DE102018133456A1 - Method for encapsulating at least one carrier substrate, electronic module and tool for encapsulating a carrier substrate - Google Patents

Method for encapsulating at least one carrier substrate, electronic module and tool for encapsulating a carrier substrate Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Verkapseln mindestens eines mit mindestens einem Elektronikelement (5) bestückten Trägersubstrats (10), umfassend- Positionieren des mindestens einen Trägersubstrats (10) zwischen einer ersten Werkzeughälfte (11) und einer zweiten Werkzeughälfte (12)- Ausbilden eines geschlossenen Hohlraums (7) mittels der ersten Werkzeughälfte (11) und der zweiten Werkzeughälfte (12), wobei der Hohlraum (7) das mindestens eine Trägersubstrat (10) zumindest teilweise umgibt,- Einbringen mindestens eines Stempelelements (13), das in der ersten Werkzeughälfte (11) und/oder zweiten Werkzeughälfte (12) verschiebbar gelagert ist, in den Hohlraum (7)- Verfüllen des Hohlraums (7) mittels eines Materials zur Ausbildung einer Verkapselung (8) des mindestens einen Trägersubstrats (10), wobei das Stempelelement (13) vor dem Verfüllen an dem zumindest einem Elektronikelement (5) derart anliegend angeordnet wird, dass nach dem Verfüllen zumindest ein Anschluss des Elektronikelements (5) freigestellt ist.Method for encapsulating at least one carrier substrate (10) equipped with at least one electronic element (5), comprising - positioning the at least one carrier substrate (10) between a first tool half (11) and a second tool half (12) - forming a closed cavity (7) by means of the first tool half (11) and the second tool half (12), the cavity (7) at least partially surrounding the at least one carrier substrate (10), - introducing at least one stamp element (13) which is in the first tool half (11) and / or second tool half (12) is slidably mounted in the cavity (7) - filling the cavity (7) by means of a material for forming an encapsulation (8) of the at least one carrier substrate (10), the stamp element (13) in front of the Filling on the at least one electronic element (5) is arranged so that at least one connection of the electronic element (5) is free after filling st.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkapseln mindestens eines Trägersubstrats, ein Elektronikmodul mit einer Verkapselung und ein Werkzeug zum Verkapseln eines Trägersubstrats.The present invention relates to a method for encapsulating at least one carrier substrate, an electronic module with an encapsulation and a tool for encapsulating a carrier substrate.

Elektronikmodule sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise als Leistungselektronikmodule, hinlänglich bekannt. Solche Elektronikelemente nutzen typischerweise schaltbare bzw. steuerbare Elektronikbauteile, die auf einem gemeinsamen Trägersubstrat über Leiterbahnen miteinander verschaltet sind. Wesentliche Bestandteile des Metall-Keramiksubstrats sind dabei eine Isolationsschicht, die im Falle des Trägersubstrats aus einem eine Keramik umfassenden Material gefertigt ist, und eine Metallisierungsschicht, die zur Bildung von Leiterbahnen vorzugsweise strukturiert und an einer Bauteilseite des Trägersubstrats ausgebildet ist.Electronic modules are sufficiently known from the prior art, for example as power electronics modules. Such electronic elements typically use switchable or controllable electronic components that are interconnected on a common carrier substrate via interconnects. Essential components of the metal-ceramic substrate are an insulation layer, which in the case of the carrier substrate is made of a material comprising a ceramic, and a metallization layer, which is preferably structured to form conductor tracks and is formed on a component side of the carrier substrate.

Statt der üblichen Gehäuse für solche Elektronikelemente hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Trägersubstrat in eine Verkapslung einzubetten. Dazu wird das Trägersubstrat zunächst mit Elektronikbauteilen bestückt und anschließend wird eine Verkapselung des bestückten Trägersubstrats derart realisiert, dass eine massive, d. h. eine im Wesentlichen hohlraumfreie, Verkapselung ausgebildet wird, die an dem bestückten Trägersubstrat unmittelbar anliegt und diese zumindest teilweise umgibt. Dabei ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn an der Außenseite der gebildeten Verkapselung eine Metallisierung vorgesehen ist, mit der die Elektronikbauteile auf dem Trägersubstrat angesteuert bzw. mit einer erforderlichen Betriebsspannung versorgt werden können. Zum Ansteuern der Elektronikbauteile ist es dabei vorgesehen, dass das verkapselte Elektronikbauteil mit der Metallisierung an der Außenseite der Verkapselung elektrisch leitend in Verbindung steht. Hierzu ist typischerweise eine Durchkontaktierung vorgesehen, die in der Regel nach dem Verkapseln in die Verkapselung bspw. durch Bohrungen eingelassen wird.Instead of the usual housing for such electronic elements, it has proven to be advantageous to embed the carrier substrate in an encapsulation. For this purpose, the carrier substrate is first populated with electronic components and then encapsulation of the populated carrier substrate is realized in such a way that a solid, i.e. H. an essentially cavity-free encapsulation is formed, which lies directly against the loaded carrier substrate and at least partially surrounds it. It is furthermore particularly advantageous if a metallization is provided on the outside of the encapsulation formed, with which the electronic components on the carrier substrate can be controlled or supplied with a required operating voltage. To control the electronic components, it is provided that the encapsulated electronic component is in an electrically conductive connection with the metallization on the outside of the encapsulation. A via is typically provided for this purpose, which is usually embedded in the encapsulation, for example through bores, after the encapsulation.

Die Durchkontaktierung entsteht dabei bevorzugt durch eine Laserbohrung in der Verkapselung mit einem anschließenden Verfüllen der gebildeten Laserbohrung mit einem leitfähigen Material. Allerdings hat sich das Ausbilden der Laserbohrung insofern als herausfordernd herausgestellt, als dass sich eine definierte Länge der Laserbohrung nur schwer bzw. nur sehr aufwendig kontrolliert lässt. Außerdem lassen sich fertigungstoleranzbedingte Höhenschwankungen an der Oberseite der Verkapselung und/oder des bestückten Trägersubstrats nur scher berücksichtigen. Infolgedessen besteht in der Fertigung der verkapselten Trägersubstrate die Gefahr, dass zu viel Material bei der Laserbohrung abgetragen wird. Dies kann mitunter die Funktionalität des freizulegenden Anschlusses gefährden.The plated-through hole is preferably formed by a laser hole in the encapsulation with a subsequent filling of the formed laser hole with a conductive material. However, the formation of the laser bore has proven to be challenging in that a defined length of the laser bore can only be checked with difficulty or only with great effort. In addition, fluctuations in height due to manufacturing tolerances at the top of the encapsulation and / or the loaded carrier substrate can only be taken into account with great difficulty. As a result, there is a risk in the production of the encapsulated carrier substrates that too much material will be removed during the laser drilling. This can endanger the functionality of the connection to be exposed.

Aus dem Stand der Technik ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem ein mit einem Halbleiter bestücktes Trägerelement in einem aus einer ersten und einer zweiten Werkzeughälfte gebildeten Gussgehäuse verspannt wird, so dass sich in einem geschlossenen Zustand des Gussgehäuses ein Hohlraum um das bestückte Trägerelement ausbildet. Dabei ist ferner ein Stempelelement vorgesehen, das beispielsweise verschiebbar in der ersten Werkzeughälfte gelagert ist. Dieses Stempelelement lässt sich vor dem Verfüllen des Hohlraums derart in den Hohlraum hineinversetzten, dass das Stempelelement an dem Elektronikbauteil in Anlage gerät bzw. an das Elektronikbauteil anschlägt. Bei einem anschließenden Verfüllen des Hohlraums bleibt der Bereich, in dem das Stempelelement während des Verfüllens platziert war, frei von Material. Dieses Verfahren wird beispielsweise in der EP 2 954 550 B1 beschrieben.A method is also known from the prior art in which a carrier element equipped with a semiconductor is clamped in a cast housing formed from a first and a second mold half, so that a cavity is formed around the equipped carrier element in a closed state of the cast housing. In this case, a stamp element is also provided which is, for example, slidably mounted in the first half of the tool. Before the cavity is filled, this stamp element can be moved into the cavity in such a way that the stamp element comes into contact with the electronic component or strikes the electronic component. When the cavity is subsequently filled, the area in which the stamp element was placed during the filling remains free of material. This method is used, for example, in the EP 2 954 550 B1 described.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verkapseln eines Trägersubstrats bereitzustellen, das gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbessert ist.It is an object of the present invention to provide a method for encapsulating a carrier substrate which is improved over the methods known from the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Elektronikelement gemäß Anspruch 9 sowie durch ein Werkzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren, angegeben.The object is achieved according to the invention by a method according to claim 1 and an electronic element according to claim 9 and by a tool according to claim 10. Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims and the following description, in particular in connection with the accompanying figures.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Verkapseln mindestens eines mit mindestens einem Elektronikelement bestückten Trägersubstrats, vorgesehen, umfassend

  • • Positionieren des mindestens einen Trägersubstrats zwischen einer ersten Werkzeughälfte und einer zweiten Werkzeughälfte,
  • • Ausbilden eines insbesondere geschlossenen Hohlraums mittels der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte, wobei der Hohlraum das mindestens eine Trägersubstrat zumindest teilweise umgibt,
  • • Einbringen mindestens eines Stempelelements, das insbesondere in der ersten und/oder zweiten Werkzeughälfte verlagerbar, insbesondere verschenk und/oder verschiebbar gelagert ist, in den Hohlraum,
  • • jedenfalls teilweises Verfüllen des um einen Teil des mindestens einen Stempelelements reduzierten Hohlraums mittels eines Materials zur Ausbildung einer Verkapselung des mindestens einen Trägersubstrats,
wobei das Stempelelement vor dem Verfüllen an dem zumindest einen Elektronikelement und/oder an einer Oberseite des mindestens einen Trägersubstrat derart anliegend angeordnet wird, dass nach dem Verfüllen zumindest ein Anschluss des Elektronikelements und/oder der Oberseite des mindestens einen Trägersubstrats sowie vorzugsweise ein an den Anschluss angrenzender Bereich freigestellt ist.According to the invention, a method for encapsulating at least one carrier substrate equipped with at least one electronic element is provided, comprising
  • Positioning the at least one carrier substrate between a first tool half and a second tool half,
  • Forming an in particular closed cavity by means of the first tool half and the second tool half, the cavity at least partially surrounding the at least one carrier substrate,
  • Introducing into the cavity at least one stamp element, which is displaceable in particular in the first and / or second tool half, in particular is given away and / or displaceably,
  • In any case partial filling of the cavity reduced by a part of the at least one stamp element by means of a material to form an encapsulation of the at least one carrier substrate,
wherein the stamp element is arranged so as to lie against the at least one electronic element and / or on an upper side of the at least one carrier substrate such that after the filling at least one connection of the electronic element and / or the upper side of the at least one carrier substrate and preferably one at the connection adjacent area is free.

Gegenüber dem Stand der Technik ist es somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Freistellen am Elektronikelement an der dem Trägersubstrate abgewandten Seite nicht nur an der Anschluss- bzw. einer Kontaktfläche des Elektronikelements, erfolgt, sondern es wird auch ein an den Anschluss angrenzender Bereich freigelegt. Als angrenzender Bereich wird beispielsweise eine Bereich verstanden, der nicht zur Anbindung an eine elektrisch leitende Verbindung genutzt wird, sondern bevorzugt Bauraum bereitstellt, der die Nutzung eines bestimmten Anbindungsverfahrens, z. B. einem Ultraschallschweißverfahren, gestattet. Insbesondere wird ein derart großer Bereich neben dem Anschluss freigestellt, dass keine Anbindung mittels einer Durchkontaktierung erfolgen muss. Mit anderen Worten: es kann mit Vorteil auf eine Durchkontaktierung verzichtet werden, die andernfalls aufwendig hätte realisiert werden müssen. Insbesondere wird sichergestellt, dass jedenfalls der gesamte Anschluss freigestellt wird. Beispielsweise erstreckt sich der an den Anschluss des Elektronikelements angrenzende Bereich umlaufend um den Anschluss und weist in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung eine Breite zwischen 200 µm und 2 cm, bevorzugt zwischen 400 µm und 1 cm und besonders bevorzugt zwischen 500 µm und 0,9 cm oder 0,8 cm. Für Anschlüsse an der Oberseite des Trägersubstrats weist der an den Anschluss angrenzende Bereich in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung eine Breite zwischen 200 µm und 7 cm, bevorzugt zwischen 400 µm und 5 cm und besonders bevorzugt zwischen 2 cm und 5 cm auf.Compared to the prior art, it is therefore provided according to the invention that the release on the electronic element on the side facing away from the carrier substrate does not only take place on the connection or a contact surface of the electronic element, but also an area adjacent to the connection is exposed. An adjacent area is understood to mean, for example, an area that is not used for connection to an electrically conductive connection, but preferably provides installation space that allows the use of a specific connection method, eg. B. an ultrasonic welding process allowed. In particular, such a large area next to the connection is freed up that no connection has to be made by means of a plated-through hole. In other words, it is advantageously possible to dispense with through-plating, which would otherwise have had to be implemented in a complex manner. In particular, it is ensured that the entire connection is released in any case. For example, the area adjacent to the connection of the electronic element extends all around the connection and has a width in a direction running parallel to the main extension plane between 200 μm and 2 cm, preferably between 400 μm and 1 cm and particularly preferably between 500 μm and 0.9 cm or 0.8 cm. For connections on the upper side of the carrier substrate, the region adjoining the connection has a width in a direction running parallel to the main extension plane between 200 μm and 7 cm, preferably between 400 μm and 5 cm and particularly preferably between 2 cm and 5 cm.

Beispielsweise umschließt der an den Anschluss angrenzende Bereich den Anschluss, d. h. der Anschluss ist vom den Anschluss angrenzenden Bereich vollständig umgeben. Z. B. liegt der Anschluss mittig in dem an den Anschluss angrenzenden Bereich. Vorzugsweise ist eine vom an den Anschluss angrenzenden Bereich begrenzte Fläche, zwischen 1,5 und 5 mal so groß wir eine vom Anschluss begrenzte Fläche. Als Anschluss wird insbesondere eine elektrisch leitenden Kontaktfläche an der Oberseite des Elektronikbauteils verstanden, über die sich das entsprechende Elektronikbauteil steuern bzw. mit Spannung versorgen lässt.For example, the area adjacent to the connection encloses the connection, i. H. the connector is completely surrounded by the area adjacent to the connector. For example, the connection is centered in the area adjacent to the connection. An area delimited by the area adjacent to the connection is preferably between 1.5 and 5 times as large as an area delimited by the connection. A connection is understood in particular to be an electrically conductive contact surface on the top of the electronic component, via which the corresponding electronic component can be controlled or supplied with voltage.

Insbesondere ist das mindestens eine Trägersubstrat mit dem mindestens einen Elektronikelement in der Verkapselung eingebettet. Unter einem „Einbetten“ bzw. „eingebettet sein“ ist insbesondere ein unmittelbares Angrenzen der Verkapselung an einer Außenseite des mindestens einen Trägersubstrats zu verstehen, d. h. die Verkapselung liegt zumindest bereichsweise unmittelbar flächig Trägersubstrat an und es wird kein lichter Bereich bzw. Hohlraum zwischen dem mit den Elektronikelementen bestückten Trägersubstrat und der Verkapselung ausgebildet. Dabei muss das Trägersubstrat nicht an allen Seiten von der Verkapselung ummantelt bzw. umgeben sein. Ferner ist es vorgesehen, dass die Verkapselung massiv ist, d.h. frei von Hohlräumen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass mit der hergestellten elektrisch leitenden Verbindung von der Außenseite der Verkapselung die Anschlüsse (, wie z. B. ein Source-, ein Gate- und/oder ein Drain-Anschluss,) des Elektronikelements an dessen Oberseite oder Anschlüsse an der Oberseite des Trägersubstrats kontaktiert werden.In particular, the at least one carrier substrate is embedded in the encapsulation with the at least one electronic element. “Embedding” or “being embedded” is to be understood in particular to mean an immediate bordering of the encapsulation on an outside of the at least one carrier substrate, i. H. the encapsulation lies at least in regions directly on the carrier substrate and no clear area or cavity is formed between the carrier substrate equipped with the electronic elements and the encapsulation. The carrier substrate need not be encased or surrounded on all sides by the encapsulation. It is also envisaged that the encapsulation is solid, i.e. free of voids. In particular, it is provided that the connections (such as a source, a gate and / or a drain connection) of the electronic element to the top or connections of the electronic element from the outside of the encapsulation the top of the carrier substrate are contacted.

Als Trägersubstrat ist besonders bevorzugt ein Metall-Keramik-Substrat vorgesehen, das eine aus einer Keramik gefertigte Isolationsschicht aufweist, auf der eine Metallisierung, beispielsweise durch ein AMB-Verfahren oder ein DCB-Verfahren realisiert, ausgebildet ist. Alternativ ist als Isolationsschicht auch ein organisches Material vorstellbar, das beispielsweise mit einem Füllstoff ergänzt wurde. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Anschlüsse an der Oberseite des Trägersubstrats durch die Metallisierung auf der Keramikschicht bzw. der Isolationsschicht ausgebildet sind.A metal-ceramic substrate is particularly preferably provided as the carrier substrate, which has an insulation layer made of a ceramic, on which a metallization, for example realized by an AMB method or a DCB method, is formed. Alternatively, an organic material that has been supplemented with a filler, for example, is also conceivable as an insulation layer. In particular, it is provided that the connections are formed on the upper side of the carrier substrate by the metallization on the ceramic layer or the insulation layer.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Trägersubstrats bemessener Abstand zwischen einer an der Außenseite der Verkapselung ausgebildeten weiteren Metallisierungsschicht und der Metallisierungsschicht am Trägersubstrat kleiner als 5 mm, bevorzugt geringer als 2,5 mm, und besonders bevorzugt geringer als 1 mm bis hin zu weniger als 400 µm, beispielsweise etwa 300 µm, beträgt, also möglichst gering ist. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Abstand kleiner als 200 µm oder 100 µm ist. Es ist auch vorstellbar, dass der Abstand auf ein Wert zwischen 100 µm und 200 µm annimmt Entsprechend stellt sich in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung ein sehr kurzer Abstand zwischen dem Elektronikelement am Trägersubstrat bzw. dessen Kontaktflächen oder -punkten und dem verkapselten Trägersubstrat an der Außenseite ein. Weiterhin sind beispielsweise im gefertigten Elektronikmodul Durchkontaktierungen in die Verkapselung eingelassen. Dabei können die Durchkontaktierungen nasschemisch, durch eine Paste, eine Gasphasenabscheidung, ein Siebdruckverfahren, ein 3D-Druckverfahren mechanisch und/oder galvanisch realisiert werden.It is preferably provided that a distance dimensioned perpendicular to a main extension plane of the carrier substrate between a further metallization layer formed on the outside of the encapsulation and the metallization layer on the carrier substrate is less than 5 mm, preferably less than 2.5 mm, and particularly preferably less than 1 mm down to less than 400 µm, for example about 300 µm, so it is as small as possible. It is particularly preferably provided that the distance is less than 200 μm or 100 μm. It is also conceivable that the distance assumes a value between 100 μm and 200 μm. Accordingly, in a direction perpendicular to the main plane of extension, there is a very short distance between the electronic element on the carrier substrate or its contact surfaces or points and the encapsulated carrier substrate on the Outside. Furthermore, plated-through holes are embedded in the encapsulation, for example in the manufactured electronic module. The Vias can be realized mechanically and / or galvanically, by means of a paste, a gas phase deposition, a screen printing process, a 3D printing process.

Als Elektronikelemente sind vorzugsweise schaltbare Bauteile bzw. aktive oder passive Bauteile zu verstehen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen Elektronikelement um einen WBG-Halbleiter (wide bandgap semiconductors), wie z. B. einem Halbleiter aus Siliziumcarbid, Galliumnitrid und/oder Indiumgalliumnitrid, oder Siliziumhalbleiterelement. Beispiele für ein elektronisches Bauteil sind MOSFETs („metal-oxide-semiconductor field-effect transistor“) oder ein IGBT („insulated-gate bipolar transistor“). Die Elektronikelemente können auch als Vorverbund bzw. „Prepackaging“ zusammengefasst sein. In einem solchen Vorverbund sind ein oder mehrere Elektronikelemente beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet und in einer Matrix eingebettet. Ein Beispiel für einen Vorverbund findet sich in der Druckschrift DE 10 2014 117 086 A1 als Umverteilungsstruktur, bei der ein Elektronikelement in eine dielektrische Matrix integriert ist. Auf den Offenbarungsgehalt der DE 10 2014 117 086 A1 bezüglich des Vorverbunds bzw. der Umverteilungsstruktur wird hiermit explizit Bezug genommen. Weitere Beispiele für einen Vorverbund, auf die explizit Bezug genommen wird, sind in den Artikeln „Development of Embedded Power Electronics Modules für Automotive Applications“ von L. Boettcher et al. und „Embedding of Power Semiconductors for Innovative Packages and Modules“ von L. Boettcher et al. zu finden.Switchable components or active or passive components are preferably to be understood as electronic elements. Preferably, the at least one electronic element is a WBG semiconductor (wide bandgap semiconductors), such as. B. a semiconductor made of silicon carbide, gallium nitride and / or indium gallium nitride, or silicon semiconductor element. Examples of an electronic component are MOSFETs (“metal-oxide-semiconductor field-effect transistor”) or an IGBT (“insulated-gate bipolar transistor”). The electronic elements can also be combined as a pre-assembly or “prepackaging”. In such a preliminary assembly, one or more electronic elements are arranged, for example, on a printed circuit board and embedded in a matrix. An example of a preliminary network can be found in the publication DE 10 2014 117 086 A1 as a redistribution structure in which an electronic element is integrated in a dielectric matrix. On the disclosure content of the DE 10 2014 117 086 A1 with regard to the preliminary network or the redistribution structure, reference is hereby explicitly made. Further examples of a preliminary network, to which explicit reference is made, can be found in the articles “Development of Embedded Power Electronics Modules for Automotive Applications” by L. Boettcher et al. and "Embedding of Power Semiconductors for Innovative Packages and Modules" by L. Boettcher et al. to find.

Als Materialien für die weitere Metallisierungsschicht an der Außenseite der Verkapselung bzw. der Metallisierungsschicht des Trägersubstrats sind vorstellbar Kupfer, Silber, Aluminium, Molybdän und/oder deren Legierungen, sowie Laminate wie CuW, CuMo, CuAI, AICu und/oder CuCu, insbesondere eine Kupfer-Sandwichstruktur mit einer ersten Kupferschicht und einer zweiten Kupferschicht, wobei sich eine Korngröße in der ersten Kupferschicht von einer zweiten Kupferschicht unterscheidet. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Metallisierungsschicht an der Außenseite und/oder die Metallisierungsschicht des Trägersubstrats oberflächenmodifiziert sind. Als Oberflächenmodifikation ist beispielsweise eine Versiegelung mit einem Edelmetall, insbesondere Silber und/oder Gold, oder ENIG („electroless nickel immersion gold“) oder ein Kantenverguss an der ersten bzw. zweiten Metallisierungsschicht zur Unterdrückung einer Rissbildung bzw. -weitung denkbar.Copper, silver, aluminum, molybdenum and / or their alloys as well as laminates such as CuW, CuMo, CuAI, AICu and / or CuCu, in particular a copper, are conceivable as materials for the further metallization layer on the outside of the encapsulation or the metallization layer of the carrier substrate Sandwich structure with a first copper layer and a second copper layer, a grain size in the first copper layer differing from a second copper layer. Furthermore, it is preferably provided that the metallization layer on the outside and / or the metallization layer of the carrier substrate are surface-modified. A surface modification is, for example, a sealing with a noble metal, in particular silver and / or gold, or ENIG (“electroless nickel immersion gold”) or an edge grouting on the first or second metallization layer to suppress crack formation or expansion.

Vorzugsweise ist die weitere Metallisierungsschicht an der Außenseite der Verkapselung strukturiert und/oder am gefertigten Elektromodul sind die Elektronikelemente am Trägersubstrat über die Durchkontaktierungen und/oder die Metallisierung an der Oberseite der Metallisierung durch weitere Elektronikelemente an der Außenseite der Verkapselung ansteuerbar.The further metallization layer is preferably structured on the outside of the encapsulation and / or on the manufactured electrical module, the electronic elements on the carrier substrate can be controlled via the plated-through holes and / or the metallization on the top of the metallization by further electronic elements on the outside of the encapsulation.

Insbesondere ist das zumindest eine Trägersubstrat drei- oder fünflagig ausgestaltet. Durch die mehrlagige Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, vergleichsweise dicke metallische Zwischenschichten einzusetzen, während zur Stabilisierung mehrere Keramikschichten dienen. Infolgedessen lässt sich der Wärmewiderstand reduzieren und gezielt eine Wärmespreizung einstellen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Schichtdicke der aus Keramik gefertigten Isolationsschicht an die geforderte Isolationsfestigkeit angepasst ist.In particular, the at least one carrier substrate has three or five layers. The multilayer design advantageously makes it possible to use comparatively thick metallic intermediate layers, while a plurality of ceramic layers are used for stabilization. As a result, the thermal resistance can be reduced and a targeted heat spread can be set. In particular, it is provided that the layer thickness of the insulation layer made of ceramic is adapted to the required insulation strength.

Weiter ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das zumindest eine Trägersubstrat an seiner, der Bauteilseite gegenüberliegenden, Seite eine Kühlstruktur aufweist, wobei das Elektronikmodul vorzugsweise ein Dichtelement und/oder Dichtmaterial, z. B. ein Silikon, für ein fluiddichtes Anbinden an eine Fluidkühlungsvorrichtung aufweist. Insbesondere ist die Kühlstruktur in vorteilhafter Weise in das Trägersubstrat integriert und wird von der Verkapselung nicht umschlossen, d. h. es liegt frei. Furthermore, it is preferably provided that the at least one carrier substrate has a cooling structure on its side opposite the component side, the electronics module preferably having a sealing element and / or sealing material, for. B. has a silicone for a fluid-tight connection to a fluid cooling device. In particular, the cooling structure is advantageously integrated into the carrier substrate and is not enclosed by the encapsulation, i. H. it is free.

Die Integration gestattet einen geringen Aufwand beim Verbauen des Elektronikmoduls, da in vorteilhafter Weise auf einen zusätzlichen Arbeitsschritt, in dem eine Bodenplatte und/oder ein Kühler an das Trägersubstrat angebunden wird, beispielsweise gelötet, gesintert und/oder verklemmt wird, verzichtet werden kann. Die Fluidkühlvorrichtung dient insbesondere dem Heran- und Abführen eines Kühlfluids, insbesondere einer Kühlflüssigkeit. Vorzugsweise umfasst die Kühlstruktur Finnen, die in einen Kanal hineinragen, der von der Kühlstruktur und der Fluidkühlungsvorrichtung ausgebildet wird. Zum Abdichten des Kanals, der zwischen Trägersubstratseitiger Kühlstruktur und Fluidkühlungsvorrichtung ausgebildet wird, ist vorzugsweise ein Dichtelement vorgesehen, das in das Elektronikmodul integriert ist, und welches im Wesentlichen vorzugsweise in Stapelrichtung gesehen auf Höhe der Kühlstruktur angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Dichtelement ringartig oder als Wulst ausgebildet und umläuft vorzugsweise die Kühlstruktur, insbesondere die Finnen der Kühlstruktur. Vorzugsweise ist das Dichtelement an der Verkapselung angeordnet, beispielsweise in einer hierfür vorgesehenen Nut.The integration allows little effort when installing the electronic module, since an additional work step in which a base plate and / or a cooler is connected to the carrier substrate, for example soldered, sintered and / or jammed, can advantageously be dispensed with. The fluid cooling device serves, in particular, to bring a cooling fluid, in particular a cooling liquid, in and out. Preferably, the cooling structure comprises fins that protrude into a channel formed by the cooling structure and the fluid cooling device. In order to seal the channel, which is formed between the cooling structure and the fluid cooling device on the carrier substrate side, a sealing element is preferably provided which is integrated in the electronics module and which is essentially arranged at the level of the cooling structure when viewed in the stacking direction. The sealing element is preferably in the form of a ring or as a bead and preferably runs around the cooling structure, in particular the fins of the cooling structure. The sealing element is preferably arranged on the encapsulation, for example in a groove provided for this purpose.

Vorzugsweise weist die Keramikschicht Al2O3, Si3N4, AIN, eine HPSX-Keramik (d. h. eine Keramik mit einer Al2O3- Matrix, die einen x-prozentigen Anteil an ZrO2 umfasst, beispielsweise Al2O3 mit 9% ZrO2 = HPS9 oder Al2O3 mit 25% ZrO2 = HPS25), SiC, BeO, MgO, hochdichtes MgO (> 90% der theoretischen Dichte), TSZ (tetragonal stabilisiertes Zirkonoxid) oder ZTA als Material für die Keramik auf. Es ist dabei auch vorstellbar, dass die Isolationsschicht als Verbund- bzw. Hybridkeramik ausgebildet ist, bei der zur Kombination verschiedener gewünschter Eigenschaften mehrere Keramikschichten, die sich jeweils in Hinblick auf ihre materielle Zusammensetzung unterscheiden, übereinander angeordnet und zu einer Isolationsschicht zusammengefügt sind. Vorzugsweise wird eine hochgradig wärmeleitfähige Keramik für einen möglichst geringen Wärmwiderstand verwendet.The ceramic layer preferably has Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , AIN, an HPSX ceramic (ie a ceramic with an Al 2 O 3 matrix which comprises an x-percentage of ZrO 2 , for example Al 2 O 3 9% ZrO 2 = HPS9 or Al 2 O 3 with 25% ZrO 2 = HPS25), SiC, BeO, MgO, high-density MgO (> 90% of the theoretical density), TSZ (tetragonal stabilized zirconium oxide) or ZTA as material for the ceramic on. It is it is also conceivable that the insulation layer is designed as a composite or hybrid ceramic, in which a plurality of ceramic layers, each of which differ in terms of their material composition, are arranged one above the other and combined to form an insulation layer in order to combine different desired properties. A highly thermally conductive ceramic is preferably used for the lowest possible heat resistance.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Trägersubstrat eine Primärschicht, eine Sekundärschicht und eine, zwischen der Primärschicht und der Sekundärschicht angeordnete, metallische Zwischenschicht, insbesondere als elektronischer Rückleiter, aufweist, wobei die Zwischenschicht vorzugsweise

  • - dicker als die Primärschicht und/oder die Sekundärschicht ist und/oder
  • - dicker als 1 mm, bevorzugt dicker als 1,5 und besonders bevorzugt dicker als 2,5 mm ist.
It is preferably provided that the carrier substrate has a primary layer, a secondary layer and a metallic intermediate layer arranged between the primary layer and the secondary layer, in particular as an electronic return conductor, the intermediate layer preferably
  • - is thicker than the primary layer and / or the secondary layer and / or
  • - is thicker than 1 mm, preferably thicker than 1.5 and particularly preferably thicker than 2.5 mm.

Derartig dicke metallische Zwischenschichten wirken in vorteilhafter Weise als temporärer Speicher und verbessern so die thermische Impedanz Zth. Dabei unterstützt die Dicke insbesondere die Wärmespreizung beim Wärmeabtransport, bei dem die Wärme von der Bauteilseite über das Trägersubstrat auf eine der Bauteilseite gegenüberliegende Seite des Trägersubstrats geleitet wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Zwischenschicht einlagig bzw. einstückig ausgestaltet ist. Die Zwischenschicht kann vorzugsweise als elektrischer Rückleiter dienen, indem eine zusätzliche Durchkontaktierung in der Primärschicht eingelassen ist, sodass nicht nur die erste Metallisierungsschicht zur Stromführung genutzt werden kann, sondern auch die metallische Zwischenschicht. Dabei sind die Primärschicht und/oder die Sekundärschicht aus Keramik.Such thick metallic intermediate layers advantageously act as temporary storage and thus improve the thermal impedance Z th . The thickness supports in particular the heat spreading during heat removal, in which the heat is conducted from the component side via the carrier substrate to a side of the carrier substrate opposite the component side. In particular, it is provided that the intermediate layer is configured in one layer or in one piece. The intermediate layer can preferably serve as an electrical return conductor in that an additional plated-through hole is embedded in the primary layer, so that not only the first metallization layer can be used for current conduction, but also the metallic intermediate layer. The primary layer and / or the secondary layer are made of ceramic.

Besonders ist es vorgesehen, dass die Primärschicht eine Aussparung bzw. ein Loch aufweist und das Stempelelement derart oberhalb dieser Aussparung angeordnet wird, dass der Bereich oberhalb der Aussparung in der Primärschicht so freigelegt wird, dass eine direkte elektrisch leitende Verbindung zur metallischen Zwischenschicht realisiert werden kann, beispielsweise durch ein Drahbondingprozess oder ein Ultraschallschweißen. Mit anderen Worten: Mit dem freigestellten Bereich wird ein Zugang zur metallischen Zwischenschicht des Trägersubstrats ermöglicht, wodurch eine Anbindung von der Außenseite der Verkapselung an die metallische Zwischenlage möglich ist, insbesondere ohne Ausbildung einer Durchkontaktierung.In particular, it is provided that the primary layer has a recess or a hole and the stamp element is arranged above this recess in such a way that the area above the recess in the primary layer is exposed in such a way that a direct electrically conductive connection to the metallic intermediate layer can be realized , for example by a wire bonding process or an ultrasonic welding. In other words: With the free area, access to the metallic intermediate layer of the carrier substrate is made possible, whereby a connection from the outside of the encapsulation to the metallic intermediate layer is possible, in particular without forming a via.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Trägersubstrat mit der Primärschicht, der Sekundärschicht und der metallischen Zwischenschicht als Aufbau aus fünf oder mehr Lagen zusammengesetzt ist. Insbesondere ist für den fünflagigen Aufbau vorgesehen, dass zwei metallische Zwischenschichten zwischen der Primärschicht und der Sekundärschicht vorhanden sind, wobei zwischen den zwei metallischen Zwischenschichten eine Tertiärschicht angeordnet ist. Vorzugsweise weisen mindestens zwei Schichten ein vergleichsweise hohes E-Modul auf. Dadurch wird die Verwindungsneigung bei betriebs- und umgebungsbedingten Temperaturwechseln weiter reduziert. Vorzugsweise sind die Primärschicht, die Sekundärschicht und/oder die Tertiärschicht aus einem Keramik umfassenden Material gefertigt, beispielsweise aus einem der weiter oben genannten Keramiken. Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise die gewünschten Anforderungen an die Isolationsfestigkeit realisieren. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Sekundärschicht und/oder Tertiärschicht nicht aus einem eine Keramik umfassenden Material gefertigt sind, da diese im Wesentlichen zur Versteifung des Trägersubstrats dienen und nicht zur Isolation beitragen. Denkbar wäre hier beispielsweise die Verwendung von Molybdän und/oder Wolfram statt einer Keramik.Furthermore, it is preferably provided that the carrier substrate with the primary layer, the secondary layer and the metallic intermediate layer is composed of five or more layers as a structure. In particular, it is provided for the five-layer structure that two metallic intermediate layers are present between the primary layer and the secondary layer, a tertiary layer being arranged between the two metallic intermediate layers. At least two layers preferably have a comparatively high modulus of elasticity. This further reduces the tendency to twist during temperature and operational changes. The primary layer, the secondary layer and / or the tertiary layer are preferably made of a material comprising ceramic, for example one of the ceramics mentioned above. This allows the desired requirements for insulation strength to be realized in an advantageous manner. However, it is also conceivable that the secondary layer and / or tertiary layer are not made of a material comprising a ceramic, since these essentially serve to stiffen the carrier substrate and do not contribute to insulation. For example, it would be conceivable to use molybdenum and / or tungsten instead of a ceramic.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die erste Werkzeughälfte, die zweite Werkzeughälfte und/oder das zumindest eine Stempelelement derart ausgestaltet sind, dass sie Ausformungsschrägen aufweisen, die es gestatten, nach dem Verfüllen und Aushärten des Materials für die Verkapselung das verkapselte Trägersubstrat einfach herauszunehmen. Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine Innenseite der ersten Werkzeughälfte, eine Innenseite der zweiten Werkzeugseite und/oder des in den Hohlraum hineinragenden Teils des mindestens einen Stempelelements mit einer Folie bzw. einem Film bedeckt sind, die bzw. der verhindert, dass die gefertigte Verkapselung an der ersten Werkzeughälfte, der zweiten Werkzeughälfte und/oder dem mindestens einen Stempelelement beim Entformen haften bleibt. Eine solche Folie bzw. solch ein Film stellt einen Verschleißgegenstand dar, mit dem die erste Werkzeughälfte und/oder die zweite Werkzeughälfte für jede Verkapselung vorzugsweise neu verkleidet wird.Furthermore, it is provided that the first tool half, the second tool half and / or the at least one stamp element are designed in such a way that they have shaping bevels which allow the encapsulated carrier substrate to be easily removed after the filling and curing of the encapsulation material. Furthermore, it is preferably provided that an inside of the first tool half, an inside of the second tool side and / or the part of the at least one stamp element protruding into the cavity are covered with a film or a film which prevents the manufactured one Encapsulation adheres to the first mold half, the second mold half and / or the at least one stamp element during demolding. Such a film or such a film represents an object of wear with which the first tool half and / or the second tool half is preferably newly clad for each encapsulation.

Weiterhin ist es für das Verfahren zweckmäßig, das Trägersubstrat vor dem Verfüllen des Hohlraums in diesem zu fixieren, beispielsweise zu verklemmen. Dabei ist es vorstellbar, dass das Trägersubstrat zwischen der ersten Werkzeughälfte und der zweiten Werkzeughälfte und/oder zwischen dem mindestens einen Stempelelement und der ersten bzw. der zweiten Werkzeughälfte mittelbar oder unmittelbar verklemmt ist. Es ist ferner vorstellbar, dass die erste Werkzeughälfte und/oder die zweite Werkzeughälfte an ihrer Innenseite eine Aufnahme aufweist, in der das Trägersubstrat eingesetzt werden kann und in der das Trägersubstrat beispielsweise in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung formschlüssig mit der ersten und/oder zweiten Werkzeughälfte zusammenwirkt. Bei einer unmittelbaren Fixierung bzw. Verklemmung des Trägersubstrats ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Trägersubstrat, insbesondere mehrere Trägersubstrate, auf einer Werkzeugträgerfolie fixiert werden und anschließend die Werkzeugträgerfolie mit der ersten und/oder zweiten Werkzeughälfte fixiert wird. Hierbei kann die Werkzeugträgerfolie Kennzeichnungen aufweisen, die eine positionsgenaue Ausrichtung der einzelnen Trägersubstrate zwischen der ersten und zweiten Werkzeughälfte ermöglicht.Furthermore, it is expedient for the method to fix the carrier substrate in the cavity before filling it, for example to clamp it. It is conceivable that the carrier substrate is directly or indirectly clamped between the first tool half and the second tool half and / or between the at least one stamp element and the first or the second tool half. It is also conceivable that the first tool half and / or the second tool half has a receptacle on its inside in which the carrier substrate can be used and in which the carrier substrate, for example cooperates positively with the first and / or second tool half in a direction running parallel to the main extension plane. If the carrier substrate is directly fixed or jammed, it is preferably provided that the carrier substrate, in particular a plurality of carrier substrates, are fixed on a tool carrier film and then the tool carrier film is fixed with the first and / or second tool half. In this case, the tool carrier film can have markings which enable the individual carrier substrates between the first and second tool halves to be precisely positioned.

Hinsichtlich der Grundlagen für die erste Werkzeughälfte, die zweite Werkzeughälfte und das Stempelelement sowie das Verfüllen wird explizit und sinngemäß auf den Offenbarungsgehalt der EP 2 954 550 B1 Bezug genommen.With regard to the basics for the first half of the tool, the second half of the tool and the stamp element, as well as the backfilling, the disclosure content of the EP 2 954 550 B1 Referred.

Gemäß einer besondere bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das mindestens eine Stempelelement vor dem Verfüllen an dem mindestens einen Elektronikelement und/oder dem mindestens einem Trägersubstrat derart anliegend angeordnet wird, dass nach dem Verfüllen mehrere Anschlüsse des Elektronikelements und/oder des mindestens einen Trägersubstrats , insbesondere innerhalb eines gemeinsam freigestellten Bereichs, freigestellt werden. Durch das gleichzeitige Freistellen mehrerer Anschlüsse in einem gemeinsam freigestellten Bereich lässt sich besonders einfach eine elektrisch leitende Verbindung zu den jeweiligen Anschlüssen realisieren, insbesondere über einen gemeinsamen Zugang. Insbesondere gestattet diese Ausführungsform bei der Verbindung zwischen der Außenseite der Verkapselung und dem Elektronikelement bzw. dem Trägersubstrat, das am Trägersubstrat angebunden ist, nicht nur den Verzicht auf eine Durchkontaktierung, sondern es ermöglicht auch stattdessen die elektrisch leitende Verbindung durch eine entsprechende draht- und/oder streifenförmige, insbesondere flexible Leiterplatte oder einen Drahtbond zu realisieren.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, it is provided that the at least one stamp element is arranged so as to lie against the at least one electronic element and / or the at least one carrier substrate in such a way that several connections of the electronic element and / or the at least one after the filling a carrier substrate, in particular within a jointly exempted area. By simultaneously freeing several connections in a jointly free area, an electrically conductive connection to the respective connections can be realized particularly easily, in particular via a common access. In particular, this embodiment not only makes it possible to dispense with a plated-through hole in the connection between the outside of the encapsulation and the electronic element or the carrier substrate, which is connected to the carrier substrate, but instead also enables the electrically conductive connection by means of a corresponding wire and / or to realize strip-shaped, in particular flexible printed circuit boards or a wire bond.

Entsprechend kann man in vorteilhafter Weise auf eine aufwändige Herstellung einer Durchkontaktierung mittels Laserbohrens verzichten, die insbesondere andernfalls die Gefahr mit sich bringen würde, im Rahmen der Herstellung der Aussparung oberhalb des Kontaktes das Elektronikelement zu beschädigen bzw. sich nur bedingt prozesssicher nutzen lässt.Accordingly, one can advantageously dispense with the elaborate production of a through-connection by means of laser drilling, which in particular would otherwise entail the risk of damaging the electronic element in the course of the production of the recess above the contact or can only be used to a limited extent in a process-reliable manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem mindestens einen Anschluss und/oder den mehreren Anschlüssen zur Außenseite der ausgebildeten Verkapselung realisiert wird. Dadurch lässt sich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Außenseite der Verkapselung, insbesondere einer dortigen Metallisierung, mit dem mindestens einen Elektronikelement realisieren, insbesondere der Oberseite des mindestens einen Elektronikelements und/oder der Oberseite des Trägersubstrats, die es wiederum gestattet, das mindestens eine Elektronikelement, das innerhalb der Verkapselung angeordnet ist, von der Außenseite zu steuern, insbesondere mit einer Versorgungsspannung, zu versorgen.According to a preferred embodiment, it is provided that an electrically conductive connection between the at least one connection and / or the plurality of connections to the outside of the encapsulation formed is realized. This enables an electrically conductive connection to be made between the outside of the encapsulation, in particular a metallization there, with the at least one electronic element, in particular the upper side of the at least one electronic element and / or the upper side of the carrier substrate, which in turn allows the at least one electronic element which is arranged within the encapsulation, to be controlled from the outside, in particular to be supplied with a supply voltage.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindung ein Verbindungselement, beispielsweise ein Einpressstift („pressfit“), ein Kontaktpin und/oder ein Federelement, in den freigestellten Bereich oberhalb des mindestens einen Anschlusses und/oder der mehreren Anschlüsse angeordnet wird und vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig mit der Verkapselung und/oder stoffschlüssig mit der Metallisierung auf dem Trägersubstrat,zusammenwirkt. Vorzugsweise wird der Einpressstift („pressfit“), der Kontaktpin und/oder das Federelement an die Metallisierung des Trägersubstrats angeschweißt. Weiterhin ist es vorstellbar, dass im freigestellten Bereich eine einzelne Spiralfeder oder mehrere nebeneinander angeordnete Federelemente, insbesondere Spiralfedern, platziert sind. Dadurch wird eine besonders einfach zu kontaktierende, elektrisch leitende Verbindung in den freigestellten Bereich eingelassen. Dabei lassen sich insbesondere in der Fertigung diese Einpressstifte und/oder Federelemente leicht innerhalb des freigestellten Bereichs anordnen, insbesondere einstecken. Vorzugsweise ist der freigestellte Bereich derart dimensioniert, dass der Einpressstift und/oder das Federelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Verkapselung, insbesondere in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung, zusammenwirkt. Beispielsweise wird das Verbindungselement dabei in die durch den freigestellten Bereich gebildete Aussparung der Verkapselung verpresst. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Verbindungselement, das im freigestellten Bereich platziert ist, gegenüber der Außenseite der Verkapselung vorsteht und damit einen einfachen Anschluss an die Metallisierung an der Außenseite der Verkapselung zulässt.According to a further preferred embodiment, it is provided that in order to form the electrically conductive connection, a connecting element, for example a press-fit pin, a contact pin and / or a spring element, into the free area above the at least one connection and / or the plurality Connections is arranged and preferably interacts positively and / or non-positively with the encapsulation and / or integrally with the metallization on the carrier substrate. The press-fit pin, the contact pin and / or the spring element is preferably welded to the metallization of the carrier substrate. Furthermore, it is conceivable that a single spiral spring or a plurality of spring elements, in particular spiral springs, arranged next to one another are placed in the released area. This allows a particularly easy to contact, electrically conductive connection in the free area. In particular, these press-in pins and / or spring elements can easily be arranged, in particular inserted, in the production area during production. The free area is preferably dimensioned in such a way that the press-in pin and / or the spring element interacts positively and / or positively with the encapsulation, in particular in a direction running perpendicular to the main extension plane. For example, the connecting element is pressed into the recess in the encapsulation formed by the free area. Furthermore, it is preferably provided that the connecting element, which is placed in the free area, protrudes from the outside of the encapsulation and thus allows a simple connection to the metallization on the outside of the encapsulation.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem mindestens einen Anschluss und/oder den mehreren Anschlüssen und einer Außenseite der gefertigten Verkapselung, insbesondere einer Metallisierung an der Außenseite der gefertigten Verkapselung, durch eine flexible Leiterplatte realisiert. Unter einer flexiblen Leiterplatte versteht der Fachmann insbesondere ein metallisches oder aus einem elektrisch leitenden Material gefertigtes Leiterelement, das sich an den Verlauf einer Profilierung, auf die die flexible Leiterplatte aufgelegt wird, entsprechend anpassen lässt. Damit unterscheidet sie sich insbesondere von einer starren Leiterplatte, die beispielsweise aus einem ausgestanzten Blech hergestellt ist. Mittels einer solchen flexiblen Leiterplatte lassen sich Metallisierungsschichten bzw. Anschlüsse und eine Metallisierungsschicht auf leicht zueinander höhenversetzten Ebenen auf einfache Weise miteinander verbinden, indem die flexible Leiterplatte oberhalb eines Rücksprunges angeordnet wird, indem der jeweilige Anschluss für das Elektronikelement und/oder für das Trägersubstrat zu finden ist. Mit anderen Worten: Die flexible Leiterplatte hängt oberhalb des Anschlusses des Elektronikelementes und/oder des Trägersubstrat derart durch bzw. ist entsprechend zumindest bereichsweise so topfförmig ausgeformt, dass ein Kontakt zu dem Anschluss des mindestens einen Elektronikelement und/oder Trägersubstrats realisiert werden kann.According to a further preferred embodiment, an electrically conductive connection between the at least one connection and / or the plurality of connections and an outside of the manufactured encapsulation, in particular a metallization on the outside of the manufactured encapsulation, is realized by a flexible printed circuit board. A person skilled in the art understands a flexible printed circuit board to mean, in particular, a metallic conductor element or a conductor element made of an electrically conductive material, which is based on the profile profile the flexible circuit board is placed on, can be adjusted accordingly. It differs in particular from a rigid printed circuit board, which is made, for example, from a punched sheet metal. With such a flexible printed circuit board, metallization layers or connections and a metallization layer can be easily connected to one another at levels that are slightly offset from one another by arranging the flexible printed circuit board above a recess by finding the respective connection for the electronic element and / or for the carrier substrate is. In other words: The flexible printed circuit board hangs above the connection of the electronic element and / or the carrier substrate in such a way or is shaped in a cup-shaped manner at least in some areas so that contact can be made with the connection of the at least one electronic element and / or carrier substrate.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem mindestens einen Anschluss und/oder den mehreren Anschlüssen und einer Außenseite der gefertigten Verkapselung, insbesondere einer Metallisierung an der Außenseite der gefertigten Verkapselung durch einen Drahtbond, realisiert wird. Dadurch verzichtet man bewusst auf eine Durchkontaktierung und nutzt stattdessen die üblichen und bekannten Methoden zur Kontaktierung von Elektronikelementen bzw. des Trägersubstrats über das „Drahtboden“, wobei die Verbindung über die Außenseite der Verkapselung verläuft. So werden hier Metallisierungen bzw. Anschlüsse auf zwei höhenversetzten Ebenen miteinander verbunden.It is particularly preferably provided that an electrically conductive connection between the at least one connection and / or the plurality of connections and an outside of the manufactured encapsulation, in particular a metallization on the outside of the manufactured encapsulation, is realized by a wire bond. This deliberately avoids through-plating and instead uses the usual and known methods for contacting electronic elements or the carrier substrate via the “wire base”, the connection running over the outside of the encapsulation. In this way, metallizations or connections are connected to one another on two height-offset levels.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die elektrisch leitende Verbindung mittels Ultraschallschweißen und/oder Laserschweißen realisiert wird. Dadurch unterscheidet man sich insbesondere von der Durchkontaktierung und kann insbesondere auf einfache und sichere Weise gewährleisten, dass eine sichere, stoffschlüssige Verbindung zwischen der elektrisch leitenden Verbindung und dem Kontakt an der Oberseite des Elektronikelements bzw. des Trägersubstrats realisiert wird. Insbesondere kann man auch auf etablierte Verfahren zurückgreifen, mit denen sichere und dauerhafte Verbindungen bereitgestellt werden.In a further preferred embodiment, it is provided that the electrically conductive connection is realized by means of ultrasonic welding and / or laser welding. This differs in particular from the plated-through hole and can in particular ensure in a simple and safe manner that a secure, integral connection between the electrically conductive connection and the contact on the upper side of the electronic element or the carrier substrate is realized. In particular, one can fall back on established procedures with which secure and permanent connections are provided.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Elektronikmodul, insbesondere gefertigt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, mit einem Trägersubstrat und einer Verkapselung, wobei das Trägersubstrat mit mindestens einem Elektronikelement bestückt ist, wobei das Trägersubstrat mit dem mindestens einem Elektronikelement in einer Verkapselung eingebettet ist und wobei zumindest ein Anschluss mit einem an den Anschluss angrenzenden Bereich freigestellt ist, wobei eine Metallisierung an einer Außenseite der Verkapselung mit dem zumindest einen freigestellten Anschluss verbunden ist, insbesondere ohne Ausbildung einer Durchkontaktierung. Alle Merkmals und Vorteile, die für das Verfahren beschrieben worden sind, gelten analog für das Modul und anders herum.Another object of the present invention is an electronics module, in particular manufactured with a method according to the invention, with a carrier substrate and an encapsulation, the carrier substrate being equipped with at least one electronic element, the carrier substrate being embedded in an encapsulation with the at least one electronic element, and at least a connection with an area adjoining the connection is exempted, wherein a metallization on an outside of the encapsulation is connected to the at least one exempted connection, in particular without forming a via. All features and advantages that have been described for the method apply analogously to the module and vice versa.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass eine leitende Verbindung zwischen zwei höhenversetzten Ebenen in der Verkapselung realisiert wird, wobei ein Abstand zwischen den beiden höhenversetzten Ebenen vorzugsweise kleiner ist als 500 µm, bevorzugt kleiner als 400 µm und besonders bevorzugt kleiner als 250 µm. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Abstand weniger als 200 µm oder sogar weniger als 100 µm beträgt. Beispielswiese nimmt der Wert für den Abstand einen Wert zwischen 100 µm und 200 µm an.In particular, it is provided that a conductive connection between two height-offset levels is realized in the encapsulation, wherein a distance between the two height-offset levels is preferably less than 500 μm, preferably less than 400 μm and particularly preferably less than 250 μm. It is preferably provided that the distance is less than 200 μm or even less than 100 μm. For example, the value for the distance assumes a value between 100 µm and 200 µm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Widerstand und/oder ein Kondensator, bevorzugt ein RC-Glied, in einem Rücksprung und/oder in einem freigestellten Bereich der Verkapselung angeordnet. Dadurch lässt sich das RC-Glied in vorteilhafter Weise innerhalb der Verkapselung anordnen, und man kann darauf verzichten, das RC-Glied von der Außenseite der Verkapselung abstehend an der Außenseite der Verkapselung auszubilden. Dadurch lässt sich beispielweise ein bündiger Abschluss an der Außenseite der Verkapselung realisieren, ohne dass bestimmte elektronische Elemente oder Elektronikelemente von der Außenseite abstehen. Es ist auch vorstellbar, dass ein leichter Überstand realisiert wird. Beispielsweise stehen die elektronischen Elemente bzw. Elektronikelemente bis zu 50 mm, bevorzugt bis zu 5 mm und besondere bevorzugt bis zu 1 mm gegenüber der Außenseite der Verkapselung vor. Ein weiterer positiver Effekt der Anordnung des Widerstands und/oder des Kondensators in dem Rücksprung und/oder in den freigestellt Bereich, ist die Möglichkeit effizient die Wärme von den elektrischen Elementen wegzuführen, da die elektrischen Elemente so näher an der Kühlstruktur angeordnet sind.According to a preferred embodiment, a resistor and / or a capacitor, preferably an RC element, is arranged in a recess and / or in an exposed area of the encapsulation. As a result, the RC element can advantageously be arranged within the encapsulation, and there is no need for the RC element to protrude from the outside of the encapsulation on the outside of the encapsulation. In this way, for example, a flush closure on the outside of the encapsulation can be implemented without certain electronic elements or electronic elements protruding from the outside. It is also conceivable that a slight protrusion is realized. For example, the electronic elements or electronic elements protrude up to 50 mm, preferably up to 5 mm and particularly preferably up to 1 mm, from the outside of the encapsulation. Another positive effect of arranging the resistor and / or the capacitor in the recess and / or in the free area is the possibility to efficiently conduct the heat away from the electrical elements, since the electrical elements are arranged closer to the cooling structure.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Werkzeug mit einer ersten Werkzeughälfte und einer zweiten Werkzeughälfte und einem Stempelelement zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.Another aspect of the present invention is a tool with a first tool half and a second tool half and a stamp element for carrying out a method according to the invention.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsform können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.Further advantages and features result from the following description of preferred embodiments of the object according to the invention with reference to the attached figures. Individual features of the individual embodiment can be combined with one another in the context of the invention.

Es zeigt:

  • 1a-1c: ein Verfahren gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 2a/2b: ein Verfahren gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
It shows:
  • 1a-1c : a method according to a first exemplary embodiment of the present invention and
  • 2a / 2b: a method according to a second exemplary embodiment of the present invention.

In den 1a bis 1c ist ein Verfahren gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere dient das Verfahren der Ausbildung eines Elektromoduls 100, insbesondere eines Leistungsmoduls. Wesentliche Bestandteile eines solchen Elektronikmoduls 100 sind ein Trägersubstrat 10, insbesondere als Metall-Keramik-Substrat, und eine Verkapselung 8, wobei das Trägersubstrat 10 zumindest teilweise in die Verkapselung 8 eingebettet ist, d. h. das Trägersubstrat 10 ist zumindest teilweise von der Verkapselung 8 umgeben. Das Trägersubstrat 10 weist eine Bauteilseite 25 mit einer bauteilseitigen Metallisierungsschicht (nicht genutzt) auf, wobei diese Metallisierungsschicht zur Bildung von Leiterbahnen oder Anschlusspads strukturiert ist (nicht gezeigt). An der Bauteilseite 25 sind Elektronikelemente 5 angebunden, die zur Ausbildung zumindest eines Teils eines elektronischen Schaltkreises vorzugsweise untereinander verbunden sind. Beispielsweise umfassen die Elektronikelemente 5 Halbleiter, insbesondere WBG -Halbleiter (wide bandgap semiconductors), wie z. B. einem Halbleiter aus Siliziumcarbid, Galliumnitrid und/oder Indiumgalliumnitrid, deren Bandlücke zwischen einem Valenzband und dem Leitungsband zwischen 2 eV und 4 eV oder darüber liegt. Insbesondere ist das Elektronikmodul 100 ein Leistungsmodul und dient beispielsweise der Umformung elektrischer Energie mit schaltenden Elektronikelementen. Denkbar wäre z. B. dass das Elektronikelement 5 als Gleichspannungswandler, Umrichter und/oder Frequenzumrichter im Bereich der elektronischen Antriebstechnik, insbesondere im Bereich der E-mobilität, als Solarwechselrichter und/oder Umrichter für Windkraftanlagen zur Netzeinspeisung regenerativ erzeugter Energie oder als Schaltnetzteil bzw. DC-DC-Wandler eingesetzt wird.In the 1a to 1c a method according to a first exemplary embodiment of the present invention is shown. In particular, the method is used to form an electrical module 100 , in particular a power module. Essential components of such an electronic module 100 are a carrier substrate 10 , in particular as a metal-ceramic substrate, and an encapsulation 8th , with the carrier substrate 10 at least partially in the encapsulation 8th is embedded, ie the carrier substrate 10 is at least partially encapsulated 8th surround. The carrier substrate 10 has a component side 25th with a component-side metallization layer (not used), this metallization layer being structured to form conductor tracks or connection pads (not shown). On the component side 25th are electronic elements 5 connected, which are preferably interconnected to form at least part of an electronic circuit. For example, include the electronic elements 5 Semiconductors, especially WBG semiconductors (wide bandgap semiconductors), such as. B. a semiconductor made of silicon carbide, gallium nitride and / or indium gallium nitride, the band gap between a valence band and the conduction band is between 2 eV and 4 eV or above. In particular, the electronics module 100 a power module and is used, for example, to transform electrical energy with switching electronic elements. It would be conceivable, for. B. that the electronic element 5 is used as a DC / DC converter, converter and / or frequency converter in the field of electronic drive technology, especially in the field of e-mobility, as a solar converter and / or converter for wind turbines for feeding in renewable energy, or as a switching power supply or DC-DC converter.

Zur Steuerung der Elektronikelemente 5 auf der Bauteilseite 25 ist an der Außenseite A der Verkapselung 8 eine insbesondere als Steueranschluss dienende weitere Metallisierungsschicht für mindestens ein weiteres Elektronikelement und/oder Kontaktelement zur Versorgung des Elektronikelements 5 mit einer Betriebsspannung vorgesehen (nicht gezeigt). Vorzugsweise ist die weitere Metallisierungsschicht ebenfalls strukturiert. Beispielsweise handelt es sich bei dem weiteren Elektronikelement um ein Steuerungselement, wie z. B. einen Gate-Treiber, ein Zwischenkondensator, ein Lastanschluss, ein Anschluss zur Energieversorgung und/oder Vergleichbares.To control the electronic elements 5 on the component side 25th is on the outside A the encapsulation 8th a further metallization layer serving in particular as a control connection for at least one further electronic element and / or contact element for supplying the electronic element 5 provided with an operating voltage (not shown). The further metallization layer is preferably also structured. For example, the further electronic element is a control element, such as, for. B. a gate driver, an intermediate capacitor, a load connection, a connection for power supply and / or the like.

Um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der weiteren Metallisierungsschicht an der Außenseite A der Verkapselung 8 und dem Elektronikelement 5 zu realisieren, mit der sich insbesondere in vorteilhafter Weise das Elektronikelement 5 auf dem Trägersubstrat 10 von der Außenseite A der Verkapselung 8 her steuern lässt, ist eine elektrisch leitenden Verbindung von der Außenseite A zu dem Elektronikelement 5, zumindest zu der Oberseite des Elektronikelements 5, erforderlich. Diese lässt sich aufwändig, beispielsweise durch eine Durchkontaktierung, nachträglich in der Verkapselung 8 einbringen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1a bis 1c ist es stattdessen vorgesehen, dass zunächst ein Trägersubstrat 10 zwischen einer ersten Werkzeughälfte 11 und einer zweiten Werkzeughälfte 12 positioniert wird. Insbesondere wird das Trägersubstrat 10 mittels der ersten Werkzeughälfte 11 und/oder der zweiten Werkzeughälfte 12 verklemmt bzw. fixiert. In einem geschlossenen Zustand bilden die erste Werkzeughälfte 11 und die zweite Werkzeughälfte 12 einen geschlossenen Hohlraum 7 aus, der das Trägersubstrat 10 zumindest teilweise umgibt.An electrically conductive connection between the further metallization layer on the outside A the encapsulation 8th and the electronic element 5 to realize with which the electronic element is particularly advantageous 5 on the carrier substrate 10 from the outside A the encapsulation 8th is an electrically conductive connection from the outside A to the electronic element 5 , at least to the top of the electronic element 5 , required. This can be done later, in the encapsulation, in a complex manner, for example by means of a plated-through hole 8th bring in. In the embodiment according to the 1a to 1c it is instead provided that first a carrier substrate 10 between a first half of the tool 11 and a second half of the tool 12th is positioned. In particular, the carrier substrate 10 using the first half of the tool 11 and / or the second half of the tool 12th jammed or fixed. The first half of the tool is in a closed state 11 and the second half of the tool 12th a closed cavity 7 from the the carrier substrate 10 at least partially surrounds.

Zur Ausbildung der Verkapselung 8 wird dann in den Hohlraum 7 Material eingefüllt, das insbesondere den Hohlraum 7 verfüllt und in einem ausgehärteten Zustand die Verkapselung 8 bildet. Zur Ausbildung einer Aussparung bzw. eines freigestellten Bereichs 27 innerhalb der Verkapselung 8 ist vorzugsweise ein Stempelelement 13 vorgesehen, dass in der ersten Werkzeughälfte 11 und/oder zweiten Werkzeughälfte 12 verschiebbar gelagert ist. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass beim Verfüllen des Hohlraums 7 das Stempelelement 13 an dem Elektronikelement 5 aufliegt, insbesondere an der Oberseite des Elektronikelements 5. Der Fachmann versteht insbesondere unter der Oberseite des Elektronikelements 5 diejenige Seite, die dem Trägersubstrat 10 abgewandt ist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, mittels des Stempelelements 13 die Oberfläche des Elektronikelements 5 zumindest teilweise freizustellen. Dabei ist es vorgesehen, dass zumindest ein Anschluss des Elektronikelements 5, bevorzugt mehrere Anschlüsse des Elektronikelements 5, und ein an den Anschluss angrenzender Bereich freigestellt werden. Mit anderen Worten: der freigestellte Bereich 27 umfasst neben dem Anschluss des Elektronikelements 5 auch einen an den Anschluss angrenzenden Bereich an der Oberseite des Elektronikelements 5. Das Stempelelement 13 kann auch verschwenkbar und/oder außerhalb der ersten Werkzeughälfte 11 und/oder der zweiten Werkzeughälfte 12 gelagert sein .To form the encapsulation 8th is then in the cavity 7 Material filled, in particular the cavity 7 filled and in a hardened state the encapsulation 8th forms. To form a recess or an exempt area 27 inside the encapsulation 8th is preferably a stamp element 13 provided that in the first half of the tool 11 and / or second tool half 12th is slidably mounted. In particular, it is provided that when filling the cavity 7 the stamp element 13 on the electronic element 5 rests, especially on the top of the electronic element 5 . The person skilled in the art understands in particular the top side of the electronic element 5 the side facing the carrier substrate 10 is turned away. This makes it possible in an advantageous manner by means of the stamp element 13 the surface of the electronic element 5 at least partially exempt. It is provided that at least one connection of the electronic element 5 , preferably several connections of the electronic element 5 , and an area adjacent to the connection. In other words: the exempted area 27 includes in addition to the connection of the electronic element 5 also an area adjacent to the connection on the top of the electronic element 5 . The stamp element 13 can also be pivoted and / or outside the first half of the tool 11 and / or the second half of the tool 12th be stored.

In der in 1a dargestellten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Stempelelement 13 in einer parallel zu Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung eine erste Länge L1 und das Elektronikelement 5 in einer parallel zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung eine zweite Länge L2 aufweist. Dabei ist es insbesondere bevorzugt vorgesehen, dass die erste Länge L1 kleiner ist als die zweite Länge L2 und/oder dass das Stempelelement 13 derart ausgerichtet und/oder ausgeformt ist, dass die dem Stempelelement 13 zugewandten Kanten des Elektronikelements 5 beim Verfüllen des Hohlraums 7 zumindest teilweise, bevorzugt vollständig von dem die Verkapselung 8 bildenden Materials bedeckt werden. Dadurch lässt sich mittels der Verkapselung 8 ein Überlappen bzw. Umklammern des Elektronikelements 5 realisieren, wodurch ein Formschluss in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung realisiert werden kann.In the in 1a illustrated embodiment it is provided that the stamp element 13 in a parallel to the main extension plane HSE direction a first length L1 and the electronic element 5 in a parallel to the Main extension level HSE direction a second length L2 having. It is particularly preferably provided that the first length L1 is less than the second length L2 and / or that the stamp element 13 is aligned and / or shaped such that the stamp element 13 facing edges of the electronic element 5 when filling the cavity 7 at least partially, preferably completely, of which the encapsulation 8th forming material are covered. This allows the encapsulation 8th an overlap or clasping of the electronic element 5 realize, whereby a positive connection in a perpendicular to the main extension plane HSE direction can be realized.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass neben dem Anschluss ein an den Anschluss angrenzender Bereich zusätzlich mittels des Stempelelement 13 freistellt wird. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ausreichend Platz schaffen, um ggf. eine elektrische Verbindung, beispielsweise ein Drahtbond, unmittelbar an den nun freigestellten Anschluss an der Oberseite des Elektronikelements 5 anzuschließen, beispielsweise mittels Ultraschallschweißen und/oder Laserschweißen. Insbesondere stellt der an den Anschluss angrenzende freigestellte Bereich den Bauraum zur Verfügung, der zur Nutzung eines Laserschweißverfahrens und/oder Ultraschallscheißverfahrens erforderlich ist.In particular, it is provided that, in addition to the connection, an area adjacent to the connection is additionally provided by means of the stamp element 13 is exempted. In this way, sufficient space can advantageously be created so that, if necessary, an electrical connection, for example a wire bond, is directly connected to the now exposed connection on the top of the electronic element 5 to connect, for example by means of ultrasonic welding and / or laser welding. In particular, the exempted area adjacent to the connection provides the installation space required for using a laser welding method and / or ultrasonic welding method.

Ferner ist es vorstellbar, wie in 1c beispielhaft dargestellt, dass der freigestellte Bereich 27 des Anschlusses und der daran angrenzende Randbereich derart groß dimensioniert sind, insbesondere in einer parallel zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung, dass die an der Außenseite A der Verkapselung 8 ausgebildete Leiterplatte 22 fortgesetzt werden kann oberhalb der Oberseite des Elektronikelements 5. Insbesondere handelt es sich bei der in 1c dargestellten Leiterplatte 22 um eine flexible Leiterplatte 22, die insbesondere oberhalb der Oberseite des Elektronikelements 5 derart verformt ist bzw. durchhängt, dass eine Kontaktierung zu dem Anschluss oder den Anschlüssen an der Oberseite des Elektronikelements 5 realisiert wird durch die flexible Leiterplatte 22. Vorzugsweise ist die flexible Leiterplatte hierzu streifenförmig ausgestaltet und mittels Ultraschweißen an den Anschluss angebunden.It is also conceivable, as in 1c exemplified that the exempted area 27 of the connection and the border region adjoining it are dimensioned so large, in particular in a plane parallel to the main extension plane HSE trending direction that the on the outside A the encapsulation 8th trained circuit board 22 can continue above the top of the electronic element 5 . In particular, it is in 1c illustrated circuit board 22 a flexible circuit board 22 that particularly above the top of the electronic element 5 is deformed or sags in such a way that contact is made with the connection or the connections on the upper side of the electronic element 5 is realized by the flexible printed circuit board 22 . For this purpose, the flexible printed circuit board is preferably designed in the form of a strip and connected to the connection by means of ultrasonic welding.

Ferner ist es vorgesehen, dass ein Abstand der Oberseite des Elektronikelements 5 zu der Außenseite A der Verkapselung 8 kleiner ist als eine aufsummierte Dicke des Trägersubstrats 10 mit dem darauf angebundenen Elektronikelement 5.It is also provided that there is a distance between the top of the electronic element 5 to the outside A the encapsulation 8th is smaller than a total thickness of the carrier substrate 10 with the electronic element connected to it 5 .

In 2a bzw. 2b ist eine zweite beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass vor dem Verfüllen mehrere Stempelelemente 13 in den Hohlraum 7 eingebracht werden, um insbesondere mehrere Anschlüsse individuell freizustellen, insbesondere zusammen mit einem ausreichend groß dimensionierten, an den Anschluss angrenzenden Randbereich bzw. Bereich. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Anschlüsse an der Oberseite des Trägersubstrats 10, insbesondere in der Metallisierung auf der Keramikschicht eines Metall-Keramik-Substrats, realisiert sind. Die nach der Verkapselung 8 ausgebildeten freigestellten Bereiche 27 sind dabei insbesondere direkt oberhalb der Anschlüsse an der Oberseite des Trägersubstrats 10 realisiert und derart dimensioniert, dass sich Verbindungselemente 37 innerhalb dieser Ausnehmung anordnen lassen. Vorstellbar ist es, dass diese Verbindungselemente 37 form- und/oder kraftschlüssig in diese freigestellten Bereiche 27 einlassen bzw. daran befestigen sind. Bevorzugt sind die Verbindungselement 37 an die Oberseite des Trägersubstrats 10, d .h. an die dortige Metallisierung, angebunden, vorzugsweise stoffschlüssig angebunden. Beispiele für derartige Verbindungselemente 37 sind Einpressstifte oder Federelemente, die sich in dem freigestellten Bereich 27 nach dem Ausbilden der Verkapselung 8 realisieren lassen. Dadurch ist es in vorteilhafter und einfacher Weise möglich, einen bündigen Abschluss an der Außenseite A der Verkapselung 8 zu realisieren.In 2a or. 2 B A second exemplary embodiment of the present invention is shown. In particular, it is provided that a plurality of stamp elements before filling 13 in the cavity 7 are introduced, in particular in order to individually free several connections, in particular together with a sufficiently large dimensioned border area or area adjacent to the connection. It is particularly provided that the connections on the top of the carrier substrate 10 , in particular in the metallization on the ceramic layer of a metal-ceramic substrate. The one after encapsulation 8th trained cropped areas 27 are in particular directly above the connections on the top of the carrier substrate 10 realized and dimensioned such that connecting elements 37 arrange within this recess. It is conceivable that these connecting elements 37 positively and / or non-positively in these free areas 27 let in or fasten to it. The connecting elements are preferred 37 to the top of the carrier substrate 10 , i.e. tied to the local metallization, preferably cohesively. Examples of such fasteners 37 are press-in pins or spring elements that are located in the free area 27 after forming the encapsulation 8th let it be realized. This makes it possible in an advantageous and simple manner to have a flush finish on the outside A the encapsulation 8th to realize.

BezugszeichenlisteReference list

55
ElektronikelementElectronic element
77
Hohlraumcavity
88th
Verkapselungencapsulation
1010th
TrägersubstratCarrier substrate
1111
erste Werkzeughälftefirst half of the tool
1212th
zweite Werkzeughälftesecond half of the tool
1313
StempelelementStamp element
2222
LeiterplatteCircuit board
2525th
BauteilseiteComponent side
2727
freigestellter Bereichexempted area
3737
VerbindungselementeFasteners
100100
ElektronikmodulElectronics module
HSEHSE
HaupterstreckungsebeneMain extension level
L1L1
erste Längefirst length
L2L2
zweite Längesecond length
AA
AußenseiteOutside

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2954550 B1 [0005, 0027]EP 2954550 B1 [0005, 0027]
  • DE 102014117086 A1 [0014]DE 102014117086 A1 [0014]

Claims (10)

Verfahren zum Verkapseln mindestens eines mit mindestens einem Elektronikelement (5) bestückten Trägersubstrats (10), insbesondere in Form eines Metall-Keramik-Substrats, umfassend - Positionieren des mindestens einen Trägersubstrats (10) zwischen einer ersten Werkzeughälfte (11) und einer zweiten Werkzeughälfte (12), - Ausbilden eines Hohlraums (7) mittels der ersten Werkzeughälfte (11) und der zweiten Werkzeughälfte (12), wobei der Hohlraum (7) das mindestens eine Trägersubstrat (10) zumindest teilweise umgibt, - Einbringen mindestens eines Stempelelements (13), das insbesondere in der ersten Werkzeughälfte (11) und/oder zweiten Werkzeughälfte (12) verlagerbar gelagert ist, in den Hohlraum (7) - jedenfalls teilweises Verfüllen des um den in den Hohlraum (7) eingebrachten Teil des mindestens einen Stempelelements (13) reduzierten Hohlraums (7) mittels eines Materials zur Ausbildung einer Verkapselung (8) des mindestens einen Trägersubstrats (10), wobei das mindestens eine Stempelelement (13) vor dem Verfüllen an dem zumindest einem Elektronikelement (5) und/oder an einer Oberseite des mindestens einen Trägersubstrats (10) derart anliegend angeordnet wird, dass nach dem Verfüllen zumindest - ein Anschluss des Elektronikelements (5) und/oder der Oberseite des mindestens einen Trägersubstrats (10) und - vorzugsweise ein an den Anschluss angrenzender Bereich freigestellt ist.A method for encapsulating at least one carrier substrate (10) equipped with at least one electronic element (5), in particular in the form of a metal-ceramic substrate - positioning the at least one carrier substrate (10) between a first tool half (11) and a second tool half (12), - Forming a cavity (7) by means of the first tool half (11) and the second tool half (12), the cavity (7) at least partially surrounding the at least one carrier substrate (10), - Introducing at least one punch element (13), which is displaceably mounted in particular in the first tool half (11) and / or second tool half (12), into the cavity (7) - In any case, partial filling of the cavity (7) reduced by the part of the at least one stamp element (13) introduced into the cavity (7) by means of a material for forming an encapsulation (8) of the at least one carrier substrate (10), the at least one stamp element (13) before the filling is arranged in such a manner that it bears against the at least one electronic element (5) and / or on an upper side of the at least one carrier substrate (10) in such a way that after the filling at least - A connection of the electronic element (5) and / or the top of the at least one carrier substrate (10) and - Preferably an area adjacent to the connection is free. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das mindestens eine Stempelelement (13) vor dem Verfüllen an dem mindestens einem Elektronikelement (5) und/oder dem mindestens einen Trägersubstrat (10) derart anliegend angeordnet wird, dass nach dem Verfüllen mehrere Anschlüsse des Elektronikelements (5) und/oder des mindestens einen Trägersubstrats (10), insbesondere innerhalb eines gemeinsam freigestellten Bereichs (27), freigestellt sind.Procedure according to Claim 1 , The at least one stamp element (13) being arranged so as to lie against the at least one electronic element (5) and / or the at least one carrier substrate (10) in such a way that after the filling several connections of the electronic element (5) and / or the at least one carrier substrate (10), in particular within a jointly exempted area (27), are exempted. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektrisch leitende Verbindung von dem mindestens einem Anschluss und/oder den mehreren Anschlüssen zur Außenseite (A) der ausgebildeten Verkapselung (8) realisiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein an electrically conductive connection from the at least one connection and / or the plurality of connections to the outside (A) of the encapsulation (8) formed is realized. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindung ein Verbindungselement (37), beispielsweise ein Einpressstift und/oder Kontaktpin und/oder ein Federelement, in den freigestellten Bereich (27) oberhalb des mindestens einen Anschlusses und/oder der mehreren Anschlüsse angeordnet wird und vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig mit der Verkapselung (8) zusammenwirkt.Procedure according to Claim 3 , in order to form the electrically conductive connection, a connecting element (37), for example a press-in pin and / or contact pin and / or a spring element, is arranged in the free area (27) above the at least one connection and / or the plurality of connections, and preferably in a form - and / or non-positively cooperates with the encapsulation (8). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektrische leitende Verbindung zwischen dem mindestens einem Anschluss und/oder den mehreren Anschlüssen und einer Außenseite (A) der gefertigten Verkapselung (8), insbesondere einer Metallisierung an der Außenseite (A) der gefertigten Verkapselung (8), durch eine flexible Leiterplatte (22) realisiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein an electrically conductive connection between the at least one connection and / or the plurality of connections and an outside (A) of the encapsulation (8), in particular a metallization on the outside (A) of the encapsulation (8 ), is realized by a flexible printed circuit board (22). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei eine elektrische leitende Verbindung zwischen dem mindestens einem Anschluss und/oder den mehreren Anschlüssen und einer Außenseite (A) der gefertigten Verkapselung (8), insbesondere einer Metallisierung an der Außenseite (A) der gefertigten Verkapselung (8), durch einen Drahtbond realisiert wirdMethod according to one of the preceding claims, wherein an electrically conductive connection between the at least one connection and / or the plurality of connections and an outside (A) of the encapsulation (8) produced, in particular a metallization on the outside (A) of the encapsulation produced (8 ), is realized by a wire bond Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende Verbindung mittels Ultraschallschweißen und/oder Laserschweißen realisiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the electrically conductive connection is realized by means of ultrasonic welding and / or laser welding. Elektronikmodul (100), insbesondere gefertigt mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Trägersubstrat (10) und einer Verkapselung (8), wobei das Trägersubstrat (10) mit mindestens einem Elektronikelement (5) bestückt ist, wobei das Trägersubstrat (10) mit dem mindestens einem Elektronikelement (5) in einer Verkapselung (8) eingebettet ist und wobei zumindest ein Anschluss an dem Elektronikelement (5) und/oder dem mindesten einen Trägersubstrat (10) mit vorzugsweise einem an den Anschluss angrenzenden Bereich freigestellt ist, wobei eine Metallisierung an einer Außenseite (A) der Verkapselung (8) mit dem zumindest einen freigestellten Anschluss verbunden ist, insbesondere ohne Ausbildung einer Durchkontaktierung.Electronics module (100), in particular manufactured with a method according to one of the preceding claims, with a carrier substrate (10) and an encapsulation (8), the carrier substrate (10) being equipped with at least one electronic element (5), the carrier substrate (10 ) is embedded with the at least one electronic element (5) in an encapsulation (8) and wherein at least one connection on the electronic element (5) and / or the at least one carrier substrate (10) with preferably an area adjacent to the connection is exempted, wherein a metallization on an outside (A) of the encapsulation (8) is connected to the at least one free connection, in particular without forming a via. Elektronikmodul (100) gemäß Anspruch 8, wobei ein Widerstand und/oder ein Kondensator, insbesondere ein RC-Glied, in einem Rücksprung der Verkapselung (8) und/oder in einem freigestellten Bereich (27) der Verkapselung (8) angeordnet ist.Electronic module (100) according to Claim 8 , wherein a resistor and / or a capacitor, in particular an RC element, is arranged in a recess of the encapsulation (8) and / or in a free area (27) of the encapsulation (8). Werkzeug mit einer ersten Werkzeughälfte (11), einer zweiten Werkzeughälfte (12) und einem Stempelelement (13) zum Verkapseln eines Trägersubstrats (10) mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.Tool with a first tool half (11), a second tool half (12) and a stamp element (13) for encapsulating a carrier substrate (10) with a method according to one of the Claims 1 to 8th .
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