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1. WO2020127932 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ELEKTRONIKMODULS UND ELEKTRONIKMODUL

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls und Elektronikmodul

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronik moduls und ein Elektronikmodul.

Elektronikmodule sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise als Leistungs-elektronikmodule, hinlänglich bekannt. Solche Elektronikmodule nutzen typischer weise schaltbare Elektronikbauteile, die auf einem gemeinsamen Trägersubstrat über Leiterbahnen miteinander verschaltet sind. Wesentliche Bestandteile des Trägersubstrats sind dabei eine Isolationsschicht, die beispielsweise im Falle ei nes Metall-Keramik-Substrats aus einem eine Keramik umfassenden Material ge fertigt ist, und eine Metallisierungsschicht, die zur Bildung von Leiterbahnen vor zugsweise strukturiert und an einer Bauteilseite des Trägersubstrats ausgebildet ist.

Solche Elektronikmodule werden typischerweise für eine hohe Lebensdauer und hohe Betriebssicherheit so ausgelegt, dass möglichst thermisch induzierte mecha nische Spannungen im Elektronikmodul vermieden werden und an der Bauteilseite entstehende Wärme möglichst optimal abgeleitet werden kann, vorzugsweise mit tels einer hierzu vorgesehenen Kühlstruktur. Dabei stellen die Spezifikationen neuer elektronischer Bauteile, wie z. B. WBG-Halbleiter (wide bandgap semi-conductors), insbesondere Halbleiter aus Siliziumcarbid, Galliumnitrid und/oder In diumgalliumnitrid, die Elektronikmodule genauso vor neue Herausforderung wie neuartige Einsatzgebiete, z. B. im Bereich der E-Mobilität.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise die Druckschriften DE 10 2008 029 829 B4, DE 10 2009 042 399 A1 , US 7 589 412 B2 und DE 10 2014 117 086

A1 bekannt, in denen elektrische Bauteile zur Ausbildung eines Elektronikmoduls auf einem Trägersubstrat angeordnet und in einer Verkapselung eingebettet sind. Ein weiteres Beispiel für ein Elektronikmodul ist das von Anlog Devices vertrie bene Bauteil mit der Bezeichnung„LTM4636“.

Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfin dung zur Aufgabe, ein Elektronikmodul bereitzustellen, das gegenüber denen aus dem Stand der Technik verbessert ist, insbesondere in Hinblick auf ein vereinfach tes Herstellungsverfahren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß Anspruch 1 und ein Elektronikmodul gemäß Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen An sprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammen hang mit den beiliegenden Figuren, angegeben.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls vorge sehen, umfassend:

• Bereitstellen eines mit einem ersten elektronischen Bauteil bestückten Trä gersubstrats, wobei das Trägersubstrat eine Primärschicht, eine Sekundär schicht und eine zwischen der Primärschicht und der Sekundärschicht an geordnete metallische Zwischenschicht, insbesondere als elektronischer Rückleiter, aufweist und, wobei die Primärschicht eine erste Aussparung aufweist,

• zumindest teilweise Verkapseln des bestückten Trägersubstrats mit einer Verkapselung,

• Realisieren einer zweiten Aussparung in der Verkapselung und

• Ausbilden einer Durchkontaktierung zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem zweiten elektronischen Bauteil an einer Au ßenseite der Verkapselung und der metallischen Zwischenschicht, wobei die erste Aussprung in der Primärschicht und die zweite Aussparung in der Verkapselung in einem Arbeitsschritt mit einem elektrisch leitfähigen Mate rial gemeinsam bzw. gemeinschaftlich gefüllt und/oder miteinander elektrisch kontaktiert werden und/oder

• Ausbilden einer Durchkontaktierung zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Außenseite der Verkapselung und der Kühlstruk tur am Trägersubstrat.

Insbesondere kann in vorteilhafter Weise darauf verzichtet werden, dass das Trä gersubstrat mit einer trägersubstrateigenen Durchkontaktierung bereitgestellt wer den muss. Solche trägersubstrateigenen Durchkontaktierungen würden andern falls im Fertigungsprozess des Trägersubstrats, d. h. während des Anbindens der Primärschicht an die Zwischenschicht, beispielsweise mit einem Hartlöt- bzw.

AMB Verfahren realisiert. Solche durch Löten realisierten, trägersubstrateigenen Durchkontaktierungen beschränken eine Prozessreihenfolge in der Herstellung des Trägersubstrats und müssen über einen Dispensprozess hergestellt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich diese Probleme vermeiden, da auf die Ausbildung der trägersubstrateigenen Durchkontaktierungen verzichtet werden kann und stattdessen die erste Aussparung in der Primärschicht während des Füllens der zweiten Aussparung in der Verkapselung mitgefüllt wird. Zudem ist es möglich, auf das für das Löten erforderliche spezielle Material zu verzichten. Dadurch ist man in der Materialwahl für die Durchkontaktierung flexibler, wodurch Kosten und Eigenschaften der Durchkontaktierung optimiert werden können. Fer ner ist es in vorteilhafter weise möglich, den Herstellungsprozess der Durchkon taktierung, die von der Außenseite bis zur Zwischenschicht verläuft, besser zu kontrollieren, was sich positiv auf die Qualität der gefertigten Durchkontaktierun gen auswirkt und die Anzahl der Ausfälle von Elektronikmodulen bei der Bildung von Durchkontaktierungen reduziert.

Es ist weiterhin vorstellbar, dass sich die Durchkontaktierungen in einem DCB-Verfahren hersteilen lassen, insbesondere unter Verwendung von Kupferkügel chen oder Pasten. Beispielsweise lassen sich mit dem DCB-Verfahren Freiräume bzw. Aussparung realisieren, die später mit einer Paste oder Vergleichbaren ver-füllt werden können, um so ein Durchkontaktierung zu bilden.

Durch das gemeinschaftliche Füllen der ersten Aussparung und der zweiten Aus sparungen entsteht in einer vorteilhaften Variante der Erfindung eine einstückige, insbesondere materialeinheitliche Durchkontaktierung, die von der Außenseite der Verkapselung bis zur Zwischenschicht verläuft. Dabei umfasst die Durchkontaktie rung einen Teilabschnitt in der Verkapselung und einen Teilabschnitt, der durch die Primärschicht und die erste Metallisierungsschicht verläuft. Mittels der Durch kontaktierung ist es in vorteilhafter weise möglich, von der Außenseite der Ver kapselung eine direkte elektrische Verbindung zu der metallischen Zwischen schicht zwischen der Primärschicht und der Sekundärschicht zur realisieren. Da bei ist es vorgesehen, dass die Verkapselung das Trägersubstrat z. B. in Form ei nes Gussmaterials zumindest teilweise umgibt bzw. das Trägersubstrat ist in der Verkapselung eingebettet.

Ferner ist bevorzugt ein Verfahren vorgesehen, bei dem die Primärschicht, die Zwischenschicht und die Sekundärschicht in einer Stapelrichtung übereinander angeordnet sind und die erste Aussparung und die zweite Aussparung in Stapel richtung gesehen übereinander, jedenfalls teilweise fluchtend, angeordnet sind.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass sich die zwischen der Primärschicht und der Sekundärschicht angeordnete metallische Zwischenschicht in einer parallel zur Flaupterstreckungsebene verlaufenden Ebene über eine erste Fläche erstreckt und die Primärschicht und/oder die zweite Sekundärschicht über eine zweite Flä che, wobei ein Verhältnis der ersten Fläche zu der zweiten Fläche größer ist als 0,5, bevorzugt größer als 0,75 und besonders bevorzugt größer 0,9. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen der ersten Fläche und der zwei ten Fläche im Wesentlichen 1 ist, d. h. die metallische Zwischenschicht erstreckt sich vollflächig unterhalb der Primärschicht. Weiterhin ist es bevorzugt vorgese hen, dass die metallische Zwischenschicht die Primärschicht von der Sekundär schicht beabstandet. Insbesondere bilden die Primärschicht, die metallische Zwi schenschicht und die Sekundärschicht eine Sandwichstruktur. Weiterhin ist es vor gesehen, dass Primärschicht das erste elektrisch Bauteil von der metallischen Zwischenschicht trennt, d. h. die Primärschicht ist zwischen dem ersten elektri schen Bauteil und der metallischen Zwischenschicht angeordnet.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Primärschicht eine in Stapelrich tung bemessene Dicke aufweist, die größer als 100 pm, bevorzugt größer als 200 pm und besonders bevorzugt größer als 250 pm ist. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Primärschicht oder das Trägersubstrat silikonfrei ist, d. h. ein Anteil an Silikon am Trägersubstrat ist kleiner als 1 Gew.-%, bevorzugt kleiner als 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 Gew.-%. Ferner erstreckt sich die Primärschicht und/oder die Sekundärschicht bevorzugt in einer Ebene, d. h. die Primärschicht und/oder die Sekundärschicht bilden keine Täler oder Erhö hungen bzw. keine Wellen oder Vorsprünge aus. Beispielsweise verlaufen die Pri märschicht und die Sekundärschicht parallel zueinander.

Weiterhin ist es vorstellbar, dass die metallische Zwischenschicht in Richtung der Haupterstreckungsebene gegenüber einem äußersten Rand der Primärschicht übersteht und mittels der Durchkontaktierung eine elektrisch leitenden Verbindung mit dem überstehenden, insbesondere seitlich bzw. lateral überstehende, Ab schnitt der metallischen Zwischenschicht realisiert wird. In diesem Fall bildet der freigelassene Randbereich der Primärschicht die erste Aussparung. Dadurch lässt sich vergleichsweise einfach eine erste Aussparung realisieren. Es ist ferner vor stellbar, dass die metallische Zwischenlage in der Haupterstreckungsebene bün dig mit der Primärschicht abschließt und die Durchkontaktierung die Primärschicht seitlich passiert und die metallische Zwischenschicht von der Seite kommend, d. h. parallel zur Haupterstreckungsebene, kontaktiert.

Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Trägersubstrat eine erste Metallisie rungsschicht aufweist, an der mindestens ein erstes elektronisches Bauteil ange ordnet ist, wobei eine dritte Aussparung in der Verkapselung und eine weitere Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden einer zweiten Metallisierungs schicht an der Außenseite der Verkapselung mit der ersten Metallisierungsschicht und/oder des ersten elektronischen Bauteils realisiert werden, wobei die dritte Aussparung mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt wird, insbesondere zeit gleich zum Füllen der ersten und zweiten Aussparung. Mit der weiteren Durchkon taktierung wird eine Möglichkeit zur unmittelbaren, d. h. nicht über die Zwischen schicht verlaufenden, elektrischen Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Bauteil und dem zweiten elektrischen Bauteil, bereitgestellt. Dabei erstreckt sich die weitere Durchkontaktierung von der Außenseite, insbesondere von der als An schluss für die zweiten elektronischen Bauteile dienenden zweiten Metallisierungs schicht, bis zum ersten elektronischen Bauteil und/oder zur ersten Metallisierungs schicht auf der Bauteilseite des Trägersubstrats. Infolgedessen entsteht nicht nur ein kompaktes Elektronikmodul, sondern es wird ein vergleichsweise geringer Ab stand zwischen dem ersten elektronischen Bauteil auf der Bauteilseite einerseits und den zweiten elektronischen Bauteilen auf der Außenseite andererseits bereit gestellt. Insbesondere zeichnet sich die Erfindung durch die zweite Metallisie rungsschicht aus, die ein unmittelbares Anbinden an der Außenseite der Verkap selung gestattet. Durch das zeitgleiche Ausbilden der Durchkontaktierung, die bis zur Zwischenschicht ragt, und der weiteren Durchkontaktierung, die bis zum ers ten elektronischen Bauteil ragt, lässt sich in vorteilhafter Weise die Fertigungszeit optimieren.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein senkrecht zur Flaupterstreckungsebene bemessener Abstand zwischen der ersten Metallisierungsschicht und der zweiten Metallisierungsschicht geringer als 5 mm, bevorzugt geringer als 2,5 mm und be sonders bevorzugt geringer als 1 mm bis hin zu weniger als 400 pm, beispiels weise in etwa 300 pm, ist, d. h. möglichst gering ist. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Abstand kleiner als 200 pm oder 100 pm ist. Es ist beson ders bevorzugt vorstellbar, dass sich der Abstand auf einen Wert zwischen 100

und 200 pm bemisst. Entsprechend stellt sich in einer senkrecht zur Haupterstre ckungsebene verlaufenden Richtung ein sehr kurzer Abstand zwischen dem ers ten elektrischen Bauteil und dem weiteren zweiten elektrischen Bauteil ein.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die erste Metallisierungsschicht und die zweite Metallisierungsschicht so strukturiert sind, dass im montierten Zustand in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung das erste Bauteil und das zweite Bauteil um einen lateralen Abstand zueinander versetzt sind. Dadurch wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass die Wärmeentwicklung des ersten und des zweiten Bauteils sich gegenseitig beeinflussen bzw. beein trächtigen. Um eine wirkungsvolle Ansteuerung des ersten Bauteils durch das zweite Bauteil zu gewährleisten, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der late rale Abstand kleiner ist als 35 mm, bevorzugt kleiner als 15 mm und besonders bevorzugt kleiner als 5 mm.

Unter einem„Einbetten“ bzw.„eingebettet sein“ ist insbesondere ein unmittelbares Angrenzen der Verkapselung an einer Außenseite des Trägersubstrats zu verste hen, d. h. die Verkapselung liegt zumindest bereichsweise unmittelbar flächig am Trägersubstrat an und es wird kein lichter Bereich bzw. Hohlraum zwischen dem mit dem elektronischen Bauteil bestückten Trägersubstrat und der Verkapselung ausgebildet. Dabei muss das Trägersubstrat nicht an allen Seiten von der Verkap selung ummantelt bzw. umgeben sein. Ferner ist es vorgesehen, dass die Verkap selung massiv ist, d.h. frei von Hohlräumen ist.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Durchkontaktierung und/oder die weitere Durchkontaktierung jeweils einen in einer parallel zur Haupterstre ckungsebene bemessenen Querschnitt von weniger als 5 mm2 aufweist, bevorzugt weniger als 1 ,5 mm2 und besonders bevorzugt weniger als 0,5 mm2, insbesondere wenn die weitere Durchkontaktierung unmittelbar an das erste Bauteil, insbeson dere an eine Oberseite des ersten Bauteils, angebunden ist. Sollte die weitere Durchkontaktierung an der ersten Metallisierungsschicht angebunden sein, ist der Querschnitt vorzugsweise kleiner als 3,5 mm2, bevorzugt kleiner als 2,5 mm2 und besonders bevorzugt kleiner als 1 ,5 mm2. Da sich der Querschnitt in Stapelrich tung gesehen aus fertigungstechnischen Gründen verändert, insbesondere in Richtung zum Substrat hin verjüngen kann, ist als Querschnitt vorzugsweise des sen Durchschnittsquerschnitt entlang seiner Erstreckung in Stapelrichtung zu ver stehen.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Durchkontaktierung und/oder die weitere Durchkontaktierung bündig mit der Außenseite der Verkapselung abschließt. Der bündig und insbesondere unmittelbar an die Durchkontaktierung bzw. weitere Durchkontaktierung anschließende Teil der zweiten Metallisierungsschicht weist weiterhin eine parallel zur Haupterstreckungsebene bemessene Kontaktfläche auf. Ein Verhältnis zwischen einem parallel zur Haupterstreckungsebene bemessenen Querschnitt der Durchkontaktierung zur Kontaktfläche des sich an die Durchkon taktierung anschließenden Teils der zweiten Metallisierungsschicht nimmt vor zugsweise einen Wert kleiner als 0,25, bevorzugt kleiner als 0,15 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 an. Mit anderen Worten: die Durchkontaktierung ist ver gleichsweise schmal ausgestaltet. Weiterhin ist es vorstellbar, dass mehrere Durchkontaktierungen bzw. weitere Durchkontaktierungen mit einem gemeinsa men elektronischen Bauteil verbunden sind und der aufsummierte Querschnitt al ler Durchkontaktierungen kleiner ist als die Kontaktfläche der zweiten Metallisie rungsschicht.

Die weiteren Durchkontaktierungen zeichnen sich weiterhin bevorzugt dadurch aus, dass die weiteren Durchkontaktierungen in Stapelrichtung gesehen oberhalb der ersten Metallisierungsschicht bzw. zwischen den ersten elektronischen und den zweiten elektronischen Bauteilen angeordnet sind. Dabei ist es vorstellbar, dass ein erster Anteil aller weiteren Durchkontaktierungen die ersten Bauteile un mittelbar kontaktiert und ein zweiter Anteil aller weiteren Durchkontaktierungen die erste Metallisierungsschicht unmittelbar kontaktiert. Vorzugsweise ist der zweite Teil größer als der erste Teil oder der erste Teil ist größer als der zweite Teil.

Die Kontaktierung des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils über die weitere Durchkontaktierung kann direkt oder indirekt bzw. mittelbar erfolgen. Beispiels weise kann das erste Bauteil selbst in einem Vorverbund integriert sein oder die weitere Durchkontaktierung kontaktiert die erste Metallisierungsschicht, um eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil zu realisieren.

Vorzugsweise bleibt zumindest eine Außenseite des Trägersubstrats frei von der Verkapselung. Insbesondere ist es vorgesehen, dass zumindest die Bauteilseite des Trägersubstrats vollständig verkapselt, d. h. bedeckt bzw. umschlossen ist von der Verkapselung. Weiterhin ist es vorstellbar, dass eine Außenseite bzw. Au ßenfläche oder Außenumfang zu mehr als 40 %, bevorzugt mehr als 50 % und be sonders bevorzugt mehr als 60 % von der Verkapselung bedeckt ist. Durch die un mittelbare Anbindung an das Trägersubstrat bzw. das Einbetten des Trägersub strats in der Verkapselung wird in vorteilhafter Weise auch die Stabilität des Elekt ronikmoduls verbessert und es kann auf zusätzliche Maßnahmen zur Stabilisie rung, z. B. zwischen der Verkapselung und dem Trägersubstrats, verzichtet wer den. Denkbar ist auch, dass zwischen den ersten elektronischen Bauteilen und der Verkapselung eine Schutzschicht vorgesehen ist, die die ersten elektronischen Bauteile verkleidet bzw. schützt und durch die die Durchkontaktierung und/oder weitere Durchkontaktierungen verlaufen.

Als erste elektronische Bauteile sind vorzugsweise schaltbare Bauteile bzw. aktive Bauteile zu verstehen. Vorzugsweise handelt es sich bei zumindest einem ersten elektrischen Bauteil um eines mit einem WBG-Halbleiter (wide bandgap semi-conductors), 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 IGBTs („insulated-gate bipolar transistor“). Die ersten elektronischen Bauteile kön nen auch als Vorverbund bzw.„Prepackaging“ zusammengefasst sein. In einem solchen Vorverbund sind ein oder mehrere erste elektronische Bauteile beispiels weise auf einer Leiterplatte angeordnet und in einer Matrix eingebettet.

Ein Beispiel für ein Vorverbund findet sich in der Druckschrift DE 10 2014 117 086 A1 als Umverteilungsstruktur, bei der ein elektrisches Bauteil in eine dielektrische Matrix integriert ist. Auf den Offenbarungsgehalt der DE 10 2014 117 086 A1 be züglich des Vorverbunds bzw. der Umverteilungsstruktur wird hiermit explizit Be zug genommen. Weitere Beispiele für einen Vorverbund auf die explizit Bezug ge nommen 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.

Als zweite elektronische Bauteile und/oder Kontaktelemente sind vorzugsweise

• Treiber - bzw. Steuerelemente, insbesondere„Gate treiber“, und/oder

• Anschlussvorrichtungen, die z. B. als Lastanschluss für ein Eingangssignal oder zur Energieversorgung dienen, und/oder

• Kondensatoren, beispielsweise Zwischenkondensatoren

vorgesehen und werden insbesondere unmittelbar auf die als Anschluss dienende zweite Metallisierungsschicht kontaktiert, z. B. aufgelötet bzw. aufgesintert. Unter einem„Gate-Treiber“, z. B. einem MOSFET-Treiber, IGBT-Treiber oder Halbbrü-cken-Treiber, versteht man insbesondere eine diskrete oder integrierte elektroni sche Schaltung, welche Leistungsschalter, wie beispielsweise MOSFETs oder IG-BTs, ansteuert. Im Falle von Steuerelementen als zweite elektronische Bauteile, lassen sich so die ersten elektronischen Bauteile auf der Bauteilseite verbessert ansteuern, da in vorteilhafter Weise auf lange Übertragungswege für das Ansteu ersignal vom Steuerelement an der Außenseite zum anzusteuernden ersten elekt ronischen Bauteil verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil, der sich aus den vergleichsweise kurzen Leiterbahnen ergibt, ist eine Reduktion von parasitären In duktivitäten, mit denen andernfalls zu rechnen wäre, wenn man keine Verkapse lung und keine Durchkontaktierung für die elektrische Verbindung zwischen der

Außenseite der Verkapselung und der Bauteilseite des Trägersubstrats vorgese hen wäre.

Als Durchkontaktierung bzw. als Via und/oder als weitere Durchkontaktierung ist ein elektrischer Leitungspfad zu verstehen, der die Verkapselung durchgreift bzw. zwei gegenüberliegende bzw. aneinander angrenzende Seiten der Verkapselung miteinander elektrisch leitend verbindet. Dabei kann die Durchkontaktierung bzw. weitere Durchkontaktierung aus demselben Metall bzw. Material gefertigt sein wie die erste Metallisierungsschicht, die zweite Metallisierungsschicht und/oder die metallische Zwischenschicht oder sich davon unterscheiden. Ferner ist es denk bar, dass die Durchkontaktierung und/oder weitere Durchkontaktierung vollständig oder nur teilweise mit einem leitenden Material gefüllt ist. Weiterhin verläuft die Durchkontaktierung vorzugsweise geradlinig. Dabei kann die Durchkontaktierung parallel oder schräg zu einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Trä gersubstrats erstreckenden Richtung verlaufen. Über die weitere Durchkontaktie rung lässt sich zudem eine Kontaktierung des ersten elektronischen Bauteils über eine dem Trägersubstrat abgewandte Seite bzw. über eine der Außenseite des Verkapselung zugewandten Seite realisieren, d. h. elektrische Anschlüsse lassen sich auch nach„oben“ aus der Verkapselung herausführen. Im Falle eines Vorver bunds bzw.„Prepacking“ ist es in vorteilhafter Weise möglich, an einer im verbau ten Zustand der Außenseite zugewandten Seite des Vorverbunds eine vorver bundseitige Kontaktierungsfläche zu realisieren. Dabei bietet es sich in vorteilhaf ter Weise an, die vorverbundseitige Kontaktierungsfläche zu vergrößern, um eine Anbindung an die weitere Durchgangskontaktierung in der Verkapselung zu er leichtern. Beispielsweise nimmt ein Verhältnis zwischen einem parallel zur Haupt erstreckungsebene gemessenen Durchmesser der Durchkontaktierung bzw. wei teren Durchkontaktierung zu der parallel zur Haupterstreckungsebene gemesse nen vorverbundseitigen Kontaktierungsfläche einen Wert zwischen 0,1 und 1 , be vorzugt zwischen 0,15 und 0,8 und bevorzugt zwischen 0,3 und 0,6 an.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die ersten elektronischen Bauteile im Elekt ronikmodul auf einer der Außenseite der Verkapselung, insbesondere der zweiten Metallisierungsschicht zugewandten Seite, einen Kontakt aufweisen und über die sem Kontakt mit der weiteren Durchkontaktierung verbunden sind.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Verkapselung ein Gussteil ist und vor zugsweise aus einem Kunststoff mittels Gießen, z. B. Spritzgießen, gefertigt ist. Dabei wirkt die Verkapselung im zusammengesetzten Elektronikmodul form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Trägersubstrat zusammen. Beispielsweise umfasst die Verkapselung eine Hinterschneidung bzw. einen nasenartigen Vor sprung, über den die Verkapselung mit dem bestückten Trägersubstrat form schlüssig Zusammenwirken kann. Insbesondere lässt sich die Verkapselung mit dem Trägersubstrat verclipsen bzw. ist mit dem Trägersubstrat, bevorzugt an des sen der Bauteilseite gegenüberliegender Seite, die oft zu Kühlzwecken genutzt wird, verclipst. Geeignete Gussmaterialien, auch Moldmasse genannt, sind Gieß harze wie z. B. synthetische Duroplaste. Bevorzugt ist die Verkapselung aus einer Epoxid-Vergusskomponente als Verkapselungsmaterial gefertigt. Dabei hat die Vergusskomponente bevorzugt eine vergleichsweise hohe Glasübergangstempe ratur, beispielswiese über 200 °C, eine Biegefestigkeit zwischen 10 und 15 kg/mm2 und ist insbesondere aushärtbar. Beispielsweise handelt es bei dem Mate rial um Hysol® MG 15F-MOD2. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass dem Verkapselungsmaterial ein Füllmaterial, beispielsweise umfassend S1O2 und/oder ein Aluminiumoxid, beigefügt ist.

Als Materialien für die erste Metallisierungsschicht bzw. die zweite Metallisierungs schicht und/oder die metallische Zwischenschicht sind Kupfer, Aluminium, Molyb dän und/oder deren Legierungen, sowie Laminate wie CuW, CuMo, CuAI, AICu und/oder CuCu, insbesondere eine Kupfersandwichstruktur mit einer ersten Kup ferschicht und einer zweiten Kupferschicht, wobei sich eine Korngröße in der ers ten Kupferschicht von einer zweiten Kupferschicht unterscheidet, vorstellbar. Wei terhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die erste Metallisierungsschicht und/oder die zweite Metallisierungsschicht oberflächenmodifiziert sind. Als Oberflächenmo difikation 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 Unterdrü ckung einer Rissbildung bzw. -Weitung denkbar.

Vorzugsweise ist die zweite Metallisierungsschicht strukturiert und/oder die ersten elektronischen Bauteile sind über die Durchkontaktierung und/oder die weitere Durchkontaktierung durch mehrere zweite elektronische Bauteile ansteuerbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Trägersubstrat ein Metall-Keramik-Substrat, wobei das Metall-Keramik-Substrat an seiner Bauteilseite eine strukturierte erste Metallisierungsschicht aufweist, wobei das Metall-Keramik-Substrat vorzugsweise mehrlagig ausgestaltet ist. Wesentliche Bestandteile der Metall-Keramik-Substrate sind eine Primärschicht, die aus einer Keramik gefertigt ist, und die an die Primärschicht angebundene Metallisierungs schicht. Wegen ihren vergleichsweise hohen Isolationsfestigkeiten haben sich aus Keramik gefertigte Primärschichten als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch eine Strukturierung der ersten Metallisierungsschicht können sodann Leiterbahnen und/oder Anschlussflächen für die ersten elektrischen Bauteile realisiert werden. Insbesondere ist das Metall-Keramik-Substrat drei- oder fünflagig ausgestaltet. Durch die mehrlagige Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich ver gleichsweise dicke metallische Zwischenschichten einzusetzen, während zur Sta bilisierung mehrere Keramikschichten dienen. Infolgedessen lässt sich der Wär mewiderstand reduzieren und gezielt eine Wärmespreizung einstellen. Insbeson dere ist es vorgesehen, dass die Schichtdicke der aus Keramik gefertigten Primär schicht an die geforderte Isolationsfestigkeit angepasst ist. Dabei ist es vorstellbar, dass die erste Metallisierungsschicht, die zweite Metallisierungsschicht und/oder die Zwischenschicht jeweils aus mehreren metallischen Sub- bzw. Teilschichten zusammengesetzt sind, die beispielsweise wiederum untereinander mit einem Lot material verbunden sind.

Zweckmäßigerweise ist die Primärschicht, insbesondere als Isolationsschicht, eine Keramikschicht.

Vorzugsweise weist die Isolationsschicht AI2O3, S13N4, AIN, eine HPSX-Keramik (d. h. eine Keramik mit einer AI2O3- Matrix, die einen x-prozentigen Anteil an Zr02 umfasst, beispielsweise AI2O3 mit 9% Zr02 = HPS9 oder AI2O3 mit 25% Zr02 = 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 gewünsch ter Eigenschaften mehrere Keramikschichten, die sich jeweils in Hinblick auf ihre materielle Zusammensetzung unterscheiden, übereinander angeordnet und zu ei ner Isolationsschicht zusammengefügt sind. Vorzugsweise wird eine hochwärme leitfähige Keramik für einen möglichst geringen Wärmwiderstand verwendet.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Trägersubstrat mit der Primär schicht, der Sekundärschicht und der metallischen Zwischenschicht als Aufbau aus fünf oder mehr Lagen zusammengesetzt ist. Insbesondere ist für den fünflagi-gen Aufbau vorgesehen das zwei metallische Zwischenschichten zwischen der Primärschicht und der Sekundärschicht vorgesehen sind, wobei zwischen den zwei metallischen Zwischenschichten eine Tertiärschicht angeordnet ist. Vorzugs weise 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 Kerami ken. Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise die gewünschten Anforderungen an die Isolationsfestigkeit realisieren. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Sekun därschicht und/oder Tertiärschicht nicht aus einem eine Keramik umfassenden Material gefertigt sind, da diese im Wesentlichen zur Versteifung des Trägersub strats dienen und nicht zur Isolation beitragen. Denkbar wäre beispielsweise hier die Verwendung von Molybdän und/oder Wolfram statt einer Keramik.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Primär schicht, die Zwischenschicht und die Sekundärschicht in Stapelrichtung überei nander angeordnet sind und die erste Aussparung und zweite Aussparung in Sta pelrichtung gesehen übereinander, insbesondere fluchtend zueinander, angeord net sind. Durch die in Stapelrichtung gesehen fluchtende Anordnung ist es mög lich, über die zweite Aussparung kommend die erste Aussparung zu verfüllen. Be sonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass ein parallel zur Haupterstreckungs ebene bemessener Querschnitt der ersten Aussparung größer ist als ein parallel zur Haupterstreckungsebene bemessener Querschnitt der zweiten Aussparung. Dadurch lässt sich in vorteilhafter weise die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass beim Ausbilden der zweiten Aussparung diese oberhalb der ersten Aussparung mündet bzw. ein seitlicher Versatz nicht eine die Leitfähigkeit beeinträchtigende Querschnittsverjüngung im Übergangsbereich zwischen der ersten Aussparung und der zweiten Aussparung bedingt.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die zweite Aussparung zeitlich nach der Verkapselung und/oder die erste Aussparung zeitlich vor der Verkapselung re alisiert wird. D. h. es wird zunächst das Trägersubstrat mit der ersten Aussparung in der Primärschicht verkapselt und anschließend erst die zweite Aussparung ge bildet. Dies erweist sich für das Ausbilden einer stabilen Verkapselung als vorteil haft. Beispielsweise erfolgt die Ausbildung der ersten und/oder zweiten Ausspa rung mittels einer Bohrung. Es ist auch vollstellbar, dass die zweite Aussparung beim Spitzguss bzw. Spritzpressverfahren realisiert wird. Dadurch lässt sich das an das Verkapseln anschließende Ausbilden der zweiten Aussparung verzichten. Alternativ ist es vorstellbar, dass die erste Aussparung nach der Verkapselung re alisiert wird, beispielsweise indem erst die zweite Aussparung ausgebildet wird und der mit der zweiten Aussparung freigelegte Teil der Primärschicht mit der ers ten Aussparung versehen wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Aussparung während des Verkapselns realisiert wird, insbesondere unter Verwendung einer ersten Werkzeughälfte und einer

zweiten Werkzeughälfte, wobei die erste Werkzeughälfte und die zweite Werk zeughälfte in einem geschlossenen Zustand einen Hohlraum ausbilden, der das Trägersubstrat zumindest teilweise umgibt, wobei die zweite Aussparung beim Verfüllen durch ein Freistellen mittels eines innerhalb des Hohlraums angeordne ten Teils eines Stempelelements, realisiert wird. Durch das zeitgleiche Herstellen der zweiten Aussparung kann in vorteilhafter Weise auf eine Ausbildung der zwei ten Aussparung im Nachgang an das Verkapseln verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auf die Ausbildung mittels einer Laserbohrung verzich tet werden kann. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen ein ver schiebbar gelagertes Stempelelement zu nutzen, dass fertigungstoleranzbedingte Unebenheiten am Trägersubstrat berücksichtigen kann, wodurch sich die zweiten Aussparungen prozesssicher realisieren lassen. Dabei wird das Stempelelement vorzugsweise beim Verfüllen oberhalb der ersten Aussparung und/oder innerhalb der Aussparung angeordnet. Beispielsweise setzt das Stempelelement auf der Pri märschicht auf und bedeckt die erste Aussparung, insbesondere deckt das Stem pelelement die erste Aussparung vollständig ab. In einer alternativen Ausführungs form ragt das Stempelelement in die erste Aussparung hineein und gerät beson ders bevorzugt mit der Zwischenschicht in Anschlag. Dadurch wird sichergestellt, dass sich eine direkte Durchkontaktierung zu der Zwischenschicht im Nachgang an das Verkapseln realisieren lässt.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite und/oder die dritte Aussparung mittels Laserlicht, insbesondere durch Laserfreischneiden, realisiert wird. Dadurch lassen sich die zweite Ausspa rung und die dritte Aussparung positionsgenau und präzise realisieren. Die durch Laserlicht hergestellte zweite und/oder dritte Aussparung zeichnet sich durch ihren in Richtung des Trägersubstrats verjüngenden Querschnitt, insbesondere koni schen Verlauf, aus. Es ist ferner vorstellbar, dass die erste Aussparung ebenfalls mittels Laserlicht realisiert wird. Dabei wird vorzugsweise für die Ausbildung der ersten Aussparung ein anderes Licht, beispielsweise sich hinsichtlich einer Wel lenlänge, einer Intensität und/oder Strahlprofils unterscheidendes Licht, verwen det, im Vergleich zur Herstellung der zweiten und der dritten Aussparung. Um die Durchkontierung richtig zu platzieren, lässt sich ein Rand der Verkapselung oder eine Kennzeichnung auf der Verkapselung als Referenz verwenden.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Füllen der ersten Aussparung, der zweiten Aussparung und/oder der dritten Aussparungen mittels eines galvani schen Prozesses realisiert wird. Alternativ ist es vorstellbar, dass die Durchkontak tierung und/oder die weitere Durchkontaktierung nasschemisch, durch eine Paste, eine Gasphasenabscheidung, ein Siebdruckverfahren, ein 3D-Druckverfahren und/oder mechanisch realisiert wird.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste Metallisierungsschicht eine vierte Aussparung aufweist, wobei zum Ausbilden der Durchkontaktierung zum Bereit stellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem zweiten elektronischen Bau teil an einer Außenseite der Verkapselung und der metallischen Zwischenschicht die erste Aussparung in der Primärschicht, die zweite Aussparung in der Verkap selung und die vierte Aussparung in der ersten Metallisierungsschicht in einem Ar beitsschritt mit einem elektrisch leitfähigen Material gemeinsam gefüllt werden. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vierte Aussparung dann erforderlich ist, wenn die Durchkontaktierung über einen Teil der Primärschicht erfolgen soll, der mit der ersten Metallisierungsschicht bedeckt ist. Grundsätzlich ist es aber auch vorstellbar, dass die Durchkontaktierung in einem Teilbereich der Primärschicht erfolgt, die frei von einer Metallisierungsschicht ist. Bevorzugt wird die vierte Aus sparung mittels einen Ätzverfahrens und/oder eines Fräsverfahrens realisiert. Es ist dabei vorstellbar, dass die Ausbildung der vierten Aussparung vor und/oder nach der Verkapselung erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vor gesehen, dass die Zwischenschicht

• 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.

Derartig dicke metallische Zwischenschichten wirken in vorteilhafter Weise als temporärer Speicher und verbessern so die thermische Impedanz Zth. Dabei unter stützt die Dicke insbesondere die Wärmespreizung beim Wärmeabtransport, bei dem die Wärme von der Bauteilseite über das Trägersubstrat auf eine der Bauteil seite gegenüberliegende Seite des Trägersubstrats geleitet wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Zwischenschicht einlagig bzw. einstückig ausgestaltet ist. Die Zwischenschicht kann vorzugsweise als elektrische Rückleiter dienen, indem eine zusätzliche Durchkontaktierung in der Primärschicht eingelassen ist, so dass nicht nur die erste Metallisierungsschicht zur Stromführung genutzt werden kann, sondern auch die metallische Zwischenschicht.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass sich die Durchkontaktierung bis zur Kühlstruktur erstreckt. Die bis zur Kühlstruktur durchgreifende Durchkontaktierung erweist sich insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil dadurch eine Erdung vor genommen werden kann, die insbesondere an der Außenseite der Verkapselung bereitgestellt werden kann. Dabei ist es zweckmäßig vorgesehen, dass die Zwi schenschicht derart vorstrukturiert wird bzw. strukturiert ist, dass bei der Durch kontaktierung ein Teil der Zwischenschicht isoliert bleibt von der Durchkontaktie rung, um einen Kurzschluss zu vermeiden und die Zwischenschicht, insbesondere den Teil der Zwischenschicht, über den die Durchkontaktierung nicht bis zur Kühl struktur durchläuft, weiterhin als Rückleiter zu nutzen. Dabei kann die Kühlstruktur Finnen umfassen oder als massiver Metallblock ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgese hen, dass das Elektronikmodul und/oder das Trägersubstrat thermomechanisch symmetrisch ausgestaltet ist, insbesondere entlang einer Stapelrichtung, die senk recht zu einer Haupterstreckungsebene des Trägersubstrats verläuft. Unter einer thermomechanische symmetrischen Ausbildung ist insbesondere zu verstehen, dass thermomechanische Ausdehnungskoeffizienten in Stapelrichtung gesehen

symmetrisch sind. Der thermomechanische Ausdehnungskoeffizient ist dabei ein Maß für die Ausdehnung der jeweiligen Schicht bei einem Temperaturwechsel bzw. einer Temperaturänderung. Vorzugsweise lässt sich das Elektronikmodul in virtuelle Teilsubstrate unterteilen, insbesondere mit einem virtuellen Primärsub strat, einem virtuellen Sekundärsubstrat und einer virtuellen Zwischenschicht und die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der virtuellen Teilsubstrate sind sym metrisch in Stapelrichtung verteilt. Durch die symmetrische Gestaltung der Aus dehnungskoeffizienten wird in vorteilhafter Weise ein Elektronikmodul bereitge stellt, das vergleichsweise verwindungsarm ist gegenüber betriebsbedingten bzw. umgebungsbedingten Temperaturwechseln. Infolgedessen lassen sich Defekte bzw. Risse vermeiden, die andernfalls durch thermisch induzierte mechanische Spannungen veranlasst werden würden. Insbesondere zusammen mit einem Trä gersubstrat mit einer vergleichsweise dicken metallischen Zwischenschicht, insbe sondere über 1 mm, ist es dabei möglich, einen vergleichsweise hohen thermi schen Ausdehnungskoeffizienten für das gesamte Trägersubstrat bereitzustellen. Infolgedessen vereinfacht sich die Anpassung des thermischen Ausdehnungskoef fizienten für die Verkapselung des Elektronikmoduls, da der Aufwand zur Reduk tion des typischerweise hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Ver kapselung reduziert werden kann. Zum Reduzieren des thermischen Ausdeh nungskoeffizienten wird schließlich ein Füllmaterial in das Material der Verkapse lung eingelassen. Durch die erhöhten Ausdehnungskoeffizienten für das Trä gersubstrat lässt sich die Menge des Füllmaterials reduzieren, wodurch wiederum Kosten für die Fertigung des Elektronikmoduls reduziert werden.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass in der Verkapselung eine zwischen der Außenseite der Verkapselung und der Bauteilseite des Trägersubstrats angeordnete Kontaktierungsebene vorgese hen ist, die zum Verbinden mindestens zweier Durchkontaktierungen und/oder weiterer Durchkontaktierungen schräg und/oder quer zur Erstreckungsrich-tungA/erlaufsrichtung der Durchkontaktierungen bzw. weiteren Durchkontaktierung verläuft. Dadurch lassen sich mehrere Durchkontaktierungen innerhalb der Ver kapselung miteinander elektrisch verbinden, so dass der Bereich innerhalb der Verkapselung bereits als Verteilsystem, d. h. als dreidimensionales Leitersystem, genutzt werden kann. Ferner ist es vorstellbar, mittels der Kontaktierungsebene die weitere Durchkontaktierung mit einer oder mehrerer Durchkontaktierungen zu verbinden. Vorzugsweise erstrecken sich die Kontaktierungsebenen parallel zur Haupterstreckungsebene des Trägersubstrats und sind als zusätzliche struktu rierte Metallisierungsschicht ausgebildet. Zur Fertigung solcher Kontaktierungs ebenen ist es beispielsweise vorstellbar, dass die Verkapselung mehrteilig zusam mensetzbar ist oder in mehreren aufeinanderfolgenden Spritzguss und/oder Spritzpressenvorgängen realisiert wird. Weiterhin gestatten die Kontaktierungs ebenen auf einfache Weise einen lateralen Versatz zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil zu realisieren, insbesondere ohne schräg zur Stapelrich tung verlaufende Durchkontaktierungen.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Trägersubstrat an seiner der Bauteil seite gegenüberliegenden Seite eine Kühlstruktur aufweist, wobei das Elektronik modul vorzugsweise ein Dichtelement und/oder Dichtmaterial, z. B. ein Silikon, für ein fluiddichtes Anbinden an eine Fluidkühlungsvorrichtung aufweist. Insbeson dere ist die Kühlstruktur in vorteilhafter Weise in das Trägersubstrat integriert und wird von der Verkapselung nicht umschlossen, d. h. liegt frei. Die Integration ge stattet einen geringen Aufwand beim Verbauen des Elektronikmoduls, da in vor teilhafter Weise auf einen zusätzlichen Arbeitsschicht, in dem eine Bodenplatte und/oder ein Kühler an das Trägersubstrat angebunden wird, beispielsweise gelö tet, gesintert und/oder verklemmt wird, verzichtet werden kann. Die Fluidkühlvor richtung dient insbesondere dem Heran - und Abführen eines Kühlfluids, insbe sondere einer Kühlflüssigkeit. Vorzugsweise umfasst die Kühlstruktur Finnen, die in einen Kanal hineinragen, der von der Kühlstruktur und der Fluidkühlungsvorrich tung ausgebildet wird. Zum Abdichten des Kanals, der zwischen trägersubstratsei tigen Kühlstruktur und Fluidkühlungsvorrichtung ausgebildet wird, ist vorzugsweise ein Dichtelement vorgesehen, das in das Elektronikmodul integriert ist, vorzugs weise im Wesentlichen in Stapelrichtung gesehen auf Höhe der Kühlstruktur ange ordnet ist. Vorzugsweise ist das Dichtelement ringartig oder als Wulst ausgebildet und umläuft vorzugsweise die Kühlstruktur, insbesondere die Finnen der Kühl struktur. Vorzugsweise ist das Dichtelement an der Verkapselung angeordnet, bei spielsweise in einer hierfür vorgesehenen Nut.

Ein weiterer Vorteil, der sich durch Integration der Kühlstruktur unmittelbar an das Trägersubstrat ergibt, ist, dass man auf Material zwischen der Kühlstruktur und dem Trägersubstrat bzw. der Sekundärschicht verzichten kann. Solch ein TIM (thermal interface material) Material weist in der Regel eine gegenüber den übrig verwendeten Materialen im Trägersubstrat reduzierte Wärmleitfähigkeit auf. Der Verzicht auf das TIM Material und das Vermeiden von Grenzflächen verbessert den thermischen Widerstand des Trägersubstrats bzw. des Elektronikmoduls sig nifikant.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Durchkontaktierung und/oder die weitere Durchkontaktierung eine Länge zwischen 0,1 und 15 mm, bevorzugt zwischen 0,15 und 8 mm und besonders be vorzugt zwischen 0,2 und 5 mm aufweist. Es hat sich in vorteilhafter Weise her ausgestellt, das mit derartig kurzen Leiterpfaden bzw. Durchkontaktierungen, der Einfluss von parasitären Induktivitäten deutlich reduzieren lässt und die Ansteue rung der ersten elektronischen Bauteil durch die zweiten elektronischen Bauteile so verbessert wird.

Zum Bereitstellen des Trägersubstrats werden beispielsweise eine Primärschicht, eine Sekundärschicht, eine Zwischenschicht, eine erste Metallisierungsschicht und/oder eine Kühlstruktur in einem gemeinsamen Anbindungsverfahren miteinan der verbunden. Dabei können auch unterschiedliche Anbindungsverfahren ver wendet werden. Als Anbindungsverfahren kommen z. B. DCB- (direct copper bon ding) oder DAB (direct aluminium bonding)-Verfahren, in Frage oder das Verbin den mittels eines Aktivlots, d. h. ein AMB (active metal brazing) - Verfahren. Dabei wird das Trägersubstrat mit einer Primärschicht bereitgestellt, die eine Aussparung aufweist.

Vorzugsweise werden die ersten elektronischen Bauteile so präpariert bzw. bereit gestellt, dass sie eine Kontaktfläche aufweisen, die im am Trägersubstrat verbau ten Zustand auf die Außenseite bzw. der weiteren Durchkontaktierung zugewandt sind. Dabei ist es vorstellbar, dass Kontaktierungslöcher in das erste elektronische Bauteil eingelassen werden und Anschlusskontaktierung mittels physikalischer Gasphasenablagerung realisiert werden. Anschließend wird die Anschlusskontak tierung durch ein chemisches Ablagern, beispielsweise mittels einer Galvanotech nik, verstärkt. Vorzugsweise werden die ersten elektronischen Bauteile bzw. Grup pierungen aus ersten elektronischen Bauteilen mit den gewünschten Kontaktflä chen bereitgestellt.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Verkapselung mittels eines Spritzguss und/oder Spritzpressverfahrens geformt wird, insbesondere um das bestückte Trä gersubstrat herum geformt wird. Insbesondere wird die Verkapselung in einem Spritzguss und/oder Spritzpressenformteil geformt. Dabei wird vorzugsweise das bestückte Trägersubstrat, insbesondere an der Bauteilseite, mit dem Spritzguss und/oder Spritzpressenmaterial bedeckt, nachdem es in das Spritzguss und/oder Spritzpressenformteil eingesetzt wurde. Als Spritzguss und/oder Spritzpressenver fahren ist beispielsweise ein Transfermolding, ein Kompressionsmolding und/oder ein Flüssigvergussverfahren vorstellbar. Sofern eine oder mehrere Kontaktie rungsebenen vorgesehen sind, ist es vorstellbar, dass die Verkapselung in mehre ren aufeinander folgenden Spritzguss- und/oder Spritzpressenvorgängen realisiert wird, wobei zwischen jedem dieser Spritzguss und/oder Spritzpressenvorgängen eine Kontaktierungsebene mit oder ohne weitere Bauelemente realisiert wird, in dem ein strukturierte Metallisierungsschicht auf den zuletzt gegossenen Abschnitt der Verkapselung aufgebracht wird.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die zweite Metallisierungsschicht auf der Außenseite der Verkapselung

durch eine während des Spritzguss und/oder Spritzpressenverfahrens in eine Spritzguss und/oder Spritzpressenform eingelegte Metallfolie,

durch eine physikalische Gasphasenabscheidung und/oder

• elektrochemische Abscheidung

realisiert wird. Insbesondere dient die elektrochemische Abscheidung, beispiels weise mittels Galvanotechnik, der Verstärkung derjenigen Struktur, die durch die Metallfolie bzw. die physikalische Gasphasenabscheidung bereits begonnen bzw. initiiert wurde. Beispielsweise wird durch die Gasphasenabscheidung oder die Me tallfolie bereitgestellte Struktur durch galvanisches Kupfer verstärkt, insbesondere nach oder vor einer Strukturierung. Dabei wird bei der Gasphasenabscheidung beispielsweise eine Schablone verwendet. Sofern eine Metallfolie zur Realisierung der zweiten Metallisierungsschicht vorgesehen ist, ist es vorstellbar, dass diese Metallfolie bereits strukturiert ist. Alternativ oder ergänzend ist es denkbar, dass die zweite Metallisierungsschicht nach ihrer Fertigung strukturiert wird. Ferner ist es auch vorstellbar, dass die zweite Metallisierungsschicht auf der Verkapselung aufgeklebt wird. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die zweite Metallisierungsschicht mittels eines Druckverfahrens, insbesondere eines 3D-Druckverfahrens, aufgetra gen wird. Ferner ist es denkbar, dass nach dem Bereitstellen der zweiten Metalli sierungsschicht diese nachbearbeitet wird. Beispielsweise wird die zweite Metalli sierungsschicht versiegelt (mit Gold; Silber, ENIG) und/oderlötbar gemacht.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Elektronikmodul, um fassend

• eine Verkapselung, und

• ein zumindest teilweise in die Verkapselung eingebettetes Trägersubstrat mit einer Bauteilseite, die eine erste Metallisierungsschicht aufweist und an der mindestens ein erstes elektronisches Bauteil angeordnet ist, wobei an einer Außenseite der Verkapselung mindestens eine zweite Metallisie rungsschicht für mindestens ein zweites elektronisches Bauteil, insbeson dere zur Steuerung des ersten elektronischen Bauteils, vorgesehen ist,

wobei das Trägersubstrat eine Primärschicht, eine Sekundärschicht und eine zwischen der Primärschicht und der Sekundärschicht angeordnete me tallische Zwischenschicht, insbesondere als elektronischer Rückleiter, auf weist, wobei zur elektronischen Verbindung der Zwischenschicht mit dem zweiten elektronischen Bauteil eine Durchkontaktierung vorgesehen ist, wo bei die Durchkontaktierung durch die Verkapselung und die Primärschicht verläuft.

Alle für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Merkmale und deren Vorteile lassen sich sinngemäß ebenfalls auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen und vice versa.

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.

Es zeigt:

Fig.1 : ein Elektronikmodul gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungs form der vorliegenden Erfindung vor Ausbildung der Durchkontaktie rung,

Fig. 2: das Elektronikmodul gemäß der ersten beispielhaften Ausführungs form der vorliegenden Erfindung nach Ausbildung der Durchkontak tierung,

Fig. 3: schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 4. ein Beispiel für eine Fertigung eines Vorverbundes

Fig. 5 ein Elektronikmodul gemäß einer zweiten beispielhaften Ausfüh

rungsform der vorliegenden Erfindung vor Ausbildung der Durchkon taktierung,

Fig. 6 ein Elektronikmodul gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungs form der vorliegenden Erfindung vor Ausbildung der Durchkontaktie rung und

Fig. 7a/7b Elektromodule gemäß einer vierten und einer fünften bespielhaften

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Elektronikmodul 1 gemäß einer ersten beispielhaf ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wesentliche Be standteile eines solchen Elektronikmoduls 1 sind ein Trägersubstrat 10 und eine Verkapselung 20, wobei das Trägersubstrat 10 zumindest teilweise in die Verkap selung 20 eingebettet ist, d. h. das Trägersubstrat 10 ist zumindest teilweise in die Verkapselung 20 eingekapselt. Das Trägersubstrat 10 weist eine Bauteilseite 25 mit einer ersten Metallisierungsschicht 15 auf, wobei die erste Metallisierungs schicht 15 zur Bildung von Leiterbahnen oder Anschlusspads strukturiert ist. An der Bauteilseite 25 des Trägersubstrats 10 sind erste elektronische Bauteile 30 angebunden, die zur Ausbildung zumindest eines Teils eines elektronischen Schaltkreises vorzugsweise untereinander verbunden sind. Beispielsweise umfas sen die erste elektronischen Bauteile 30 Halbleiter, insbesondere WBG -Halbleiter (wide bandgap semiconductors), wie z. B. einem Halbleiter aus Siliziumcarbid, Galliumnitrid und/oder Indiumgalliumnitrid, deren Bandlücke zwischen einem Va lenzband und dem Leitungsband zwischen 2 eV und 4 eV oder darüber liegt. Ins besondere ist das Elektronikmodul 1 ein Leistungselektronikmodul und dient bei spielsweise der Umformung elektrischer Energie mit schaltenden, elektronischen Bauteilen. Denkbar wäre z. B. dass das Elektronikmodul als Gleichspannungs-

wandler, Umrichter und/oder Frequenzumrichter im Bereich der elektronischen An triebstechnik, insbesondere im Bereich der E-mobilität, als Solarwechselrichter und/oder Umrichter für Windkraftanlagen zur Netzeinspeisung regenerativ erzeug ter Energie oder als Schaltnetzteil bzw. DC-DC-Wandler eingesetzt wird.

Zur Steuerung der ersten elektronischen Bauteile 30 auf der Bauteilseite 25 ist an der Außenseite A der Verkapselung 20 eine insbesondere als Anschluss dienende zweite Metallisierungsschicht 35 für mindestens ein zweites elektronisches Bauteil 31 oder Kontaktelement vorgesehen. Vorzugsweise ist die zweite Metallisierungs schicht 35 ebenfalls strukturiert. Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten elektronischen Bauteil 31 um ein Steuerungselement, wie z. B. einen Gate-Trei-ber, ein Zwischenkondensator, ein Lastanschluss, ein Anschluss zur Energiever sorgung oder Vergleichbares.

Vorzugsweise umfasst das Trägersubstrat 10 eine Primärschicht 11 , eine Sekun därschicht 12 und eine zwischen der Primärschicht 11 und der Sekundärschicht 12 angeordnete, metallische Zwischenschicht 16. Hierbei erstrecken sich die Pri märschicht 11 , die Sekundärschicht 12 und die Zwischenschicht 16 entlang einer Haupterstreckungsebene HSE und sind entlang einer senkrecht zur Haupterstre ckungsebene HSE verlaufenden Stapelrichtung S übereinander angeordnet. Da bei dient die metallische Zwischenschicht 16 vorzugsweise als elektrischer Rück leiter, wodurch mit Vorteil parasitäre Induktivitäten reduziert werden können. Wäh rend die Primärschicht 11 und/oder die Sekundärschicht 12 primär zur Versteifung des Trägersubstrats 10 vorgesehen sind, dient die Zwischenschicht 16, neben ih rer optionalen Funktion als elektrischer Rückleiter (wenn eine Durchkontaktierung durch die Primärschicht vorliegt), insbesondere als Wärmesenke bzw. temporärer Wärmespeicher, in der eine (zusätzliche) Wärmspreizung erfolgt. Als temporärer Wärmespeicher verbessert die Zwischenschicht 16 eine thermische Impedanz Zth des Trägersubstrats 10. Die Wärmespreizung führt in vorteilhafter Weise auf eine homogener Temperaturverteilung auf einer der Bauteilseite 25 des Trägersub strats 10 gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats 10, über die die von den ersten elektronischen Bauteilen 30 entwickelte Wärme über eine Kühlstruktur 60 oder eine andere Kühlvorrichtung abgeleitet werden soll. Vorzugsweise ist die Zwi schenschicht 16 hierzu dicker als die Primärschicht 11 und/oder die Sekundär schicht 12 ist und/oder dicker als 1 mm, bevorzugt dicker als 1 ,5 und besonders bevorzugt dicker als 2,5 mm.

Vorzugsweise sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten bzw. die Ausdeh nung der einzelnen Komponenten des Elektronikmoduls 1 derart gewählt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient in Stapelrichtung S gesehen im Wesentli chen symmetrisch bzw. möglichst symmetrisch ist. Bei einer Nutzung der metalli schen Zwischenschicht 16 mit einer Dicke größer als 1 mm und der Verwendun gen dünnerer Primärschichten 11 bzw. Sekundärschichten 12, insbesondere aus Keramik, ist es dann in vorteilhafter Weise möglich für das Trägersubstrat 10 ei nen vergleichsweise hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE zu reali sieren. Dieser vergleichsweise hohe thermische Ausdehnungskoeffizient verein facht die Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verkapse lung 20, der andernfalls mittels eines entsprechenden Füllmaterials gesenkt wer den müsste. Infolgedessen lässt sich in vorteilhafter Weise die Materialkosten für das Füllmaterial reduzieren.

Für eine möglichst kompakte Bauform sorgt insbesondere die Verkapselung 20. Insbesondere ist die Verkapselung 20 derart gestaltet, dass die Verkapselung 20 form-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem Trägersubstrat 10 im zusammenge setzten Zustand zusammenwirkt. Vorzugsweise ist das Trägersubstrat 10 zumin dest an seiner Bauteilseite 25 eingebettet in die Verkapselung 20, d. h. die Ver kapselung 20 umschließt die Bauteilseite 25 vollständig. In der in Figur 1 darge stellten Ausführungsform ist auf einer der Bauteilseite 25 gegenüberliegenden Seite die Kühlstruktur 60 vorgesehen. Insbesondere umfasst die Kühlstruktur 60 Finnen. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Kühlstruktur 60 nicht von der Ver kapselung 20 umhüllt ist, d. h. die Kühlstruktur 60 bzw. deren Finnen liegen frei. Stattdessen ist die Kühlstruktur 60 zur unmittelbaren Anbindung an eine Fluidküh lungsvorrichtung, beispielswiese einen entsprechenden Kanal, der ein Kühlfluid zur Kühlstruktur 60 hin und wegführt, vorgesehen. Zum Abdichten eines Fluidka nals, der zwischen der Fluidkühlungsstruktur bzw. -Vorrichtung und der trägersub stratseitigen Kühlstruktur 60 ausgebildete wird, ist ein Dichtelement 61 vorgese hen. Vorzugsweise ist das Dichtelement 61 umlaufend in einer parallel zur Haupt-erstreckungsebene FISE verlaufenden Ebene ausgestaltet.

Insbesondere ist mindestens eine Durchkontaktierung 5 vorgesehen, die sich von der Außenseite A der Verkapselung 20 durch die Verkapselung 20 und durch die Primärschicht 11 des Trägersubstrats 10 hindurch bis in die Zwischenschicht 16 des Trägersubstrats 10 erstreckt. Hierzu ist es vorgesehen, dass beim Herstellen des Elektronikmoduls 1 das Trägersubstrat 10 derart bereitgestellt wird, dass des sen Primärschicht 11 eine erste Aussparung 41 aufweist. Es ist dabei vorstellbar, dass in einem vorgelagerten Arbeitsschritt die erste Aussparung 41 in der Primär schicht 11 , beispielsweise durch eine Bohrung mittels Fräsen oder durch Laser licht, realisiert wird. Das bereitgestellte Trägersubstrat 10 wird dann über die erste Metallisierungsschicht 15 mit elektrischen oder elektronischen ersten Bauteilen 30 und anschließend mit einer Verkapselung 20 versehen. In diese Verkapselung 20 wird wiederum eine zweite Aussparung 42 eingelassen, beispielsweise mittels La serlicht oder durch ein Gussverfahren mit einem beweglichen Stempelelement (siehe Figuren 5 und 6). Dabei liegt die zweite Aussparung 42 vorzugsweise in Stapelrichtung S gesehen über der ersten Aussparung 41 , insbesondere de ckungsgleich über bzw. fluchtend zu der ersten Aussparung 41. Dabei ist es vor stellbar, dass die erste Aussparung 41 und die zweite Aussparung 42 in einer senkrecht zur Stapelrichtung S verlaufenden Ebene im Wesentlichen vergleich bare Querschnitte aufweisen. Es ist aber auch vorstellbar, dass der Querschnitt der ersten Aussparung 41 kleiner und/oder größer ist als der Querschnitt der zwei ten Aussparung 42.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass in der Verkapselung 20 dritte Aussparungen 43, beispielsweise mittels Laserlicht oder mittels eines mechanisches Bohren, reali siert werden, wobei sich die dritte Aussparungen 43 von der Außenseite A der

Verkapselung 20 bis zur ersten Metallisierungsschicht 15 bzw. zum ersten elektro nischen Bauteil 30 erstrecken. Die dritte Aussparung 43 wird zur Ausbildung einer weiteren Durchkontaktierung 5‘ genutzt, die die Außenseite A, insbesondere die zweite Metallisierungsschicht 35 an der Außenseite A mit der ersten Metallisie rungsschicht 15 oder mit dem ersten elektronischen Bauteile 30 unmittelbar ver bindet, d. h. ohne eine elektrische Leitung über die Zwischenschicht 16 zu nutzen. Neben der Durchkontaktierung 5 und der weiteren Durchkontaktierung 5‘ ist es vorstellbar, dass das Elektronikmodul 10 im gefertigten Zustand trägersubstratei gene Durchkontaktierungen 7 aufweist. Diese trägersubstrateigenen Durchkontak tierungen 7 sind bereits im bereitgestellten Trägersubstrat 10 realisiert. Beispiels weise unterscheidet sich die trägersubstrateigene Durchkontaktierung 7 von der Durchkontaktierung 5 und/oder der weiteren Durchkontaktierung 5‘, beispielsweise hinsichtlich des Herstellungsprozesses oder des Materials. Denkbar wäre z. B., dass die trägersubstrateigene Durchkontaktierung 7 beim Fertigungsprozesses des Trägersubstrats 10 mittels eines Lotverfahrens, insbesondere eines Hartlot verfahrens, hergestellt wird, bevor das Trägersubstrat 10 zum Verkapseln 102 be reitgestellt wird.

In dem in Figur 1 dargestellten Zustand ist neben der ersten Aussparung 41 in der Primärschicht 11 , der zweiten Aussparung 42 und der dritten Aussparung 43 in der Verkapselung 20 eine vierte Aussparung 44 vorgesehen, die in der ersten Me tallisierungsschicht 15 realisiert ist. Vorzugsweise wird das Trägersubstrat 10 mit der ersten Aussparung 41 und der vierten Aussparung 44 bereitgestellt, bevor ein Verkapseln 102 erfolgt.

Zur Vereinfachung des Fertigungsprozesses ist es vorgesehen, dass die Durch kontaktierung 5, die von der Außenseite A bis zur Zwischenschicht 16 verläuft, in einem gemeinsamen Arbeitsschritt realisiert wird, indem die erste Aussparung 41 , die zweite Aussparung 42 und die vierte Aussparung 44 mit einem elektrisch leitfä higen Material gemeinsam verfüllt werden. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass auf eine vierte Aussparung 44 verzichtet werden kann, wenn die Durchkon-

taktierung 5 bis zur Zwischenschicht 16 in einem Bereich erfolgt, in dem das Trä gersubrat 10 an seiner Bauteilseite 25 frei ist von Metall, d. h. die erste Metallisie rungsschicht 15 eine entsprechende Unterbrechung aufweist.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Durchkontaktierung 5 durch einen galvanischen Prozess realisiert wird, wodurch die erste Aussparung 41 , die zweite Aussparung 42 und die vierte Aussparung 44 mit dem elektrisch leitenden Mate rial, vorzugsweise Kupfer, verfüllt werden.

Zum Bereitstellen einer unmittelbaren elektrischen Verbindung der ersten elektri schen Bauteile 30 und der zweiten elektronischen Bauteile 31 ist in der Verkapse lung 20 ist zumindest eine weitere Durchkontaktierung 5‘ vorgesehen. Dabei er streckt sich die weitere Durchkontaktierung 5‘ von der Außenseite A der Verkapse lung 20 bis zur Bauteilseite 25 des Trägersubstrats 10. Vorzugsweise ist es vorge sehen, dass mittels der weiteren Durchkontaktierung 5 ein Abstand zwischen dem ersten elektrischen Bauteil 30 an der Bauteilseite 25 und dem zweiten elektrischen Bauteil 31 an der Außenseite A geringer als 10 mm, bevorzugt 5 mm, besonders bevorzugt 2,5 mm, insbesondere 1 mm bis hin zu weniger als 300 pm, d. h. mög lichst gering, dimensioniert wird. Eine Länge L der weiteren Durchkontaktierung 5‘ entspricht dabei vorzugsweise dem Abstand zwischen dem ersten Bauteil 30 und dem zweiten Bauteil 31.

In Figur 3 ist schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikmoduls 1 dargestellt. Dabei ist es vorgesehen, dass zunächst ein Trägersubstrat 10 bereit gestellt wird. Insbesondere werden zum Bereitstellen 101 des Trägersubstrats 10 die metallische Zwischenlage 16 und/oder eine Kühlstruktur 60 für das Trägersub strat 10 vorbereitet. Anschließend werden die Primärschicht 11 , die Sekundär schicht 12, die metallische Zwischenschicht 16 und/oder die Kühlstruktur 60 in ei nem gemeinsamen oder mehreren einzelnen Anbindungsprozessen miteinander verbunden. Bei dem Anbindungsprozess handelt es sich vorzugsweise um ein DCB- oder DAB-Verfahren oder ein Verbinden mittels eines Aktivlots. Zum Bereit stellen von Leiterbahnen und Anschlussflächen wird die erste Metallisierungs-

Schicht 15 auf der Bauteilseite 25 strukturiert, beispielsweise durch einen Ätzpro zess. Vorzugsweise wird die Bauteilseite 25 anschließend oberflächenmodifiziert, indem eine Vernickelung, ein Versilbern, ein Kantenverguss oder etwas Vergleich bares erfolgt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Trägersubstrat 10 zum Bereitstellen 101 mit mindestens einer ersten Aussparung 41 in der Primärschicht 11 und/oder einer vierten Aussparung 44 in der ersten Metallisierungsschicht 15 versehen wird. Es ist auch vorstellbar, dass das bereitgestellte Trägersubstrat 10 zusätzlich zur ersten Aussparung 41 eine trägersubstrateigene Durchkontaktie rung 7 aufweist.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die ersten elektronischen Bauteile 30 zur Anbin dung an die Bauteilseite 25 für das Elektromodul 10 vorbereitet und beispielsweise als Vorverbund 50 bereitgestellt werden. Insbesondere werden an den ersten elektronischen Bauteilen 30 Kontakte derart realisiert, dass die Kontakte in einem im Elektronikmodul 1 verbauten Zustand der Außenseite A der Verkapselung 20 zugewandt sind. Hierzu werden Kontaktierungslöcher in dem Vorverbund 50 ein gebracht. Die eingebrachten Kontaktierungen lassen sich mittels physikalischer Gasphasenabscheidung verkupfern und anschließend zur Verstärkung galvanisie ren.

Nach dem Fertigstellen des Trägersubstrats 10 wird der Vorverbund 50 auf der strukturierten Metallisierungsschicht 15 an der Bauteilseite 25 des Trägersubstrats 10 befestigt, beispielsweise angelötet oder aufgesintert. Das mit dem Vorverbund 50 bestückte Trägersubstrats 10 wird anschließend verkapselt. Vorzugsweise wird zum Verkapseln 102 ein Spritzguss und/oder Spritzpressenverfahren verwendet. Hierzu wird das bestückte Trägersubstrat 10 in eine Spitzgussform eingelegt. Vor zugsweise ist die Spitzgussform so ausgestaltet, dass die Kühlstruktur 60 von ei nem beim Spritzgießen zu füllenden Hohlraum abgewandt ist. So wird die Kühl struktur 60 beim Spritzguss und/oder Spritzpressenverfahren nicht vom beim Spritzguss und/oder Spritzpressen verwendeten Kunststoff bedeckt.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine Ausbildung einer zweiten Aussparung 42 der Verkapselung 20 erfolgt, indem beispielsweise mittels Laserlichts eine zweite Aussparung 42, insbesondere ein Loch bzw. eine Bohrung, in der Verkapselung 20 realisiert wird. Dabei sind die Löcher und Bohrungen im Wesentlichen konisch geformt. Diese konische Form resultiert typischerweise aus einer Fokussierung ei nes Laserstrahls, mit dem die zweite Aussparung 42 realisiert wird. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass in Stapelrichtung S gesehen die zweite Ausspa rung 42 oberhalb der ersten Aussparung 41 und/oder der vierten Aussparung 44 realisiert wird, wodurch ein freiliegender Kanal von der Außenseite A der Verkap selung 20 bis zur Zwischenschicht 16 geschaffen wird. Anschließend wird die erste Aussparung 41 , die zweite Aussparung 42 und/oder die vierte Aussparung 44, d. h. das Loch bzw. die Bohrung zur Ausbildung der Durchkontaktierung 103 mit einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, gefüllt, bei spielsweise unter Verwendung einer Paste oder durch galvanisches Aufträgen.

Zur Orientierung an der Außenseite A beim Realisieren der zweiten Aussparung 42 sind vorzugsweise Kennzeichnungen vorgesehen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Kennzeichnung um in die Verkapselung 20 gefräste Löcher, die bei spielsweise auch zur Ausrichtung der Verkapselung 20 vor dem Realisieren der Löcher dienen können.

Weiterhin ist vorstellbar, dass in eine verwendete Spitzgussform, mit der die Ver kapselung gebildet wird, eine Metallfolie eingelegt wird, die nach dem Spritzguss und/oder Spritzpressen die zweite Metallisierungsschicht 35 für die zweiten elekt ronischen Bauteile 31 bildet. Ergänzend oder alternativ ist es vorstellbar, dass die zweite Metallisierungsschicht 35 nach dem Spritzguss und/oder Spritzpressenver fahren auf der spitzgegossenen Verkapselung 20 mittels eines physikalischen Gasphasenabscheidungsverfahren oder einem 3D Druckverfahren hergestellt wird. Vorzugsweise wird die zweite Metallisierungsschicht 35 durch ein mittels Galvanotechnik aufgetragenes Metall, beispielsweise durch galvanisch aufgetra genes Kupfer, verstärkt.

Zum Ausbilden einer strukturierten zweiten Metallisierungsschicht 104 gehört vor zugsweise ein Strukturieren der zweiten Metallisierungsschicht 35 an der Außen seite A. Es ist auch vorstellbar, dass ein Lötstopplacks verwendet und/oder die zweite Metallisierungsschicht 35 an der Außenseite A nachbehandelt wird. Als Nachbehandlung ist beispielsweise eine Oberflächenmodifikation 105 in Form eine Versiegelung mit ENIG (Electroless nickel immersion gold), Silber oder Gold vor stellbar. Vorzugsweise wird das zweite elektronische Bauteil 31 schließlich an der hierfür vorgesehenen zweiten Metallisierungsschicht 35 an der Außenseite A mon tiert. Weiterhin ist es vorgesehen, dass ein Deckelelement am Elektronikmodul 1 befestigt wird und das bereitgestellte Elektronikmodul 1 einer Endkontrolle unter zogen wird.

In Figur 4 ist schematisch und beispielhaft ein Verfahren zur Fertigung eines Vor verbunds 50 dargestellt. Dabei ist es vorgesehen dass ein erstes elektronisches Bauteil 30 mit bauteilseitigen Anschlüssen 54 auf einer Leiterplatte 51 aufgebracht wird. Anschließend werden die Leiterplatte 51 und das erste Bauteil 30 derart la miniert, dass das erste Bauteil 30 innerhalb einer Matrix 52, beispielsweise einer dielektrischen Matrix 52, angeordnet bzw. eingebettet ist. Zum Freilegen der bau teilseitigen Anschlüsse 54 wird die dielektrische Matrix 52 strukturiert. Dadurch er geben sich Aussparungen 53, die bis zur Leiterplatte 51 oder zu den elektrischen bauteilseitigen Anschlüssen 54 ragen. Diese Aussparungen 53 werden mit einem leitenden Material verfüllt, wobei auch die Außenseite der dielektrischen Matrix 52 bedeckt wird. Dann wird das leitende Material an der Außenseite strukturiert, um die vorverbundseitigen Kontaktflächen 55 bereitzustellen. Diese vorverbundseiti gen Kontaktflächen 55 stellen die Kontaktflächen der ersten Bauteile 30 innerhalb der Verkapselung 20 dar und stehen mit der weiteren Durchkontaktierung 5‘ der Verkapselung 20 in Kontakt. Der Vorteil der Nutzung des Vorverbunds 50 besteht mitunter in der Realisierung von vorverbundseitigen Kontaktflächen 55, die größer sind als die bauteilseitigen Anschlüsse 54. So kann beispielsweise verhindert wer den, dass wegen eines fertigungsbedingten Versatzes der nachträglich in die Ver kapselung 20 eingelassene Durchkontaktierungen 5 keine Kontaktierung mit dem ersten Bauteil 30 bzw. dem Vorverbund 50 realisiert werden kann.

In Figur 5 ist ein Elektronikmodul 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung vor Ausbildung der Durchkontaktierung 5 dargestellt. Insbesondere ist es hierbei vorgesehen, dass die zweite Aussparung 42 in der Verkapselung 20 während dem Verkapseln 102 ausgebildet wird. Hierzu wird das Trägersubstrat 10 zunächst zwischen einer ersten Werkzeughälfte 71 und einer zweiten Werkzeughälfte 72 angeordnet. Bevorzugt wird das Trägersub strat 10 durch die erste Werkzeughälfte 71 und/oder zweite Werkzeughälfte 72 verklemmt und/oder an der ersten Werkzeughälfte 71 und/oder der zweiten Werk zeughälfte 72 fixiert. Nach dem Positionieren des Trägersubstrats 10 zwischen der ersten Werkzeughälfte 71 und der zweiten Werkzeughälfte 72, werden die erste Werkzeughälfte 71 und die zweite Werkzeughälfte 72 in einen geschlossenen Zu stand überführt, in dem die erste Werkzeughälfte 71 und die zweite Werkzeug hälfte 72 einen Hohlraum 75 ausbilden, der zumindest teilweise das Trägersub strat 10 umgibt. Durch Verfüllen dieses Hohlraums 75 mit einem entsprechenden Material und einem anschließenden Aushärten ist es in vorteilhafter Weise mög lich, die Verkapselung 20 auszubilden.

Dabei ist es des Weiteren vorgesehen, dass eine Innenseite des Hohlraums 75 mit einem Film oder einer Folie verkleidet ist, die ein Herauslösen des Elektronik moduls 1 beim Entformen vereinfacht. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass ein Stempelelement 73, das verschiebbar gelagert ist, in der ersten Werk zeughälfte 71 und/oder der zweiten Werkzeughälfte 72, vor dem Verfüllen in den Hohlraum 75 eingebracht wird. Der in den Hohlraum 75 eingebrachte Teil des Stempelelements 73 sorgt dann in vorteilhafter Weise beim Verfüllen für ein Frei stellen desjenigen Bereichs im Hohlraum 75, in den er eingebracht wurde. Insbe sondere ist es vorgesehen, dass der in den Hohlraum 75 eingebrachte Teil des Stempelelements 73 oberhalb der ersten Aussparung 41 angeordnet wird. Beim Verfüllen wird dann der von dem Teil des Stempelelements 73 in Beschlag ge nommene Bereich zur Ausbildung der zweiten Aussparung 42 freigestellt. In der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform ist es dabei vorgesehen, dass das Stempe lelement 73, insbesondere an seinem in den Hohlraum 75 hineinragenden Ende,

an der Primärschicht 11 , insbesondere an einer Oberseite der Primärschicht 11 , anschlägt, d. h. beim Verfüllen des Hohlraums 75 die erste Aussparung 41 ab deckt, insbesondere vollständig bedeckt. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise während des Verkapselns 102 die zweite Aussparung 42 ausbilden, die anschlie ßend zusammen mit der ersten Aussparung 41 mit einem elektrisch leitenden Ma terial zur Ausbildung der Durchkontaktierung 5 verfüllt werden. Weiterhin ist es be vorzugt vorgesehen, dass die erste Werkzeughälfte 71 , die zweite Werkzeughälfte 72 und das Stempelelement 73 Entformungsschrägen aufweisen, die das Entfor-men des verkapselten Trägersubstrats 10 in vorteilhafter Weise nach dem Verfül len und Aushärten erleichtern.

In der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform ist ein Elektronikmodul 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor Aus bildung der Durchkontaktierung 5 dargestellt. Dabei unterscheidet sich das Her stellungsverfahren von demjenigen aus der Figur 5 im Wesentlichen nur dahinge hend, dass das in den Hohlraum 75 hineinragende Ende des Stempelelements 73, d. h. die in den Hohlraum 75 hineinragende Stirnseite des Stempelelements 73, beim Verfüllen innerhalb der ersten Aussparung 41 angeordnet ist. Beispielsweise liegt das Stempelelement 73 mit seinem in den Hohlraum 75 hineinragenden Ende an der Zwischenschicht 16 an. Bevorzugt ist die in den Hohlraum 75 hineinra gende Stirnseite kleiner dimensioniert als eine laterale Ausdehnung der ersten Aussparung 41 , d. h. als eine Ausdehnung der ersten Aussparung 41 in einer pa rallel zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung. Es ist auch denk bar, dass das Stempelelement 73 an seinem in den Hohlraum 75 hineinragenden Ende ein verformbares Element, beispielsweise ein Gummielement, aufweist, das abdichtend in der ersten Aussparung 41 eingebracht ist während des Verfüllens.

In den Figuren 7a und 7b sind Elektromodule 1 gemäß einer vierten beispielhaf ten Ausführungsform (Figur 7a) der vorliegenden Erfindung und einer fünften bei spielhaften Ausführungsform (Figur 7b) der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei unterscheiden sich die Elektromodule 1 aus den Figuren 7a und 7b von de- nen aus den vorangegangenen Figuren dahingehend, dass sie eine elektrisch lei tende Verbindung zwischen der Außenseite A der Verkapselung 20 und der Kühl struktur 60 am Trägersubstrat 10 vorsehen. Dabei ist die Kühlstruktur 60 vorzugs weise an der der Außenseite A der Verkapselung 20 gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats 10 ausgebildet und die Kühlstruktur 60 weist beispielsweise Finnen auf oder ist als massives Metallelement bzw. massiver Metallblock ausge bildet. Durch diese elektrische leitende Verbindung ist es in vorteilhafter Weise möglich eine Erdung über die Kühlstruktur 60 an der Außenseite A der Verkapse lung 20 bereitzustellen. Dabei kann die elektrisch leitende Verbindung als Durch kontaktierung 5 an dem Trägersubstrat 10 vorbeilaufen, wie es für die Durchkon taktierung 5 in Figur 7a auf der rechten Seite dargestellt ist, oder durch das Trä gersubstrat 10 hindurch. Für eine durch das Trägersubstrat 10 durchlaufende Durchkontaktierung 5 ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Zwischenschicht 16 derart strukturiert ist, bzw. vorstrukturiert wurde, dass kein Kurschluss verur sacht wird. Beispielsweise sind hierzu Abschnitte der Zwischenschicht 16 durch mindestens einen Freiraum 81 voneinander getrennt. Die auf der linken Seite des Elektromoduls 1 aus Figur 7a dargestellte Durchkontaktierung 5 ist dabei derart ausgebildet, dass sie durch die Primärschicht 11 , die Zwischenschicht 16 und die Sekundärschicht 12 hindurchgreift. Bei einer entsprechend tiefen Aussparungen, die für die Bildung der Durchkontaktierung 5 zu füllen wäre, ist mit Vorteil das Ver fahren beschrieben in den Figuren 5 und 6 zu verwenden statt einer Bildung mit tels Laserlichts, da die Laserbohrung insbesondere für derartig lange Aussparung ungeeignet ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die erste Metallisierungsschicht 15 entsprechend strukturiert ist, dass kein Kurschluss durch die durch das Trä gersubstrat 10 hindurchgreifende Durchkontaktierung 5 realisiert wird.

In der Figur 7b ist es vorgesehen, dass sich die Durchkontaktierung 5 bis zu dem durch den Freiraum 81 abgegrenzten Teil der Zwischenschicht 16 erstreckt und zur Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindung eine bodenseitige Durchkon taktierung 5“ in der Sekundärschicht 12 realisiert wird. Ein derartiges beidseitiges Realisieren der Durchkontaktierung 5 einerseits und der bodenseitigen Durchkon- taktierung 5“ andererseits erweist sich beispielsweise in vorteilhafter Weise ver einfachend für das Verfüllen der entsprechend zu verfüllenden Aussparungen aus. Insbesondere stellt die Ausführungsform aus Figur 7b einen besonders vorteilhaf ten thermischen Pfad bereit.

Bezuqszeichenliste:

I Elektronikmodul

5 Durchkontaktierung

5‘ weitere Durchkontaktierung

5“ bodenseitige Durchkontaktierung

7 trägersubstrateigene Durchkontaktierung

10 Trägersubstrat

I I Primärschicht

12 Sekundärschicht

15 erste Metallisierungsschicht

16 Zwischenschicht

20 Verkapselung

25 Bauteilseite

30 erstes elektronisches Bauteil

31 zweites elektronisches Bauteil

35 zweite Metallisierungsschicht

41 erste Aussparung

42 zweite Aussparung

43 dritte Aussparung

44 vierte Aussparung

50 Vorverbund

51 Leiterplatte

52 Matrix

53 Aussparung

54 bauteilseitige Anschlüsse

55 verbundseitige Anschlüsse

60 Kühlstruktur

61 Dichtelement

71 erste Werkzeughälfte

72 zweite Werkzeughälfte

73 Stempelelement

75 Hohlraum

81 Freiraum

101 Bereitstellen eines Trägersubstrats

102 Verkapseln

103 Ausbilden einer Durchkontaktierung

104 Ausbilden einer strukturierten zweiten Metallisierungsschicht

105 Oberflächenmodifikation

A Außenseite

L Länge

S Stapelrichtung

HSE Haupterstreckungsebene