnung der Moldschicht der zweiten Moldmasse (420) auf der zweiten Seite des Substrats (220) in z-Richtung. Dies kann, wie im Aus- führungsbeispiel gezeigt, dadurch bedingt sein, dass wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement, das von Moldmasse überdeckt sein soll, eine große Bauhöhe aufweist und dass gleichzeitig das Moldgehäuse (400) möglichst flach bauen soll. Bei einem solchen, auf die Lage der Mittelebene des Moldgehäuses (400) in z- Richtung bezogenen asymmetrischen Aufbaus ist die Strecke geringer, über die die Wärme durch die zweite Moldmasse (420) abgeführt werden muss, verglichen mit einem symmetrischen Moldgehäuse (400) gleicher Ausdehnung in z-Richtung. Schließlich wird auch weniger Volumen von der teuren zweiten Moldmasse (420) benötigt. In der Figur ist außerdem dargestellt, dass die erste Moldmasse (410) auch Abschnitte der zweiten Seite (220) des Substrats (200) abdeckt. Dies kann geometrische Ursachen ha- ben, indem beim Einspritzen die Fließ front der ersten Moldmasse (410) schneller die Ränder des Substrats (200) erreicht als die Fließfront der zweiten Moldmasse (420), beispielsweise durch die Geometrie des Formwerkzeugs oder die Lage des Substrats (200) in der Hohlform des Spritzwerkzeugs. So kann es so dazu kommen, dass die erste Moldmasse (410) auch Abschnitte der zweiten Seite (220) des Substrats (200) bedeckt. Die abschnittsweise Überdeckung der zweiten Seite (220) des Substrats (200) mit der ersten Moldmasse (410) kann aber auch durch eine gezielte Fließ frontbeeinflussung erzielt werden, indem z.B. der Einspritzzeitpunkt der zweiten Moldmasse (420) in das Formwerkzeug speziell angepasst wird.
Genauso gut kann in einem hier nicht dargestellten Aus führungsbeispiel die Fließ front der zweiten Moldmasse (420) die Ränder des Substrats (200) schneller erreichen als die erste Moldmasse (410). In solch einem Fall werden Abschnitte der ersten Seite (210) des Substrats (200) von der zweiten Moldmasse (420) bedeckt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel als Querschnitt in x-z-Richtung ist in Fig. 2 darge- stellt. Hier ist das Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelement (310) auf der zweiten Seite (220) des Substrats (200) angeordnet. Die elektrische Kon- taktierung des Bauelements (310) erfolgt in diesem Aus führungsbeispiel durch als Bonddrähte ausgelegte elektrische Verbindungselemente (350). Die elektrischen Signale des Wärme erzeugenden Bauelements (310) werden dann substratseitig mittels elektrischer Vias (250) im Substrat (200) auf die erste Seite (210) des Substrats übertragen. Eine derartige Bauform wird vorzugsweise gewählt, um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Wärme erzeugenden Bauelements (310) zu verbessern und/oder, um die Wärmeübertragung vom Wärme erzeugenden Bauelement (310) in die zweite Moldmasse (420) zu erleichtern und den Weg zu einer Wärmesenke im Kontakt mit der zweiten Moldmasse (420) zu verkürzen.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt in x-z-Richtung eines Ausschnitts eines Steuergeräts (800) mit einem am Steuergerät festgelegten Elektronikmodul (100) dargestellt. Hierbei kann das Steuergerät (800) insbesondere ein Steuergerät (800) für die Getriebesteuerung sein, wobei ein solches Steuergerät im Getriebe angeordnet sein kann und beispielsweise dem Getriebeöl ausgesetzt ist. Andere Einsatzmöglichkeiten sind Steuergeräte (800) mit Elektronikmodulen (100) für Elektrofahrzeuge, für Hybridfahrzeuge, und dergleichen. Elektronikmodule (100) in derartigen Anwendungen weisen üblicherweise Leistungshalbleiter als Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelemente (310) auf. Das Elektronikmodul (100) ist dabei mit einem als Wärmesenke ausgebildeten der Entwärmung dienenden Teil (700) des Steuergeräts (800) verbunden. Das der Entwär- mung dienende Teil (700) ist dabei bevorzugt ein Kühlkörper (710), besonders bevor- zug ein metallischer Kühlkörper (710). Das Elektronikmodul (100) ist dabei in einer Aussparung (620) einer Steuergerät-Leiterplatte (600) mit dem Kühlkörper (710) verbunden. Die Steuergerät-Leiterplatte (600) ist bevorzugt auf dem Kühlkörper (710) festgelegt. Besonders bevorzugt wird das Elektronikmodul (100) so auf dem Kühlkörper (710) festgelegt, dass ein direkter, lückenloser Kontakt besteht, besonders bevorzugt wird dabei zwischen dem Elektronikmodul (100) und dem Kühlkörper (710) eine Wärmeleitpaste eingebracht, die einen guten Wärmetransport sicherstellt. Die elektrische Verbindung des Elektronikmoduls (100) mit der Steuergerät-Leiterplatte (600) wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch elektrische Anschlusselemente (500), beispielsweise metallische Pins, erzielt, die leitend mit der Steuergerät-Leiterplatte (600) verbunden sind. Die Verbindung kann dabei beispielsweise durch Bonden, Löten,
Punktschweißen, das Festkleben mit leitfähigem Klebstoff oder andere gängige Methoden der Aufbau- und Verbindungstechnik erfolgen. Zur Herstellung eines Elektronikmoduls (100) wird wie in Fig. 4 dargestellt ist folgendermaßen vorgegangen. Das Substrats (200), auf dem elektrische und/oder elektronische Bauelemente (300) angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (310) im Betrieb Wärme erzeugt, wird in einen Hohlraum (930) eines geöffneten Formwerkzeugs (900) eingelegt. Außerdem werden eine erste Moldmasse (410) aus einem ersten Material und eine zweiten Moldmasse (420) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material bereitgestellt. Das zweite Material weist dabei eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als das erste Material. In einem weiteren Schritt wird die erste Moldmasse (410) in wenigstens einen ersten Moldmassenspeicher (910) und die zweite Moldmasse (420) in wenigstens einen zweiten Moldmassenspeicher (920) des Formwerkzeugs (900) eingelegt. Anschließend wird das Formwerkzeug (900) geschlossen. Durch die im Formwerkzeug (900) und in den Moldmassenspeichern (910, 920) vorherrschende hohe Temperatur von typischerweise 170°C verflüssigen sich die Materialien der ersten und der zweiten Moldmasse (410, 420). Die so vorliegenden beiden flüssigen Moldmassen (410, 420) werden dann während oder nach dem Schließen des Formwerkzeugs (900) unter Anwendung von Druck (ca. 50 bis 150 bar) aus den Moldmassenspeichern (910, 920) durch Zuführungskanäle in den Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) zugeführt. Die erste Moldmasse (410) wird dabei so zugeführt, dass sie vornehmlich die erste Seite (210) des Substrats (200) bedeckt, die zweite Moldmasse (420) wird so zugeführt, dass sie einen zusammenhängenden Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche (212) des Substrats (200) direkt oder indirekt bedeckt. Nach kurzer Zeit (ca. 30 Sekunden) vernetzen die Epoxidharze der beiden Moldmassen (410, 420) irreversibel zu einem duroplastischen Netzwerk, wobei das Volumen des vernetzten Formkörpers (des Moldgehäuses (400) ) in Folge der Vernetzung noch um ca. 1-3% schrumpft und so das eingeschlossene bestückte Substrat (200) fest umschließt. Das sich so im Formwerkzeug (900) gebildete Mold- gehäuse (400) wird anschließend für kurze Zeit bei der anliegenden Temperatur von ca. 170°C im Formwerkzeug (900) gehalten, damit die Moldmasse noch aushärten kann. Schließlich wird das Formwerkzeug (900) geöffnet und das Elektronikmodul (100) im Moldgehäuse (400) aus dem Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) entnommen. Besonders bevorzugt werden die beiden Moldmassen (410, 420) im Zeitablauf so („gleichzeitig") in den Hohlraum (930) zugeführt, dass sie in ihrem Kontaktbereich (430) beim Vernetzungsprozess eine gemeinsame Vernetzung ausbilden. Im Unterschied dazu ist ein sequentielles Zuführen der beiden Moldmassen (410, 420) auch denkbar. In diesem Fall wird zunächst die eine Moldmasse in den Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) zugeführt und vernetzt dort. Erst nach Abschluss der Vernet- zung der einen Moldmasse wird dann die andere Moldmasse in den Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) zugeführt. Dabei ist dann im Kontaktbereich zwischen den beiden Moldmassen (410, 420) die Ausbildung einer gemeinsamen Vernetzung nicht sichergestellt. Eine sequentielle Zuführung wird bevorzugt beim sogenannten Sheetmolden eingesetzt.

Claims

Ansprüche
1. Elektronikmodul, insbesondere für ein elektronisches Steuergerät, mit einem eine erste Seite (210) und eine davon abgewandte zweite Seite (220) aufweisenden Substrat (200), wobei das Substrat (200) auf der ersten Seite (210) eine erste Fläche (211) und auf der zweiten Seite (220) eine zweite Fläche (212) aufweist, wobei an dem Substrat (200) auf der ersten Seite (210) und/oder zweiten Seite (220) elektrische und/oder elektronische Bauelemente (300) angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (310) im Betrieb Wärme erzeugt, wobei das Sub- strat (200) auf der ersten Seite (210) des Substrats (200) mit einer ersten Moldmasse
(410) aus einem ersten Material und auf der zweiten Seite (220) des Substrats (200) mit einer zweiten Moldmasse (420) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material versehen ist und wobei das zweite Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusammenhängen- der Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche (212) des Substrats (200) von der zweiten Moldmasse (420) direkt oder indirekt abgedeckt ist.
2. Elektronikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelemente (310) auf der ersten Seite (210) oder auf der zweiten Seite (220) des Substrats (200) angeordnet ist.
3. Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material eine Wärmeleitfähigkeit größer als 2 W/(m*K) aufweist.
4. Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (200) eine Leiterplatte (202), ein Keramiksubstrat (204) oder ein metallisches Stanzgitter (Leadframe) (206) ist.
5. Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (100) elektrische Anschlusselemente (500) aufweist, die mit dem Substrat (200) elektrisch kontaktiert sind und die durch die erste und/oder zweite Moldmasse (410, 420) nach außen geführt sind.
6. Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (100) Bestandteil eines modular aufgebauten Steuergeräts mit mehreren Elektronikmodulen ist, die jeweils von Moldmasse komplett oder teilweise umgeben sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls nach Anspruch 1, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Einlegen des Substrats (200), auf dem elektrische und/oder elektronische Bau- elemente (300) angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (310) im Betrieb Wärme erzeugt, in einen Hohlraum (930) eines geöffneten Formwerkzeugs (900),
Bereitstellen einer ersten Moldmasse (410) aus einem ersten Material und einer zweiten Moldmasse (420) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material, wobei das zweite Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweist,
Einlegen der ersten Moldmasse (410) in wenigstens einen ersten Moldmas- senspeicher (910) und Einlegen der zweiten Moldmasse (420) in wenigstens einen zweiten Moldmassenspeicher (920) des Formwerkzeugs (900), — Schließen des Formwerkzeugs (900),
Zuführung der ersten und der zweiten Moldmasse (410, 420) aus dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Moldmassenspeicher (910, 920) in den Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) während oder nach dem Schließen des Formwerkzeugs (900),
— wobei ein zusammenhängender Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche (212) des Substrats (200) von der zweiten Moldmasse (420) direkt oder indirekt abgedeckt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Moldmasse (410) und die zweite Moldmasse (420) gleichzeitig in den Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) zugeführt werden, insbesondere derart, dass die erste Moldmasse (410) und die zweiten Moldmasse (420) in einem Kontaktbereich (430) eine durchgehende Vernetzung aufweisen.
9. Steuergerät mit einem Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (100) auf dem Steuergerät (800) derart festgelegt ist, dass die zweite Moldmasse (420) des Elektronikmoduls (100) mit einem der Entwärmung dienenden Teil (700) des Steuergeräts (800) verbunden ist und dass das Elektronikmodul (100) mit dem Steuergerät (800) elektrisch verbunden ist.
10. Steuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (800) einen Kühlkörper (710) als das der Entwärmung dienende Teil (700) und eine auf dem Kühlkörper (710) angeordnete Steuergerät-Leiterplatte (600) mit einer Aussparung
(620) aufweist, dass das Elektronikmodul (100) in der Aussparung (620) der Steuergerät-Leiterplatte (600) mit der zweiten Moldmasse (420) an dem Kühlkörper (710) anliegt und dass elektrische Anschlusselemente (500) des Elektronikmoduls (100) mit der Steuergerät-Leiterplatte (600) elektrisch kontaktiert sind.
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