Titel

Elektronikmodul und Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls Stand der Technik

Im Stand der Technik sind Elektronikmodule bekannt, die verpackte elektronische Bauelemente aufweisen und beispielsweise zur Drehzahlerfassung, als Winkelsensoren, oder zur Positions- oder Beschleunigungserfassung auf Leiterplatten von Steuergeräten bestückt werden können. Derartige Elektronikmodule werden auch als LGA-Package (LGA = Land Grid Array) hergestellt. Bei einem LGA-Package werden

Anschlusskontaktflächen des auf der ersten Oberfläche angeordneten ASICs oder integrierten Schaltkreises auf der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche in Form eines schachbrettartigen Kontaktfeldes (dem sogenannten Grid Array) ausgeführt. Bei einem LGA-Package werden Halbleiterbauelemente, die als Bare-die-Bauelemente ausgeführt sind, zusammen mit passiven SMD-Widerständen (SMD = Surface Mounted Device) auf eine Substratleiterplatte bestückt. Als Moldmasse wird ein Duroplast über den elektronischen Bauelementen auf der ersten Oberfläche angeordnet. Die

Elektronikmodule werden zu unterschiedlichen Zwecken in der Unterhaltungselektronik und in der Kraftfahrzeugelektronik eingesetzt. Bekannt ist auch die Fertigung derartiger Elektronikmodule in einem Nutzen, bei dem aus einer Nutzenleiterplatte durch

Vereinzelung eine Vielzahl an Elektronikmodulen erhalten wird. Die bekannten

Herstellungserfahren verwenden dabei galvanische Beschichtungsverfahren zur Herstellung von Metallisierungsflächen auf der ersten und zweiten Oberfläche der Substratleiterplatte.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodule, das eine Substratleiterplatte aus einem isolierendem Material mit einer ersten Oberfläche, einer davon abgewandten zweiten Oberfläche und einer umlaufenden Seitenfläche aufweist. Auf der ersten Oberfläche der Substratleiterplatte sind Metallisierungsflächen angeordnet. Auf der zweiten Oberfläche der Substratleiterplatte sind Anschlusskontaktflächen angeordnet. Elektronische

Bauelemente sind mit den Metallisierungsflächen auf der ersten Oberfläche elektrisch kontaktiert. Über den elektronischen Bauelementen auf der ersten Oberfläche ist zum Schutz eine Moldmasse angeordnete, welche die erste Oberfläche über den

Bauelementen bis zu der umlaufenden Seitenfläche vollständig abdeckt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass ein an die umlaufende Seitenfläche der Substratleiterplatte unmittelbar angrenzender umlaufender Randbereich auf der ersten Oberfläche der Substratleiterplatte frei von Metallisierungsflächen ist und die Moldmasse in diesem umlaufenden Randbereich in direktem Kontakt zu dem isolierendem Material der Substratleiterplatte steht.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen

Elektronikmoduls im Nutzen, wobei die Herstellung der Metallisierungsflächen durch ein chemisches Abscheidungsverfahren auf Kupferflächen wenigstens auf der ersten Oberfläche der Nutzenleiterplatte erfolgt, wobei ein an die umlaufende Seitenfläche unmittelbar angrenzender umlaufender Randbereich auf der ersten Oberfläche der Nutzenleiterplatte und ein Bereich auf der ersten Oberfläche der Nutzenleiterplatte, der an zur späteren Vereinzelung vorgesehene Trennlinien angrenzt, frei von

Metallisierungsflächen ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäßen Elektronikmodule sind vorteilhaft auch für den Einsatz im

Getriebefluid eines Kraftfahrzeuggetriebes geeignet. Hierfür ist keine zusätzliche

Verpackung oder Abdeckung des Elektronikmoduls erforderlich, so dass dieses als sogenanntes 1 st-Level-Package der durch die Moldmasse geschützten elektronischen Bauelemente eingesetzt werden kann. Das Elektronikmodul bietet gegenüber den herkömmlich eingesetzten bekannten Elektronikmodulen den Vorteil gegenüber

Getriebefluid beständig zu sein und eine fluiddichte Verpackung der elektronischen Bauelemente bereitzustellen.

Die bekannten Elektronikmodule weisen den Nachteil auf, dass sie herstellungsbedingt im Randbereich der Substratleiterplatte Kupferflächen aufweisen, die auch nach der Abdeckung mit Moldmasse an den Seitenwänden des Elektronikmoduls freiliegen. Bei den bekannten Elektronikmodulen erfolgt die Herstellung im Leiterplattennutzen, wobei Metallisierungsflächen durch ein galvanisches Beschichtungsverfahren auf Kupferflächen der ersten Oberfläche einer Nutzenleiterplatte hergestellt werden. Da ein galvanisches Verfahren eingesetzt wird, können die Bereiche, welche an die Trennlinien zur späteren Vereinzelung der Elektronikmodule angrenzen nicht von Metallisierungsflächen freigehalten werden. Nach der Auftragung von Moldmasse und der Vereinzelung entlang der Trennlinien wird daher auch durch die Metallisierungsflächen geschnitten, so dass diese an den Seitenwänden der vereinzelten Elektronikmodule freiliegen. Offenliegende Kupferflächen sind jedoch im aggressiven Getriebefluid als kritisch anzusehen, da hier Korrosion und die Ablagerung von Metallspänen zur Fehlfunktionen führen können. Die erfindungsgemäßen Elektronikmodule weisen vorteilhaft einen an die umlaufende Seitenfläche der Substratleiterplatte unmittelbar angrenzenden, umlaufenden

Randbereich auf der ersten Oberfläche der Substratleiterplatte auf, der vollkommen frei von Metallisierungsflächen ist. Die Moldmasse steht daher in diesem Randbereich umlaufend in direktem Kontakt mit dem Material der Substratleiterplatte. Dadurch entsteht eine feste und spaltfreie Verbindung, so dass im Anbindungsbereich von Moldmasse und Leiterplattenmaterial kein Getriebefluid eindringen kann.

Die Elektronikmodule können über die Anschlusskontaktflächen auf der zweiten

Oberfläche der Substratleiterplatte beispielsweise mittels Federelementen, einer SMD- Bestückung mit einen Baugruppenträger, beispielsweise einer Polyimid-Folie oder einer flexiblen oder starren Leiterplatte in einfacher Weise elektrisch kontaktiert werden.

Vorteilhaft ist daher ein Einsatz als LGA-Package möglich.

Die Erfindung ermöglicht eine Kostenreduktion in der Herstellung und eine Reduktion der Fertigungsschritte. Die elektronischen Bauelemente sind keinen starken mechanischen Spannungen ausgesetzt, da keine mechanische Spannungen aufbauende, fluiddichte Zweitverpackung erforderlich ist. Außerdem können die geometrischen Abmessungen vorteilhaft reduziert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.

Dadurch, dass Moldmasse mit der umlaufenden Seitenfläche senkrecht zu der ersten Oberfläche der Substratleiterplatte wenigstens eine glatte Seitenwand des

Elektronikmoduls bildet, wird ein stetiger, kanten- und stufenloser Übergangsbereich von Moldmasse und Seitenfläche erreicht, so dass hier keine Schwachstelle besteht, an der aggressives Getriebefluid in die Verpackung eindringen kann.

Vorteilhaft kann auf der ersten Oberfläche der Substratleiterplatte ein Lötstopplack angeordnet sein, wobei die Metallisierungsflächen und der umlaufende Randbereich von der Auftragung mit Lötstopplack ausgenommen sind. Der Lötstopplack erleichtert die Aufbringung der elektronischen Bauelemente auf den Metallisierungsflächen in SMT- Technik (SMT = Surface Mount Technology). Da der umlaufende Randbereich keine mit Lötstopplack abzudeckenden Metallisierungsflächen aufweist, braucht auch der

Lötstopplack im Randbereich nicht aufgetragen werden, so dass der Vorteil einer in dem umlaufenden Randbereich direkt auf dem Material der Substratleiterplatte haftenden Moldmasse auch mit einem Lötstopplack erzielbar ist.

Besonders vorteilhaft sind die Metallisierungsflächen als ENEPIG-Beschichtung (ENEPIG = Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) mit einer auf eine

Kupferfläche der ersten Oberfläche der Substratleiterplatte aufgetragenen Beschichtung aus einer NiP-Schicht, einer Pd -Schicht und einer Au-Schicht ausgebildet.

Vorteilhaft ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elektronikmoduls bei dem die Herstellung der Metallisierungsflächen durch ein chemisches

Abscheidungsverfahren auf Kupferflächen auf der ersten Oberfläche der

Nutzenleiterplatte erfolgt. Durch den Einsatz eines chemischen Abscheidungsverfahrens wird die Notwendigkeit einer für die galvanische Abscheidung benötigen, auf der ersten Oberfläche der Nutzenleiterplatte angeordneten durchgehenden elektrischen Verbindung vermieden. So kann nicht nur der an die umlaufende Seitenfläche unmittelbar

angrenzender umlaufender Randbereich auf der ersten Oberfläche der Nutzenleiterplatte, sondern auch der an die Trennlinien angrenzende Bereich auf der ersten Oberfläche der Nutzenleiterplatte vorteilhaft frei von Metallisierungsflächen gehalten werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Elektronikmoduls,

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf Fig. 1 ohne die Moldmasse,

Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Kontaktierungsmöglichkeiten des Elektronikmoduls auf einem Baugruppenträger, Fig. 6 zeigt eine Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens eines Elektronikmoduls in Nutzenfertigung,

Fig. 7 zeigt ein während der Fertigung hergestelltes Zwischenstück ohne die Moldmasse. Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul 1. Das Elektronikmodul 1 ist beispielsweise quaderförmig ausgebildet und weist eine

Gesamthöhe h1 +h2 von beispielsweise 1550 μηη, eine Tiefe 11 von 4000 μηη und eine Breite 12 von beispielsweise 5000 μηη auf. Das Elektronikmodul 1 weist eine

Substratleiterplatte 2 mit einer ebenen, ersten Oberfläche 21 , einer davon abgewandten, ebenen, zweiten Oberfläche 22 und einer umlaufenden Seitenfläche 23 auf. Die

Substratleiterplatte 1 weist beispielsweise eine Dicke h2 von etwa 250 μηη auf. Die Substratleiterplatte kann beispielsweise aus einem isolierendem halogenfreien

Hochtemperatur-Material bestehen. Das Hochtemperatur-Material kann eine

Materialmischung aus Bismaleimid und Triazinharz umfassen, ein sogenanntes BT- Material.

In das isolierende Material der Substratleiterplatte 1 sind nicht dargestellte elektrische Zwischenverbinder und Leiterbahnen eingebracht, die etwa 20 μηη dicke Kupferflächen auf der ersten Oberfläche 21 mit Anschlusskontaktflächen 26 auf der zweiten Oberfläche 22 elektrisch verbinden. Die Kupferflächen auf der ersten Oberfläche 21 sind

beispielsweise mit einer chemisch hergestellten ENEPIG-Beschichtung versehen

(ENEPIG = Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold), wie später noch erläutert wird. Die durch die ENEPIG-Beschichtung der Kupferflächen hergestellten

Metallisierungsflächen 24 sind in Fig. 1 erkennbar. Weiterhin ist ein Lötstopplack 27 auf die erste Oberfläche 21 der Substratleiterplatte 2 aufgetragen, wobei ein umlaufender Randbereich 25 und die Metallisierungsflächen 24 von der Auftragung mit Lötstopplack ausgenommen sind.

Elektronische Bauelemente 31 , 32 sind in SMD-Technik mit den Metallisierungsflächen 24 verlötet. Das elektronische Bauelement 31 kann beispielsweise ein Bare-die-Bauelement (also ein gehäuseloses elektronisches Halbleiterbauelement), beispielsweise ein integrierter Schaltkreis sein. Die in Fig. 2 gezeigten vier Bauelemente 32 können beispielsweise SMD-Widerstände oder SMD-Kondensatoren sein. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist über den elektronischen Bauelementen 31 , 32 auf der ersten Oberfläche 21 eine Moldmasse 4 angeordnet. Bei der Moldmasse 4 handelt es sich beispielsweise um ein Duroplast, welches als Mold-Compound in der LGA-Package- Technologie eingesetzt wird. Die Dicke h1 der Moldmasse 4 an den Rändern des

Elekronikmoduls 1 beträgt beispielsweise 1300 μηη.

Die Moldmasse 4 deckt die erste Oberfläche 21 über den Bauelementen 31 , 32 bis zu der umlaufenden Seitenfläche 23 vollständig ab. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die

Substratleiterplatte 2 ohne die Moldmasse 4.

Wie man in Fig. 1 und Fig. 2 gut erkennen kann, steht die Moldmasse 4 in einem an die umlaufende Seitenfläche 23 unmittelbar angrenzenden umlaufenden Randbereich 25 der ersten Oberfläche 21 in direktem Kontakt mit dem isolierendem Material der

Substratleiterplatte 2, da in dem Randbereich 25 weder Metallisierungsflächen 24 noch Lötstopplack 27 vorhanden sind. Das Harzmaterial der Moldmasse 4 und des Materials der Substratleiterplatte 2 bilden dadurch in dem Randbereich 25 eine besonders dichte und feste Verbindung, die ein Eindringen von Getriebefluid zuverlässig vermeidet.

Wie in Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 weiterhin zu erkennen ist, bildet die Moldmasse 4 mit der umlaufenden Seitenfläche 23 senkrecht zu der ersten Oberfläche 21 der

Substratleiterplatte 2 vier glatte rechteckförmige Seitenwände 12 des quaderförmigen Elektronikmoduls 1 .

Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zeigen unterschiedliche Kontaktierungsmöglichkeiten des

Elektronikmoduls 1 auf einem Baugruppenträger 5. Der Baugruppenträger 5 kann beispielsweise eine konventionelle FR4-Leiterplatte (PCB = printed circuit board) oder eine Polyimid-Folie oder eine flexible Leiterplatte (FCC = flexible circuit board) oder ein anderes Trägersubstrat von elektronischen Baugruppen sein. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann das Elektronikmodul 1 mit den Anschlusskontaktflächen 26 direkt mit Kontaktflächen auf der Oberseite des Braugruppenträger 5 kontaktiert werden. Dies kann beispielsweise in SMD-Technik und durch Löten erfolgen.

Fig. 4 zeigt eine Kontaktierungsmöglichkeit über Federkontakte 10, welche die

Anschlusskontaktflächen 26 mit Kontakten eines nicht dargestellten Baugruppenträgers verbinden. Fig. 5 zeigt eine Kontaktierungsmöglichkeit über Kontaktlaschen 1 1 , welche die

Anschlusskontaktflächen 26 mit Kontakten eines nicht dargestellten Baugruppenträgers verbinden.

Im Folgenden wird anhand der Figuren 6 und 7 ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Elektronikmoduls 1 in einer Nutzenfertigung dargestellt.

Zunächst wird in einem ersten Schritt 100 eine Nutzenleiterplatte 200 bereitgestellt.

Die Nutzenleiterplatte 200 dient der gleichzeitigen Herstellung von mehreren

Elektronikmodulen, wobei bestimmte Fertigungsschritte gemeinsam in einer Fertigung im Nutzen durchgeführt werden können. Die Nutzenleiterplatte 200 besteht aus einem isolierendem Material mit einer ersten Oberfläche 210, einer davon abgewandten, in Fig. 7 nicht erkennbaren zweiten Oberfläche und einer umlaufenden Seitenfläche 230. Die Nutzenleiterplatte 200 weist beispielsweise drei Substratleiterplatten 2a, 2b und 2c auf, die entlang von Trennlinien 252 zu einer gemeinsamen Nutzenleiterplatte verbunden sind. Das isolierende Material der Nutzenleiterplatte 200 kann das bereits oben beschriebene Hochtemperatur-Material aus Bismaleimid und Triazinharz sein. In das isolierende Material sind den Substratleiterplatten 2a, 2b, 2c zugeordnete Verdrahtungsstrukturen aus elektrischen Zwischenverbindern und Leiterbahnen eingebracht, die Kupferflächen auf der ersten Oberfläche 210 mit Kupferflächen auf der davon abgewandten zweiten Oberfläche elektrisch verbinden.

In einem Schritte 101 werden die Metallisierungsflächen 24 auf der ersten Oberfläche 210 und gegebenenfalls zusätzlich die Anschlusskontaktflächen 26 auf der zweiten Oberfläche der Nutzenleiterplatte 200 hergestellt. Dabei werden die Metallisierungsflächen 24 und gegebenenfalls zusätzlich die Anschlusskontaktflächen 26 durch eine chemisches Abscheidungsverfahren hergestellt. Das chemische Abscheidungsverfahren kann beispielsweise als ENEPIG-Beschichtungsverfahren vorgesehen sein. Bei diesem

Verfahren wird auf die beispielsweise 20μηι dicke Kupferschicht eine 3-8 μηη dicke NiP- Schicht aufgetragen. Auf die NiP-Schicht wird eine beispielsweise 0.05-0.15 μηη dicke Pd- Schicht aufgetragen und auf die Pd -Schicht und eine beispielsweise 0,05 bis 0,1 μηη dicke Au-Schicht.

Als Folge dieses Herstellungsverfahrens bleibt nicht nur der an die umlaufende

Seitenfläche 230 unmittelbar angrenzende, umlaufende Randbereich 250 auf der ersten Oberfläche 210 der Nutzenleiterplatte 200 frei von Metallisierungsflächen 24, sondern auch ein an die Trennlinien 252 angrenzender Bereich 251.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann ein Lötstopplack 27 lokal aufgetragen werden, wobei die Metallisierungsflächen 24, der umlaufende Randbereich 250 und der an die Trennlinien 252 angrenzende Bereich 251 vom Lotstopplack ausgenommen wird.

In einem weiteren Schritt 102 erfolgt schließlich die Bestückung und Kontaktierung mit den elektronischen Bauelementen 31 a, 32a, 31 b, 32b, 31 c, 32c, wobei die Bestückung der Nutzenleiterplatte 200 beispielsweise in einem gemeinsamen Fertigungsschritt als SMD-Bestückung durchgeführt werden kann, wobei die elektronischen Bauelemente 31 a, 32a, 31 b, 32b, 31 c, 32c mit den Metallisierungsflächen 24 verlötet werden.

Im Schritt 103 wird Moldmasse auf die erste Oberfläche 210 der Nutzenleiterplatte 200 aufgetragen, wobei die Moldmasse 4 die erste Oberfläche 210 über den elektronischen Bauelementen bis zu der umlaufenden Seitenfläche 230 vollständig abdeckt. Das Ergebnis des Fertigungsschrittes 103 ist das in Fig. 7 beispielhaft dargestellte

Zwischenstück 12 aus der Nutzenleiterplatte 200 und den darauf angeordneten elektronischen Bauelementen 31 a, 32a, 31 b, 32b, 31 c, 32c, wobei die Moldmasse 4 in Fig. 7 nicht dargestellt ist.

Schließlich erfolgt in einem Schritt 104 eine Vereinzelung des so erhaltenen

Zwischenstücks 12 entlang von Trennlinien 252. Herbei wird das Zwischenstück 12 entlang der Trennlinien 251 beispielsweise zersägt und die Nutzenleiterplatte 200 in drei Substratleiterplatten 2a, 2b, 2c aufgetrennt. Auf diese Weise werden beispielsweise drei oder mehr gleichartige Elektronikmodule 1 , wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, im Nutzen erhalten.