BAUELEMENT MIT VERSTÄRKUNGSSCHICHT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BAUELEMENTS

Es werden ein Bauelement mit einer Verstärkungsschicht und dessen Herstellung angegeben.

Bei einem Bauelement, das ein in einem Vergusskörper

eingebettetes und insbesondere auf einer Leiterplatte

angeordnetes Bauteil aufweist, treten bei

Temperaturschwankungen oft Verformungen aufgrund

unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten des Formkörpers und der Leiterplatte auf. Insbesondere wird der Vergusskörper stärker als das darin eingebettete Bauteil oder die

Leiterplatte verformt. Zur Reduzierung der Verformung können Materialien des Vergusskörpers und der Leiterplatte einander zwar angepasst werden, allerding führt dies zu einer starken Einschränkung bezüglich der Auswahl von Materialien.

Eine Aufgabe ist es, ein Bauelement anzugeben, das günstig herstellbar ist und gegenüber Temperaturschwankungen stabil ausgebildet ist. Des Weiteren wird ein effizientes Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben.

In mindestens einer Ausführungsform eines Bauelements weist dieses eine Trägerplatte, einen Formkörper und eine

Verstärkungsschicht auf. Insbesondere weist das Bauelement ein Bauteil, etwa ein elektronisches Bauteil auf, das von dem Formkörper lateral umschlossen ist. In vertikaler Richtung ist das elektronische Bauteil zwischen der Trägerplatte und der Verstärkungsschicht angeordnet. Das Bauteil ist zum

Beispiel über die Trägerplatte extern elektrisch kontaktierbar . Bis auf eine der Trägerplatte zugewandte

Oberfläche kann das Bauteil von dem Formkörper vollständig umschlossen sein. Der Formkörper weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der mindestens dreimal so groß wie ein thermischer Ausdehnungskoeffizient der Trägerplatte und mindestens dreimal so groß wie ein thermischer

Ausdehnungskoeffizient der Verstärkungsschicht ist. Die

Trägerplatte und die Verstärkungsschicht grenzen zumindest bereichsweise an den Formkörper an und sind zur Reduzierung einer mechanischen, insbesondere asymmetrischen Verformung des Formkörpers etwa bei Temperaturschwankungen eingerichtet.

Da der Formkörper mit einem vergleichsweise größeren

thermischen Ausdehnungskoeffizienten zumindest teilweise zwischen der Trägerplatte und der Verstärkungsschicht jeweils mit einem geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten angeordnet ist, werden die etwa bei Temperaturschwankungen in dem Formkörper auftretenden Verspannungen beidseitig, nämlich von der Trägerplatte und von der Verstärkungsschicht,

aufgefangen, sodass eine Verformung, insbesondere eine laterale Verformung des Formkörpers erschwert wird. Dadurch wird eine asymmetrische Verformung des Formkörpers, etwa in Form einer lateralen Verkippung einer Seitenfläche des

Formkörpers, vermieden oder weitgehend verhindert. Bevorzugt grenzen die Trägerplatte und die Verstärkungsschicht jeweils unmittelbar an den Formkörper an oder es befindet sich ausschließlich eine einzige Verbindungsschicht, etwa eine Klebeschicht, zwischen dem Formkörper und der Trägerplatte oder der Verstärkungsschicht.

Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung

verstanden, die quer oder senkrecht zu einer

Haupterstreckungsfläche der Trägerplatte oder der Verstärkungsschicht gerichtet ist. Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die entlang,

insbesondere parallel zu der Haupterstreckungsfläche

verläuft. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind somit quer oder im Wesentlichen senkrecht zueinander.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient einer Schicht wird im Zweifel als mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient, insbesondere als mittlerer thermischer

Längenausdehnungskoeffizient dieser Schicht verstanden, der unter fachüblichen Normbedingungen ermittelt wird. Beim

Vergleichen von thermischen Ausdehnungskoeffizienten

verschiedener Schichten können die entsprechenden thermischen Längenausdehnungskoeffizienten unter Normbedingungen und etwa bei 20 °C herangezogen werden. Insbesondere ist es möglich, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten als mittleren

Längenausdehnungskoeffizienten in einem in Betracht gezogenen Temperaturintervall innerhalb eines Temperaturbereichs beispielsweise zwischen einschließlich -50 °C und 200 °C, etwa zwischen -40 °C und 125 °C oder zwischen einschließlich 0 °C und 100 °C aufzufassen, wobei das Temperaturintervall der Absolutbetrag der zugehörigen in Betracht gezogenen

Temperaturschwankung ist. Zum Beispiel wird der mittlere Längenausdehnungskoeffizient über ein Temperaturintervall von etwa 10 °C, 20 °C, 30 °C, 40 °C oder 50 °C innerhalb des oben genannten Temperaturbereichs ermittelt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist das Bauteil ein optoelektronisches Bauteil. Insbesondere ist das Bauteil eine Laserdiode etwa in Form eines

Halbleiterlaserchips oder ein allgemeiner Licht emittierender Halbleiterchip etwa in Form einer LED. Bevorzugt ist das Bauteil eine Laserdiode, insbesondere eine kantenemittierende Laserdiode. Alternativ kann das optoelektronische Bauteil ein Licht detektierender Halbleiterchip, etwa ein Sensor oder ein Photodetektor sein. Der Formkörper weist eine Seitenfläche auf, die als Lichtdurchtrittsfläche, zum Beispiel als

Lichtaustrittsfläche oder als Lichteintrittsfläche des

Bauelements dient.

Die Trägerplatte und die Verstärkungsschicht können somit zur Reduzierung einer Verformung der Seitenfläche bei

Temperaturschwankungen eingerichtet sein, sodass die

insbesondere als Lichtaustrittsfläche ausgebildete

Seitenfläche des Formkörpers im Betrieb des Bauelements im Wesentlichen unverändert bleibt. Insbesondere bei einem

Bauelement mit einem Licht emittierenden Bauteil, etwa mit einem Halbleiterlaser, ist die Verhinderung oder die

Reduzierung einer asymmetrischen Verformung der

Lichtaustrittsfläche von entscheidender Bedeutung für die Einstellung oder Einbehaltung eines Lichtaustrittswinkels des Bauelements. Ohne die Verstärkungsschicht würde der

Formkörper in den Bereichen, die sich weiter weg von der Trägerplatte befinden, bei Temperaturschwankungen stärker schrumpfen oder ausdehnen als in den Bereichen des

Formkörpers in unmittelbarer Umgebung der Trägerplatte. Dies kann dazu führen, dass die etwa als Lichtaustrittsfläche ausgebildete Seitenfläche des Formkörpers beziehungsweise des Bauelements verkippt oder entlang der vertikalen Richtung asymmetrisch verformt wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die Trägerplatte, der Formkörper und die Verstärkungsschicht bezüglich deren Materialien derart gestaltet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Formkörpers mindestens zehnmal oder mindestens zwanzigmal so groß ist wie der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerplatte und/oder der Verstärkungsschicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements

unterscheidet sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerplatte höchstens um 300 %, höchstens um 200 % oder höchstens um 100 % von dem thermischen

Ausdehnungskoeffizienten der Verstärkungsschicht. Es ist möglich, dass die Trägerplatte und die Verstärkungsschicht teilweise aus dem gleichen Material gebildet sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die Trägerplatte und die Verstärkungsschicht bezüglich deren Schichtdicken und Elastizitätsmoduln einander derart

angepasst, dass sich ein Produkt aus der Schichtdicke und dem Elastizitätsmodul der Trägerplatte höchstens um 50 %, höchstens um 30 % oder höchstens um 20 % von einem Produkt aus der Schichtdicke und dem Elastizitätsmodul der

Verstärkungsschicht unterscheidet. Die Trägerplatte und die Verstärkungsschicht können somit ähnliche Biegefestigkeit aufweisen, wodurch eine asymmetrische Verformung des

Formkörpers verhindert oder reduziert wird. Bevorzugt weist der Formkörper ein Produkt aus dessen Schichtdicke und

Elastizitätsmodul auf, das kleiner ist als ein entsprechendes Produkt aus der Schichtdicke und dem Elastizitätsmodul der Trägerplatte und/oder der Verstärkungsschicht. Letzteres führt zu einem mechanisch stabilen Bauelement. Zum Beispiel ist ein Produkt aus der Schichtdicke und dem

Elastizitätsmodul der Trägerplatte und/oder der

Verstärkungsschicht mindestens dreimal, mindestens fünfmal oder mindestens zehnmal so groß ist wie ein Produkt aus der Schichtdicke und dem Elastizitätsmodul des Formkörpers. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist der Formkörper eine Schichtdicke auf, die mindestens dreimal, sechsmal oder mindestens zehnmal oder zwanzigmal so groß ist wie eine Schichtdicke der Trägerplatte und/oder der

Verstärkungsschicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist der Formkörper ein Moldkörper. Der Formkörper ist insbesondere aus einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet.

Insbesondere ist das Material des Formkörpers derart gewählt und das Bauteil in dem Formkörper derart angeordnet, dass mindestens 70 %, 80 %, 90 % oder mindestens 95 % der von dem Bauteil im Betrieb des Bauelements erzeugten

Strahlungsintensität an der Strahlungsaustrittsfläche

ausgekoppelt werden. Zum Beispiel weist der Formkörper

Gießharze, etwa synthetische Kunstharze auf, die etwa auf Basis von Silikon, Polyurethan, Epoxid oder Materialien mit ähnlichen Materialeigenschaften hergestellt sind. Der Formkörper ist als Moldkörper ausgebildet, wenn dieser etwa durch ein Mold-Verfahren herstellbar ist. Unter einem Mold-Verfahren wird allgemein ein Verfahren verstanden, mit dem ein Vergussmaterial bevorzugt unter Druckeinwirkung zu einer Formmasse, etwa zu dem Formkörper, gestaltet und erforderlichenfalls ausgehärtet wird. Insbesondere umfasst der Begriff „Mold-Verfahren" Gießen (molding) , Folien

assistiertes Gießen (film assisted molding) , Spritzgießen (injection molding), Spritzpressen (transfer molding) und Formpressen (compression molding) . Alternativ oder ergänzend kann der Formkörper durch Dosiertechnik oder durch

Dispenstechnik hergestellt werden, zum Beispiel durch

Nadeldosieren . In der Regel wird das Material des Formkörpers, insbesondere das Vergussmaterial des Moldkörpers, zunächst flüssig

verarbeitet und zu dem Formkörper erstarrt beziehungsweise ausgehärtet. Bei der Erstarrung oder Aushärtung kann der Formkörper durch thermischen oder chemischen Schrumpf des Vergussmaterials verformt werden. Grenzt die

Verstärkungsschicht an den Formkörper an oder ist die

Verstärkungsschicht in dem Formkörper eingebettet, kann die Verformung des Formkörpers reduziert oder gezielt eingestellt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Trägerplatte eine Leiterplatte. Die Leiterplatte weist insbesondere einen plastischen Grundkörper und darauf angeordnete elektrische Leiterbahnen auf. Insbesondere entfallen mindestens 70, 80, 90 oder mindestens 95 Gewichts% und/oder Volumen! der Trägerplatte auf den Grundkörper. Über die Leiterbahnen kann das Bauteil elektrisch kontaktiert werden. Insbesondere ist das Bauteil ein

oberflächenmontierbares Bauteil, das eine der Trägerplatte zugewandte Montagefläche mit elektrischen und/oder

thermischen Anschlussstellen aufweist. Das Bauteil ist insbesondere ausschließlich über dessen Montagefläche

elektrisch kontaktierbar . Abweichend davon ist es möglich, dass das Bauteil zumindest eine oder mehrere elektrische Anschlussstellen auf einer der Montagefläche abgewandten Oberfläche des Bauteils aufweist, wobei die elektrischen Anschlussstellen jeweils etwa über eine Drahtverbindung, etwa einen Bonddraht mit einer der Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden sein können.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die Trägerplatte und die Verstärkungsschicht zumindest teilweise aus dem gleichen Material gebildet. Die Verstärkungsschicht kann in Form einer Leiterplatte,

insbesondere ohne Leiterbahnen, ausgebildet sein. Zum

Beispiel sind die Verstärkungsschicht und der Grundkörper der Trägerplatte aus dem gleichen Material gebildet. Es ist auch möglich, dass die Verstärkungsschicht aus einem plastischen Material ausgebildet ist, das sich von dem Material des

Grundkörpers der Trägerplatte unterscheidet.

Bevorzugt unterscheidet sich eine vertikale Schichtdicke der Trägerplatte oder des Grundkörpers der Trägerplatte höchstens um 50 %, 40 %, 30 %, 20 %, 10 % oder höchstens um 5 % von einer vertikalen Schichtdicke der Verstärkungsschicht. Die Verstärkungsschicht kann im Vergleich zu der Trägerplatte eine geringere vertikale Schichtdicke und einen höheren

Elastizitätsmodul aufweisen. Sind die Trägerplatte und die Verstärkungsschicht im Wesentlichen aus verschiedenen

Materialien gebildet, können sich die Trägerplatte und die Verstärkungsschicht bezüglich deren vertikaler Schichtdicken um mehr als 50 %, 100 % oder mehr als 200 % voneinander unterscheiden .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Verstärkungsschicht eine Metallschicht oder eine Metallfolie. Die Verstärkungsschicht weist etwa ein Metall wie Kupfer, Aluminium, Silber, Nickel oder ähnliche Metalle oder

Metalllegierungen auf. Die Verstärkungsschicht kann in

Draufsicht auf die Trägerplatte das elektronische Bauteil vollständig bedecken. Eine Metallfolie ist etwa eine

selbsttragende Metallschicht, die eine vertikale Schichtdicke aufweist, die viel kleiner, etwa mindestens fünfmal, zehnmal oder mindestens zwanzigmal kleiner ist als eine laterale Ausdehnung der Metallschicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Verstärkungsschicht flächig und zusammenhängend ausgebildet. In Draufsicht auf die Trägerplatte kann die

Verstärkungsschicht mindestens 30 %, 50 %, 70 % oder

mindestens 90 % der Oberfläche der Trägerplatte bedecken.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements ist die Verstärkungsschicht auf dem Formkörper angeordnet, wobei die Verstärkungsschicht den Formkörper in einer vertikalen

Richtung räumlich begrenzt. Dabei kann die

Verstärkungsschicht unmittelbar an den Formkörper angrenzen oder mittels einer Verbindungsschicht an dem Formkörper befestigt sein. Alternativ ist es möglich, dass die

Verstärkungsschicht in dem Formkörper eingebettet ist. Die Verstärkungsschicht kann dabei von einem Material des

Formkörpers vollständig umschlossen sein. Abweichend davon ist es möglich, dass sich die Verstärkungsschicht entlang der lateralen Richtung bis zu einer Seitenfläche des Formkörpers erstreckt .

In einem Verfahren zur Herstellung eines hier beschriebenen Bauelements wird der Formkörper durch ein Mold-Verfahren auf die Trägerplatte und auf das Bauteil aufgebracht. Während des Mold-Verfahrens oder nach dem Mold-Verfahren kann die

Verstärkungsschicht auf den Formkörper aufgebracht oder in den Formkörper eingebettet werden.

Zum Beispiel kann die Verstärkungsschicht, insbesondere die vorgefertigte Verstärkungsschicht, direkt während des

Moldprozesses mit in das Bauelement, etwa den Formkörper eingebracht werden. Die Verstärkungsschicht kann auf einem Mold-Werkzeug (Englisch: molding machine) angeordnet sein, wobei das Mold-Werkzeug die Verstärkungsschicht und das Vergussmaterial auf die Trägerplatte und auf das Bauteil aufbringt. Alternativ ist es möglich, dass die

Verstärkungsschicht nachträglich nach dem Moldprozess auf die Vergussmasse oder auf den Formkörper aufgebracht, etwa aufgeklebt wird. Insbesondere erfolgt das Anbringen der

Verstärkungsschicht vor einer thermischen Behandlung zur Aushärtung des Formkörpers.

Das oben beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines hier beschriebenen Bauelements besonders geeignet. Die im

Zusammenhang mit dem Bauelement beschriebenen Merkmale können daher für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.

Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und

Weiterbildungen des Bauelements oder des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5B erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Figur 1 ein Vergleichsbeispiel für ein Bauelement ohne eine Verstärkungsschicht,

Figuren 2, 3 und 4 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele für ein Bauelement mit einer

Verstärkungsschicht jeweils in Schnittansicht, und

Figuren 5A sowie 5B schematische Darstellungen einiger

Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bauelements.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.

In Figur 1 ist ein Vergleichsbeispiel für ein Bauelement 10 mit einer Trägerplatte 1, einem elektronischen Bauteil 2 und einem Formkörper 3 schematisch dargestellt.

Die Trägerplatte 1 weist einen Grundkörper 15 und darauf angeordnete elektrische Leiterbahnen 16 auf. Die Trägerplatte 1 ist etwa eine Leiterplatte. Das elektronische Bauteil 2 ist auf der Trägerplatte 1 angeordnet und mit den elektrischen Leiterbahnen 16 elektrisch leitend verbunden. In der Figur 1 ist dargestellt, dass das Bauteil 2 teilweise über eine der Trägerplatte 1 abgewandte Vorderseite und teilweise über eine der Trägerplatte 1 zugewandte Rückseite des Bauteils 2 elektrisch kontaktierbar ist. Insbesondere ist eine

elektrische Anschlussstelle auf der Vorderseite des Bauteils

2 über eine Drahtverbindung mit einer der Leiterbahnen 16 elektrisch leitend verbunden. Die Rückseite ist insbesondere als Montagefläche des Bauteils 2 ausgebildet und kann eine oder mehrere elektrische Anschlussstellen aufweisen, die etwa über eine Lotverbindung mit einer oder mehreren elektrischen Leiterbahnen 16 elektrisch verbunden sein können. Abweichend von der Figur 1 ist es möglich, dass das Bauteil 2 ein oberflächenmontierbares Bauteil ist, das ausschließlich über die Montagefläche elektrisch kontaktierbar ist.

In lateralen Richtungen ist das Bauteil 2 von dem Formkörper

3 vollumfänglich umschlossen. In Draufsicht bedeckt der

Formkörper 3 das Bauteil 2 vollständig. Das Bauelement 10 weist gemäß Figur 1 eine Vorderseite 11 auf, die durch eine laterale freiliegende Oberfläche des Formkörpers 3 gebildet ist. Das Bauelement 10 weist außerdem eine der Vorderseite 11 abgewandte Rückseite 12 auf, die durch eine Oberfläche der Trägerplatte 1, insbesondere durch eine Oberfläche des

Grundkörpers 15 gebildet ist. Eine vertikale Seitenfläche 13 des Bauelements 10, die die Vorderseite 11 mit der Rückseite 12 oder mit der Trägerplatte 1 verbindet, dient etwa als

Strahlungsdurchtrittsfläche des Bauelements 10, insbesondere als Strahlungseintrittsfläche oder als

Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements. Die vertikale Seitenfläche 13 des Bauelements 10 kann hauptsächlich oder ausschließlich durch eine Seitenfläche des Formkörpers 3 gebildet sein. Der Formkörper 3 ist insbesondere

strahlungsdurchlässig ausgebildet .

Das Bauteil 2 kann ein optoelektronisches Bauteil 2 sein, das insbesondere dazu eingerichtet ist, im Betrieb des

Bauelements 10 elektromagnetische Strahlungen im sichtbaren, ultravioletten oder im infraroten Spektralbereich zu

emittieren oder zu detektieren. Das Bauelement 10 kann eine Mehrzahl von solchen elektronischen Bauteilen 2 aufweisen, die teilweise oder vollständig in dem Formkörper 3

eingebettet sind. Gemäß Figur 1 weist das Bauelement 10 ein weiteres Bauteil 5 auf, das mit dem Bauteil 2 elektrisch leitend verbunden sein kann und etwa zur Ansteuerung des Bauteils 2 eingerichtet ist. Zum Beispiel ist das weitere Bauteil 5 ein Treiberchip. In Draufsicht auf die Trägerplatte 1 bedeckt der Formkörper 3 das weitere Bauteil 5 vollständig. In lateralen Richtungen kann das weitere Bauteil 5 teilweise oder vollumfänglich von dem Formkörper 3 umschlossen sein. Das weitere Bauteil 5 ist über die Leiterbahnen 16 der

Trägerplatte 1 elektrisch kontaktierbar und kann als

oberflächenmontierbares Bauteil ausgebildet sein. Zum Beispiel ist das Bauteil 2 eine Laserdiode, etwa ein kantenemittierender Laserdiodenchip. Das Bauelement 10 ist in diesem Fall eine Laseranordnung mit einer umgossenen

Laserdiode, also ein Laserpackage . Bei einer Laseranordnung spielt der Austrittswinkel eines Laserstrahls eine

entscheidende Rolle bei der Einstellung der Strahldivergenz sowie der Ausrichtung des Laserstrahls. Der Austrittswinkel soll daher während des Betriebs des Bauelements und auch bei verschiedenen Einsatztemperaturen möglichst konstant gehalten werden. Dient die Seitenfläche 13 als

Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements 10, wird die von dem Bauteil 2 erzeugte elektromagnetische Strahlung S an der Seitenfläche 13 aus dem Bauelement 10 ausgekoppelt. Die

Beschaffenheit der Seitenfläche 13 hat daher großen Einfluss auf den Austrittswinkel der elektromagnetischen Strahlung S beziehungsweise auf die Ausrichtung des Laserstrahls.

Aufgrund des asymmetrischen Aufbaus des Bauelements 10 kann in der Regel nicht vollständig ausgeschlossen werden, dass die Seitenfläche 13 etwa bei Temperaturschwankungen verformt wird. Die Temperaturschwankungen können Temperaturänderungen im Betrieb des Bauelements 10 oder Temperaturdifferenzen in verschiedenen Einsatzorten des Bauelements 10 sein. Im

Vergleich zu dem Formkörper 3 weist die Trägerplatte 1 oft einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Der Formkörper 3 kann ein Moldkörper sein, der aus einem Vergussmaterial gebildet ist, das in der Regel einen im

Vergleich zu der Trägerplatte 1 viel höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und geringere Härte aufweist.

Bei Temperaturschwankungen behindert die Trägerplatte 1 deshalb die Dehnung oder die Schrumpfung des Materials, insbesondere des Vergussmaterials des Formkörpers 3 etwa in Regionen auf der Höhe der Trägerplatte 1, also in unmittelbarer Umgebung der Trägerplatte 1. Die Vorderseite 11 des Bauelements 10, die insbesondere durch eine Oberfläche des Formkörpers 3 gebildet ist, hat nur Kontakt zur

umgebenden Luft und wird somit hinsichtlich der thermischen Ausdehnung oder der thermischen Schrumpfung des Materials des Formkörpers 3 nicht oder kaum behindert.

Entlang der vertikalen Richtung dehnt sich der Formkörper 3 bei zunehmenden Temperaturänderungen deshalb unterschiedlich stark aus. Insbesondere wird ein starker Schrumpf auf der Vorderseite 11 des Bauelements 10 bei abnehmenden

Temperaturänderungen entstehen, während sich ein schwächerer Schrumpf in der unmittelbaren Umgebung der Trägerplatte 1 bildet. Dies führt dazu, dass die Seitenfläche 13 des

Formkörpers 3 beziehungsweise des Bauelements 10 verkippt. Diese Verkippung der Seitenfläche 13 oder die Verformung des Formkörpers 3 ist in der Figur 1 durch die gestrichelte Linie V schematisch angedeutet. Durch Einbringen einer

Verstärkungsschicht 4 in das Bauelement 10, die sich etwa - wie in der Figur 2 dargestellt - auf der Vorderseite 11 des Bauelements 10 befindet, kann diesem Effekt entgegengewirkt werden . Das in der Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Bis auf die

Verstärkungsschicht 4 sind die in den Figuren 1 und 2

dargestellten Ausführungsbeispiele für ein Bauelement 10 im Wesentlichen identisch. Im weiteren Unterschied hierzu weist der Formkörper 3 unmittelbar auf der Trägerplatte 1 eine Stufe 33 auf, die in der lateralen Richtung seitlich über die restlichen Teilbereiche der Seitenfläche 13 überragt. Die Seitenfläche 13 erstreckt sich somit von der Vorderseite 11 bis zu der Stufe 13. Die Stufe 33 befindet sich insbesondere in unmittelbarer Umgebung des Bauteils 2. Die Stufe 33 des Formkörpers 3 kann dazu dienen, eine Verformung der

Seitenfläche 13 in unmittelbarer Umgebung des Bauteils 2 zu reduzieren .

Gemäß Figur 2 befindet sich die Verstärkungsschicht 4 auf einer der Trägerplatte 1 abgewandten Oberfläche des

Formkörpers 3. Die Vorderseite 11 des Bauelements 10 ist in diesem Fall zumindest teilweise durch eine Oberfläche der Verstärkungsschicht 4 gebildet. In der vertikalen Richtung ist der Formkörper 3 zwischen der Trägerplatte 1 und der Verstärkungsschicht 4 angeordnet. Das in dem Formkörper 3 eingebettete Bauteil 2 ist ebenfalls zwischen der

Trägerplatte 1 und der Verstärkungsschicht 4 angeordnet. In der Figur 2 erstreckt sich die Verstärkungsschicht 4 entlang der lateralen Richtung nicht bis zu der Seitenfläche 13.

Abweichend davon ist es jedoch möglich, dass sich die

Verstärkungsschicht 4 bis zur Seitenfläche 13 erstreckt. In Draufsicht auf die Trägerplatte 1 kann die

Verstärkungsschicht 4 das elektronische Bauteil 2 und/oder das weitere Bauteil 5 vollständig bedecken. Die Verstärkungsschicht 4 ist insbesondere dazu eingerichtet, insbesondere zusammen mit der Trägerplatte 1 eine

asymmetrische Verformung des Formkörpers 3 oder der

Seitenfläche 13 entlang der vertikalen Richtung bei

Temperaturschwankungen zu verhindern oder zu reduzieren. Eine Verkippung oder eine Variation der Verkippung der

Seitenfläche 13 aufgrund von Temperaturschwankungen kann somit verhindert oder reduziert werden. Bevorzugt weisen sowohl die Verstärkungsschicht 4 als auch die Trägerplatte 1 einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf als der Formkörper 3. Mit anderen Worten wird das Material der Verstärkungsschicht 4 oder der Trägerplatte 1 bei

Temperaturänderungen im Vergleich zu einem Material des

Formkörpers 3 weniger stark verformt, also weniger stark gedehnt oder zusammengezogen. Bevorzugt grenzt das Material des Formkörpers 3 unmittelbar an die Verstärkungsschicht 4 und an die Trägerplatte 1 an. Bei Temperaturschwankungen kann somit die Verformung des Formkörpers 3, insbesondere die asymmetrische Verformung des Formkörpers 3 entlang der vertikalen Richtung, effektiv unterbunden oder reduziert werden .

Die Trägerplatte 1, der Formkörper 3 und die

Verstärkungsschicht 4 können bezüglich deren Materialien derart gestaltet sein, dass der thermische

Ausdehnungskoeffizient des die Trägerplatte 1 und/oder die Verstärkungsschicht 4 bildenden Materials mindestens dreimal, sechsmal, zehnmal oder mindestens zwanzigmal kleiner ist als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des den Formkörper 3 bildenden Materials.

Ist der Formkörper 3 aus einem handelsüblichen

Vergussmaterial gebildet, kann dieser unter Normalbedingungen einen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen einschließlich 50 ppm/K und 400 ppm/K, also zwischen einschließlich

50*10- ⁶ K ^_1 und 400*10 ^~6 K ¹ oder zwischen einschließlich 100 ppm/K und 400 ppm/K, also zwischen einschließlich 100*10 ^~6 K ^_1 und 400*10 ^~6 K ^_1 aufweisen. Die Trägerplatte 1 und/oder die Verstärkungsschicht 4 können/kann aus einem Material gebildet sein, das unter Normalbedingungen einen

Längenausdehnungskoeffizienten zwischen einschließlich

1*10 ^~6 K- ¹ und 40*10 ^~6 K ^_1 aufweist. Zum Beispiel ist die Trägerplatte 1 eine Leiterplatte, die außer den Leiterbahnen 16 hauptsächlich oder ausschließlich aus Kunststoffen, etwa aus fasernverstärkten Kunstoffen, gebildet ist. Die

Verstärkungsschicht 4 kann fasernverstärkte Kunststoffe aufweisen oder eine Metallschicht insbesondere in Form einer Folie sein.

Bevorzugt sind die Trägerplatte 1 und die Verstärkungsschicht 4 bezüglich deren Schichtdicken und Elastizitätsmoduln einander derart angepasst, dass sich ein Produkt aus einer

Schichtdicke Dl und dem Elastizitätsmodul der Trägerplatte 1 höchstens um 50 % von einem Produkt aus der Schichtdicke D4 und dem Elastizitätsmodul der Verstärkungsschicht 4

unterscheidet. Insbesondere ist das Produkt aus der

Schichtdicke und dem Elastizitätsmodul der Trägerplatte 1 oder der Verstärkungsschicht 4 mindestens dreimal so groß wie ein Produkt aus der Schichtdicke und dem Elastizitätsmodul des Formkörpers 3. Dadurch kann erzielt werden, dass die Trägerplatte 1 und die Verstärkungsschicht 4 ähnliche, im Vergleich zu dem Formkörper 3 jedoch deutlich größere

Steifigkeit aufweisen, sodass das Bauelement 10 auch bei starken Temperaturschwankungen mechanisch stabil bleibt und weder die Trägerplatte 1 noch die Verstärkungsschicht 4 bei der Dehnung oder Schrumpfung des Formkörpers 3 vorzeitig verbiegt. Insbesondere kann damit erzielt werden, dass eine Haupterstreckungsfläche der Trägerplatte 1 und eine

Haupterstreckungsfläche der Verstärkungsschicht 4 sowohl vor als auch nach der Verformung des Formkörpers 3 im

Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

Es ist möglich, dass das Produkt aus der Schichtdicke Dl und dem Elastizitätsmodul der Trägerplatte 1 größer ist als das Produkt aus der Schichtdicke D4 und dem Elastizitätsmodul der Verstärkungsschicht 4, oder umgekehrt. Im diesem Fall weist die Trägerplatte 1 eine höhere Steifigkeit auf als die Verstärkungsschicht 4, oder umgekehrt. Die Schichtdicke Dl der Trägerplatte 1 kann zwischen einschließlich 60 ym und 600 ym, etwa zwischen einschließlich 100 ym und 600 ym oder zwischen einschließlich 100 ym und 400 ym sein. Die

Schichtdicke D4 der Verstärkungsschicht 4 kann zwischen einschließlich 20 ym und 300 ym, etwa zwischen

einschließlich 30 ym und 300 ym oder zwischen einschließlich 50 ym und 200 ym sein.

Die Verstärkungsschicht 4 kann im Vergleich zu der

Trägerplatte 1 eine geringere Schichtdicke und/oder einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder einen höheren Elastizitätsmodul aufweisen. Das Material des Formkörpers 3 weist in der Regel einen deutlich geringeren Elastizitätsmodul auf als das Material der

Verstärkungsschicht 4 und/oder der Trägerplatte 1. Der Formkörper 3 kann daher eine vertikale Schichtdicke

aufweisen, die deutlich größer, zum Beispiel mindestens dreimal größer ist wie eine Schichtdicke der Trägerplatte 1 und/oder der Verstärkungsschicht 4.

Mit Hilfe der Verstärkungsschicht 4 kann eine asymmetrische Verformung des Formkörpers 3 oder der Seitenfläche 13 reduziert oder vermieden werden. Eine zu der

Haupterstreckungsfläche der Trägerplatte 1 senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht verlaufende Seitenfläche 13 des Bauelements 10 kann unmittelbar nach dem Aushärten des Formkörpers 3 auf vereinfachte Art und Weise realisiert werden. Ist eine Verkippung der Seitenfläche 13 je nach Anwendung beabsichtigt, kann ein Verkippungswinkel der Seitenfläche 13 durch eine gezielte Anordnung der Verstärkungsschicht 4 im Formkörper 3 eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Verstärkungsschicht 4 vor der Aushärtung des Formkörpers 3 derart in das Bauelement 10 eingebracht werden, dass ein vorgegebener lateraler Abstand zwischen der Verstärkungsschicht 4 und der Seitenfläche 13 eingehalten wird. Während des Aushärtungsprozesses schrumpft das Material des Formkörpers 3 entlang der vertikalen Richtung

unterschiedlich stark, sodass der gewünschte

Verkippungswinkel der Seitenfläche 13 eingestellt werden kann. Im Vergleich zum Aushärtungsprozess sind die

Temperaturschwankungen während des Betriebs des Bauelements 10 in der Regel viel geringer, sodass der Verkippungswinkel nach dem Aushärten des Formkörpers 3 im Wesentlichen

beibehalten wird.

Aufgrund von möglichen variierenden Einsatztemperaturen oder Temperaturschwankungen im Betrieb des Bauelements 10 kann die Seitenfläche 13 zwar leicht verformt werden, allerdings wird die Seitenfläche 13 oder der Formkörper 3 in Anwesenheit der Verstärkungsschicht 4 nicht wie etwa in der Figur 1

dargestellt einseitig verkippt, sondern weist eine

symmetrische oder im Wesentlichen symmetrische Verformung V auf (Figuren 3 und 4) . Mit anderen Worten kann eine

Verkippung oder eine Variation der Verkippung der

Seitenfläche 13 aufgrund von Temperaturschwankungen

verhindert oder reduziert werden. Die bezüglich einer

lateralen Ebene im Wesentlichen symmetrische Verformung V, etwa in Form einer Ausbuchtung im Falle der Dehnung des

Materials des Formkörpers 3 (Figur 3) oder in Form einer Einbuchtung im Falle der Schrumpfung des Materials des

Formkörpers 3 (Figur 4), hat im Vergleich zu einer

asymmetrischen Verformung V (Figur 1) einen deutlich geringeren Einfluss auf die Veränderung von optischen

Eigenschaften des Bauelements 10 bei Temperaturschwankungen.

Das in der Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel

entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10. Im Unterschied hierzu erstreckt sich die Verstärkungsschicht 4 entlang der lateralen Richtung bis zur Seitenfläche 13, die etwa als Strahlungsdurchtrittsfläche, insbesondere als

Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements 10 dient. Die mögliche Verformung der Seitenfläche 13, etwa bei Dehnung des Formkörpers 3 während des Betriebs des Bauelements 10, wird in der Figur 3 durch gestrichelte Kurve V angedeutet. Das in der Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel

entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 10. Gemäß Figur 3 ist die Verstärkungsschicht 4 auf dem Formkörper 3 angeordnet. Die Verstärkungsschicht 4 begrenzt den Formkörper 3 somit in einer vertikalen Richtung. Die Vorderseite 11 des Bauelements 10 ist insbesondere durch eine freiliegende Oberfläche der Verstärkungsschicht 4 gebildet. Im Unterschied hierzu ist die Verstärkungsschicht 4 gemäß Figur 4 in dem Formkörper 3 eingebettet. Die Verstärkungsschicht 4 ist somit in dem

Formkörper 3 angeordnet, wobei sich die Verstärkungsschicht 4 entlang der lateralen Richtung bis zu der Seitenfläche 13 erstrecken kann. Die Vorderseite 11 des Bauelements 10 ist insbesondere durch eine freiliegende Oberfläche des

Formkörpers 3 gebildet. Die mögliche Verformung der

Seitenfläche 13, etwa bei Schrumpfung des Formkörpers 3 zum

Beispiel während des Betriebs des Bauelements 10, wird in der Figur 4 durch gestrichelte Kurve V angedeutet. Es wird in der Figur 5A ein Verfahrensschritt zur Herstellung einer Mehrzahl von Bauelementen 10 schematisch dargestellt, die etwa in Figur 2 oder 3 beschrieben sind. Eine Mehrzahl von Bauteilen 2 und weiteren Bauteilen 5 kann in Reihen und Spalten auf der Trägerplatte 1 angeordnet sein, bevor der Formkörper 3 durch ein Mold-Verfahren insbesondere unter Anwendung eines Mold-Werkzeugs 6 auf die Trägerplatte 1 und auf die Bauteile 2 und 5 aufgebracht wird. Die

Verstärkungsschicht 4 oder eine Mehrzahl von

Verstärkungsschichten 4 kann an dem Mold-Werkzeug 6 befestigt werden und wird insbesondere während des Moldprozesses auf den Formkörper 3 aufgebracht.

Insbesondere ist das Mold-Werkzeug 6 derart ausgebildet, dass dieses die Seitenflächen 13 abformt. Zum Beispiel weist das Mold-Werkzeug 6 Vorsprünge auf, die zwischen benachbarten Bauelementen 10 angeordnet sind und somit die Seitenflächen 13 abformen. Das Material des Formkörpers 3 kann unmittelbar an die Vorsprünge des Mold-Werkzeugs 6 angrenzen. Zum

Beispiel ist das Mold-Werkzeug 6 derart relativ zu der

Trägerplatte 1 angeordnet, dass ein vertikaler Abstand zwischen der Trägerplatte 1 und den Vorsprüngen eingehalten wird. Dieser vertikale Abstand gibt insbesondere eine

vertikale Höhe der Stufe 33 an. Die Stufe 33 zwischen zwei benachbarten Bauelementen 10 kann so vereinfacht hergestellt werden .

Die Verstärkungsschicht 4 kann in Draufsicht genau ein

Bauteil 2 oder mehrere Bauteile 2 bedecken, insbesondere vollständig bedecken. Es ist auch möglich, dass die

Verstärkungsschicht 4 oder die Mehrzahl von

Verstärkungsschichten 4 erst nach dem Moldprozess auf dem Formkörper 3 angeordnet, etwa aufgeklebt wird. Die Trägerplatte 1 und der Formkörper 4 mit den darin eingebetteten Bauteilen 2 und 5 können vor oder nach einem Aushärtungsprozess zu einer Mehrzahl von Bauelementen 10 etwa an der Stelle der Stufe 33, zum Beispiel entlang der Stufe 33 vereinzelt werden.

Es wird in der Figur 5B ein Verfahrensschritt zur Herstellung einer Mehrzahl von etwa in der Figur 4 dargestellten

Bauelementen 10 schematisch dargestellt. Dieser

Verfahrensschritt entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 5A dargestellten Verfahrensschritt. Im Unterschied hierzu wird die Verstärkungsschicht 4 oder die Mehrzahl von den Verstärkungsschichten 4 in den Formkörper 3 eingebettet. In den Figuren 2 bis 5B wird dargestellt, dass die weiteren Bauteile 5 lediglich teilweise in dem Formkörper 3

eingebettet sind. Abweichend davon ist es möglich, dass die weiteren Bauteile 5 jeweils ganz analog zu den Bauteilen 2 in dem zugehörigen Formkörper 3 vollständig eingebettet sind. Mit der Verwendung einer Verstärkungsschicht innerhalb oder auf einer Vorderseite eines Formkörpers kann ein günstiges und leistungsfähiges Bauelement mit einem Bauteil, das in dem Formkörper eingebettet und etwa zwischen einer Trägerplatte und der Verstärkungsschicht angeordnet ist, realisiert werden. Die Verstärkungsschicht kann zusätzlichen

mechanischen Schutz für das Bauelement bieten. Auch kann die Verstärkungsschicht für eine Abschirmung des Bauelements oder des Bauteils von äußeren elektromagnetischen Strahlungen genutzt werden. Ist das Bauteil eine Laserdiode und eine Seitenfläche des Formkörpers als Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements ausgebildet, kann eine temperaturabhängige Verkippung der Strahlungsaustrittsfläche aufgrund der

Anwesenheit der Verstärkungsschicht weitgehend vermieden oder reduziert werden, wodurch optische Eigenschaften des

Bauelements insbesondere bezüglich der Ausrichtung und der Divergenz des Laserstrahls gegenüber Temperaturschwankungen stabil gestaltet werden können.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 105 235.6, deren

Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugs zeichenliste

10 Bauelement

11 Vorderseite des Bauelements

12 Rückseite des Bauelements

13 Seitenfläche des Bauelements

1 Trägerplatte

15 Grundkörper der Trägerplatte

16 Leiterbahnen der Trägerplatte

2 Bauteil

3 Formkörper

33 Stufe des Formkörpers

4 Verstärkungsschicht

5 weiteres Bauteil

6 Mold-Werkzeug

Dl Schichtdicke der Trägerplatte

D4 Schichtdicke der Verstärkungsschicht

S Strahlung

V Verformung