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

Aus dem Stand der Technik sind Elektronikmodule, insbesondere aus der Leistungselektronik bekannt, bei denen Metall-Keramik-Substrate als Leiterplatten dienen. Metall-Keramik-Substrate sind beispielsweise als Leiterplatten oder Platinen aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2013 104 739 A1 , der DE 19 927 046 B4 und der DE 10 2009 033 029 A1 . Typischerweise werden auf einer Bauteilseite des Metall-Keramik-Substrats Anschlussflächen für elektrische Bauteile und Leiterbahnen angeordnet, wobei die elektrischen Bauteile und die Leiterbahnen zu elektrischen Schaltkreisen zusammenschaltbar sind. Wesentliche Bestandteile der Metall-Keramik-Substrate sind eine Isolationsschicht, die bevorzugt aus einer Keramik gefertigt ist, und wenigstens eine an die Isolationsschicht angebundene Metallschicht. Wegen ihrer vergleichsweise hohen Isolationsfestigkeiten haben sich aus Keramik gefertigte Isolationsschichten in der Leistungselektronik als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch eine Strukturierung der Metallschicht können sodann Leiterbahnen und/oder Anschlussflächen für die elektrischen Bauteile realisiert werden.

Aus der DE 102 27 658 A1 ist ein Elektronikmodul bekannt, das eine weitere Isolationsschicht aus einem glashaltigen Material aufweist. Die an die weitere Isolationsschicht angebundenen Metallabschnitte stehen gegenüber den übrigen Metallabschnitten vor. Ein Beispiel für eine inselartige Nutzung einer weiteren Isolationsschicht ist auch aus der WO 2021 180 639 A1 bekannt. Aus der EP 3 252 810 A1 und der DE 10 2012 206 276 A1 sind weitere Elektronikmodule bekannt, bei denen höhenversetzte Isolationslagen vorgesehen sind. Hier erstrecken sich die beiden Isolationslagen nahezu vollflächig über das gesamte Elektronikmodul.

In den oben genannten Beispielen können Kompaktheit des Substrats, thermischer Widerstand und niedriginduktive Stromführung nur auf Kosten einer der genannten Größen verbessert werden.

Hiervon ausgehend macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Elektronikmodul bereitzustellen, dass es gestattet, Kompaktheit, thermischen Widerstand und Stromführung zu optimieren, ohne dass eine der Größen signifikant verschlechtert wird.

Die Aufgabe wird durch ein Elektronikmodul gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Eigenschaften ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Elektronikmodul, insbesondere Leistungselektronikmodul, vorgesehen, umfassend

- ein als Träger dienendes Metall-Keramik-Substrat mit einem Keramikelement und einer primären Bauteilmetallisierung und vorzugsweise mit einer Kühlseitenmetallisierung,

- eine Isolationsschicht, die unmittelbar oder mittelbar an die primäre Bauteilmetallisierung angebunden ist, und

- eine sekundäre Bauteilmetallisierung, die an der dem Keramikelement abgewandten Seite der Isolationsschicht angebunden ist und insbesondere von der primären Bauteilmetallisierung durch die Isolationsschicht isoliert ist, wobei das Keramikelement eine erste Größe und die Isolationsschicht eine zweite Größe aufweist und wobei zur Ausbildung einer inselartigen Isolationsschicht auf der primären Bauteilmetallisierung ein Verhältnis der zweiten Größe zu der ersten Größe einen Wert annimmt, der kleiner als 0,4, bevorzugt kleiner als 0,22 und besonders bevorzugt kleiner als 0,15 oder sogar kleiner als 0,1 ist, wobei in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung gesehen eine Außenseite der sekundären Bauteilmetallisierung und eine Außenseite der ersten Bauteilmetallisierung im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Höhe abschließen, wobei die primäre Bauteilmetallisierung im Wesentlichen der Anbindung von Elektronikbauteilen, insbesondere von Leistungselektronikbauteilen und besonders bevorzugt von aktiven elektrischen Bauteilen, und die sekundäre Bauteilmetallisierung im Wesentlichen als Leiterbahn zur Signalführung und/oder zur Führung eines Laststroms dient.

Im Gegensatz zum Stand der Technik sieht es die vorliegende Erfindung vor, dass die sekundäre Bauteilmetallisierung, die auf der Isolationsschicht angeordnet ist, im Wesentlichen zur Signalübertragung oder zur Führung eines Laststroms verwendet wird, während die elektrischen Bauteile, insbesondere Hochleistungsbauteile, auf der primären Bauteilmetallisierung angeordnet oder angebunden sind. Dies erweist sich insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil dadurch gewährleistet werden kann, dass zwischen Elektronikbauteil und Keramikelement keine Isolationsschicht angeordnet ist, die andernfalls den thermischen Widerstand erhöhen würde. Dies wäre allerdings der Fall, wenn die Isolationsschicht sich vollflächig, insbesondere auch unterhalb des elektrischen Bauteils, erstrecken würde, da die vom elektrischen Bauteil ausgehende Wärme sowohl die Isolationsschicht als auch das Keramikelement passieren müsste.

Daher wird durch die Nutzung der sekundären Bauteilmetallisierung für Signale der thermische Widerstand des gesamten Elektronikmoduls optimiert, wodurch auch maximale Ausgangsleistungen des Systems genutzt werden können. Gleichzeitig wird die Kompaktheit des Elektronikmoduls erhöht, da die sekundären Bauteilmetallisierungen für eine Signalführung und/oder zur Führung eines Laststroms in dem Bereich vorgesehen sind, in dem bereits die primäre Bauteilmetallisierung angeordnet ist. Es ist somit möglich, eine weitere Verdrahtungsebene einzuführen, wodurch die Funktionalität pro Flächeneinheit des Elektronikmoduls erhöht werden kann. Gleichzeitig sorgt der gemeinsame Abschluss der Außenseite auf der gemeinsamen Höhe dafür, dass die Bestückbarkeit mit Halbleiter begünstigt wird und insbesondere keine vorspringenden Ebenen bzw. Metallisierungen existieren, die einer Kompaktheit des Elektronikmoduls zuwiderlaufen würden.

Insbesondere dient dabei die sekundäre Bauteilmetallisierung als Leiterbahn zur Signalführung und/oder zur Führung eines Laststroms. Insbesondere ist die sekundäre Bauteilmetallisierung frei von Leistungselektronikbauteilen bzw. Hochleistungselektronikbauteilen. Besonders bevorzugt ist die sekundäre Bauteilmetallisierung frei von aktiven elektrischen Bauteilen. Unter einem Leistungselektronikbauteil und/oder einem Hochleistungselektronikbauteil ist insbesondere ein solches zu verstehen, das mindestens ein aktives Bauteil umfasst und/oder Bestandteil eines Laststromkreises ist. Insbesondere handelt es sich um solche elektrischen Bauteile, deren Verlustleistung größer ist als 20 W, bevorzugt größer als 50 W und besonders bevorzugt größer als 100 W. Beispiele für solche Leistungselektronikbauteile sind Transistoren und Dioden, FETs, Halbleiterbauteile und/oder Hochstromdioden. Insbesondere ist unter „im Wesentlichen“ in dem hier stehenden Zusammenhang zu verstehen, dass die primäre Bauteilmetallisierung nicht nur ausschließlich zur Anbindung von Elektronikbauteilen vorgesehen sein ist. Wenn allerdings elektrische Bauteile, insbesondere Hochleistungsbauteile, vorgesehen sind, sind diese an einem Teil der primären Bauteilmetallisierung angeordnet. Gleiches gilt für die sekundäre Bauteilmetallisierung. Hier ist es vorgesehen, dass im Wesentlichen die sekundäre Bauteilmetallisierung frei ist von Leistungselektronik und/oder Hochleistungselektronik.

Sofern es sich bei der sekundären Bauteilmetallisierung um eine Leiterbahn, die zur Führung eines Laststroms dient, handelt, erweist es sich als besonders vorteilhaft, die durch Ströme in der ersten Bauteilmetallisierung und der zweiten Bauteilmetallisierung antiparallel verlaufen zu lassen, da auf diese Weise eine entsprechende Kompensation durch entgegengesetzt gerichtete induktive Effekte besondere wirkungsvoll ist. Dabei führt die zweite Bauteilmetallisierung zur Führung eines Laststroms einen Strom, der mindestens 20 A, bevorzugt mindestens 50 A und besonders bevorzugt größer als 100 A groß ist. Weiterhin ist es vorstellbar, dass ein Abstand zwischen erster Bauteilmetallisierung und zweiter Bauteilmetallisierung kleiner ist als 10 mm, bevorzugt kleiner als 5 mm und besonders bevorzugt kleiner als 2,5 mm, insbesondere entlang einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung gemessen.

Unter der ersten Größe und/oder der zweiten Größe werden die jeweiligen Volumen der Isolationsschicht und/oder des Keramikelements verstanden. In diese erste Größe bzw. die zweite Größe fließen somit sowohl eine flächige Ausdehnung der inselartigen Isolationsschicht bzw. des Keramikelements ein, gemessen in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Ebene, sowie deren Dicke, gemessen entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung, ein. Die inselartige Ausbildung der Isolationsschicht ermöglicht somit, dass gezielt große Bereiche von der inselartigen Isolationsschicht frei bleiben, die zur Anbindung von primären Bauteilmetallisierungen von Elektronikbauteilen an die primäre Bauteilmetallisierung genutzt werden können. Dadurch wird mit Vorteil verhindert, dass der thermische Widerstand in den lokalen Bereichen der Elektronikbauteile entsprechend erhöht wird. Dies tritt allerdings regelmäßig dann auf, wenn die Isolationsschicht sich über große Teile der primären Bauteilmetallisierung erstreckt.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die sekundäre Bauteilmetallisierung zur Laststromführung, insbesondere zur Realisierung von DC+- und/oder DC — Leitungen verwendet wird. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die sekundäre Bauteilmetallisierung als Gateleitungen verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, bei der Nutzung der sekundären Bauteilmetallisierung als Signalführungsleitung bzw. oder zur Führung eines Laststroms diese geringer, insbesondere dünner, zu dimensionieren als die primäre Bauteilmetallisierung, die zusätzlich auch zur Wärmeführung der thermischen Energie vorgesehen ist, die von den elektrischen Bauteilen ausgeht und einer Wärmespreizung unterliegt. Dadurch ist es trotzdem möglich, eine gemeinsame Außenseite zu gestalten, die auf einer gemeinsamen Höhe abschließt. Gleichzeitig ist der Bereich der primären Bauteilmetallisierung, der unterhalb des elektrischen Bauteils angeordnet ist, dicker, insbe- sondere dicker als die sekundäre Bauteilmetallisierung. Dabei ist das Elektronikmodul, insbesondere die sekundäre Bauteilmetallisierung zur Bildung von Signalführung oder zur Führung eines Laststroms entsprechend kontaktiert bzw. sieht entsprechende Bereiche bzw. Anschlussflächen vor, sodass Signalströme durch die sekundäre Bauteilmetallisierung fließen können.

Bevorzugt ist eine inselartige Isolationsschicht vorgesehen, mit der insbesondere eine elektrische Isolation zwischen der primären Bauteilmetallisierung und der sekundären Bauteilmetallisierung realisiert wird. Dadurch ist man nicht mehr zwingend auf die Ausbildung von elektrischen Leitungen oder Leitungsbahnen im Rahmen einer Strukturierung der primären Bauteilmetallisierung angewiesen, sondern kann durch die Isolationsschicht verschiedene elektrische Bauteile bzw. elektrisch isolierend voneinander anordnen bzw. gezielt Verbindungen einrichten, ohne dass hierfür eine Strukturierung der primären Bauteilmetallisierung zwingend erforderlich ist. Vorzugsweise ist dabei die Isolationsschicht unmittelbar an die primäre Bauteilmetallisierung angebunden.

Alternativ ist es vorstellbar, dass bspw. die Isolationsschicht Teil eines weiteren, insbesondere kleineren Metall-Keramik-Substrats ist, das wiederum auf dem als Träger dienenden größeren Metall-Keramik-Substrats platziert wird und im Rahmen eines DCB- oder Aktivlötverfahrens oder mittels Klebstoffs an das Metall-Ke- ramik-Substrat angebunden ist. Insbesondere handelt es sich bei der Isolationsschicht um eine vergleichsweise dünne, aus Keramik gefertigte, Isolationsschicht, die zur elektrischen Isolation der sekundären Bauteilmetallisierung von der primären Bauteilmetallisierung beiträgt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Elektronikmodul bzw. die Anordnung von der primären Bauteilmetallisierung und der sekundären Bauteilmetallisierung nicht vollständig in eine Verkapselung oder ein Gehäuse eingebettet ist. Vorzugsweise ist die Isolationsschicht in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Ebene zu allen Seiten umgeben von der primären Bauteilmetallisierung. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass die Isolationsschicht am Rand der primären Bauteilmetallisierung angeordnet ist, so dass die Isolationsschicht in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Ebene höchstens zu drei oder zwei Seiten umgeben ist von der primären Bauteilmetallisierung.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die primäre bzw. sekundäre Bauteilmetallisierung und/oder die Kühlseitenmetallisierung unmittelbar und direkt an die Isolationsschicht bzw. das Keramikelement angebunden ist, beispielsweise angebunden mittels eines DCB-Verfahrens, eines AM B-Verfahrens, eines heißisostatischen Pressens, eines Diffusionsbondverfahren, mittels Dickschichttechnik oder mittels einer Dünnschichttechnik. Ferner umfasst das Metall-Keramik-Substrat bzw. das weitere Metall-Keramik-Substrat mindestens eine Metallschicht, beispielsweise als Teil der Kühlseitenmetallisierung oder der primären bzw. sekundären Bauteilmetallisierung, die an einer Außenseite des Keramikelements bzw. der Isolationsschicht stoffschlüssig angebunden ist, wobei sich die Metallschicht und das Keramikelement entlang einer Haupterstreckungsebene erstrecken und entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Stapelrichtung übereinander angeordnet sind. Als Materialien für die Metallisierungen bzw. den Metallabschnitte, d. h. für die primäre Bauteilmetallisierung, die sekundäre Bauteilmetallisierung, die Kühlseitenmetallisierung und/oder eine Rückseitenmetallisierung sind Kupfer, Aluminium, Molybdän und/oder deren Legierungen, sowie Laminate wie CuW, CuMo, CuAI, AICu und/oder CuCu vorstellbar, insbesondere eine Kupfer- Sandwichstruktur mit einer ersten Kupferschicht und einer zweiten Kupferschicht, wobei sich eine Korngröße in der ersten Kupferschicht von einer zweiten Kupferschicht unterscheidet. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Metallisierung, d. h. die primäre Bauteilmetallisierung oder sekundäre Bauteilmetallisierung, oberflächenmodifiziert ist. Als Oberflächenmodifikation ist beispielsweise eine Versiegelung mit einem Edelmetall, insbesondere Silber und/oder Gold, oder ENIG („electroless nickel immersion gold“) oder ein Kantenverguss an der ersten bzw. zweiten Metallisierungsschicht zur Unterdrückung einer Rissbil- dung bzw. -Weitung denkbar.

Vorzugsweise umfasst das Keramikelement und/oder die Isolationsschicht mindestens eine Keramikschicht, wobei die Keramikschicht AI2O3, Si3N4, AIN, eine HPSX-Keramik (d. h. eine Keramik mit einer AI2O3- Matrix, die einen x-prozenti- gen Anteil an ZrCh umfasst, beispielsweise AI2O3 mit 9% ZrCh = HPS9 oder AI2O3 mit 25% ZrÜ2 = HPS25), SiC, BeO, MgO, hochdichtes MgO (> 90% der theoretischen Dichte), TSZ (tetragonal stabilisiertes Zirkonoxid) oder ZTA. Es ist dabei auch vorstellbar, dass die Isolationsschicht oder das Keramikelement als Verbund- bzw. Hybridkeramik ausgebildet ist, bei der zur Kombination verschiedener gewünschter Eigenschaften mehrere Keramikschichten, die sich jeweils in Hinblick auf ihre materielle Zusammensetzung unterscheiden, übereinander angeordnet und zu einer Isolationsschicht zusammengefügt sind. Vorzugsweise wird eine möglichst wärmeleitfähige Keramik für einen möglichst geringen Wärmewiderstand verwendet. Es ist auch vorstellbar, dass im Keramikelement oder in der Isolationsschicht zwischen zwei Keramikschichten eine metallische Zwischenschicht angeordnet ist.

Das elektrische Bauteil ist vorzugsweise ein schaltbares Bauteile bzw. aktives o- der passives Bauteil. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um ein WBG-Halbleiter (wide bandgap semiconductors), wie z. B. einem Halbleiter aus Siliziumcarbid, Galliumnitrid und/oder Indiumgalliumnitrid. Beispiele für ein elektronisches Bauteil sind MOSFETs („metal-oxide-semiconductor field-effect transistor“) oder IGBTs („insulated-gate bipolar transistor“).

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die primäre Bauteilmetallisierung zur Ausbildung eines ersten Metallabschnitts und eines zweiten Metallabschnitts derart strukturiert ist, dass der erste Metallabschnitt und der zweite Metallabschnitt voneinander elektrisch isoliert sind, wobei in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung gesehen die Außenseite der sekundären Bauteilmetallisierung im ersten Metallabschnitt und der Außenseite der primären Bauteilmetallisierung im zweiten Metallabschnitt im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Höhe abschließt.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die gesamte Außenseite auf der Bauteilseite auf einer gemeinsamen Höhe abschließt, unabhängig ob es sich um den ersten oder zweiten Metallabschnitt, insbesondere aber auch unabhängig davon, ob es sich um die primäre Bauteilmetallisierung oder sekundäre Bauteilmetallisierung handelt. Durch die elektrische Isolation zwischen dem ersten Metallabschnitt und dem zweiten Metallabschnitt können der erste und zweite Metallabschnitt vollständig unabhängig voneinander genutzt werden, wodurch die Komplexität der Leiterplatte in vorteilhafter Weise erhöht werden kann, insbesondere in Hinblick auf Kompaktheit der Funktionsfähigkeit pro Flächeneinheit des Elektronikmoduls.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Außenseite der primären Bauteilmetallisierung im ersten Metallabschnitt mit der Außenseite der sekundären Bauteilmetallisierung im ersten Metallabschnitt auf einer gemeinsamen Höhe abschließt. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine direkte Verbindung zwischen der primären Bauteilmetallisierung und der sekundären Bauteilmetallisierung im ersten Metallabschnitt zu realisieren, insbesondere durch Nutzung von entsprechenden Querleitungen. Durch die gemeinsame Höhe, auf der die primäre Bauteilmetallisierung und die sekundäre Bauteilmetallisierung abschließen, wird die Realisierung von solchen Verbindungen vereinfacht, insbesondere die Anschlussmöglichkeit über Drahtbondverfahren.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die primäre Bauteilmetallisierung insbesondere eine der primären Bauteilmetallisierung zugeordnete maximale Dicke im Wesentlichen derjenigen Dicke entspricht, die der Kühlseitenmetallisierung zugeordnet ist. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Isolationsschicht in einem Rücksprung und/oder einem rückspringenden Verlauf der primären Bauteilmetallisierung angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Isolationsschicht mit der sekundären Bauteilmetallisierung ist versenkt in der primären Bauteilmetallisierung, um eine entsprechende kompakte Ausgestaltung bereitzustellen.

Alternativ oder ergänzend ist es vorstellbar, dass die primäre Bauteilmetallisierung einen sockelähnlichen Vorsprung bildet, auf dem eine Isolationsschicht angeordnet ist, die insbesondere gegenüber dem sockelartigen Vorsprung in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung vorsteht. Dadurch können die entsprechenden sekundären Bauteilmetallisierungen und primären Bauteilmetalli- sierungen an den jeweiligen Anwendungsfall optimal angepasst werden, insbesondere auch unter Berücksichtigung der elektrischen Isolation zwischen primärer Bauteilmetallisierung und sekundärer Bauteilmetallisierung.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die primäre Bauteilmetallisierung die Isolationsschicht an mindestens zwei Seiten, bevorzugt mindestens drei Seiten, besonders bevorzugt an mindestens vier Seiten kontaktiert. Vorzugsweise wird eine stoffschlüssige Verbindung geschaffen. Insbesondere kontaktiert die primäre Bauteilmetallisierung die Isolationsschicht an der ersten Seite, der zweiten Seite, der dritten Seite und der vierten Seite. Die erste Seite und die vierte Seite liegen im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene und sind einander gegenüberliegend entlang einer Richtung angeordnet, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene verläuft.

Die dritte Seite und zweite Seite verlaufen im Wesentlichen senkrecht zur Haupt- erstreckungsebene und verbinden die erste und vierte Seite der Isolationsschicht. Durch die Bedeckung bzw. Kontaktierung der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Seite ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Isolationsschicht einzubetten in die primäre Bauteilmetallisierung, wodurch ein zusätzlicher Formschluss zwischen primärer Bauteilmetallisierung und Isolationsschicht gebildet wird, der sich als vorteilhaft für die Langlebigkeit und die elektrische Isolation in dem Elektronikbauteil erwiesen hat. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die erste und/oder vierte Seite der Isolationsschicht zumindest teilweise frei ist von einem Kontakt mit der primären Bauteilmetallisierung. Dadurch kann die elektrische Isolation zwischen sekundärer Bauteilmetallisierung und primärer Bauteilmetallisierung an den Bedarfsfall angepasst werden, insbesondere eines erforderlichen Pullbacks.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Elektronikmodul eine weitere Isolationsschicht aufweist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, zusätzliche Verdrahtungsebenen platzsparend in das Elektronikmodul einzufügen, wodurch die Funktionalität pro Flächeneinheit des Elektronikmoduls weiter erhöht werden kann. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Isolationsschicht und die weitere Isolationsschicht in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung höhenversetzt zueinander angeordnet sind. Unter Berücksichtigung, dass die Außenseite der sekundären Bauteilmetallisierung mit der Außenseite der primären Bauteilmetallisierung auf gleicher Höhe abschließt, hat die Ausbildung der Isolationsschicht und der weiteren Isolationsschicht auf unterschiedlichen Höhen den Vorteil, dass die erste Dicke und zweite Dicke der sekundären Bauteilmetallisierung und/oder der weiteren sekundären Bauteilmetallisierung an den jeweiligen Bedarfsfall und Platzbedarf angepasst werden kann. Beispielsweise ist es dadurch möglich, durch eine geringere erste Höhe größere erste Dicken der sekundären Bauteilmetallisierung zu realisieren, wodurch bei gleicher Fähigkeit zur Stromführung die Breite dieser Leitungen, insbesondere der sekundären Bauteilmetallisierung entlang einer parallel zur Haupterstreckungsrichtung verlaufenden Richtung geringer gehalten werden kann, das heißt schmaler ausgebildet werden kann. Dadurch wird die Flexibilität in Hinblick auf den jeweiligen Anwendungsfalls weiter optimiert und die Gestaltungsfreiheit bei dem Entwurf der Leiterplatte weiter erhöht.

Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Isolationsschicht eine erste Isolationsschichtdicke und die weitere Isolationsschicht eine zweite Isolationsschichtdicke aufweist, wobei die erste Isolationsschichtdicke und die zweite Isolationsschichtdicke unterschiedlich sind. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Isolationsfähigkeit der Isolationsschicht an den jeweiligen Bedarfsfall anzupassen und insbesondere bedarfsabhängig zu erhöhen oder zu reduzieren. Grundsätzlich ist es bevorzugt vorgesehen, dass die erste Isolationsschichtdicke und/oder die zweite Isolationsschichtdicke kleiner als die Isolationsschichtdicke des Keramikelements ist.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die sekundäre Bauteilmetallisierung eine senkrecht zur Haupterstreckungsebene bemessene erste Dicke aufweist, die größer als 150 pm ist. Durch eine entsprechend vergleichsweise große erste Dicke der sekundären Bauteilmetallisierung ist es mit Vorteil möglich, auch hohe Ströme über die sekundäre Bauteilmetallisierung zur Signalführung oder zur Führung eines Laststroms zu leiten. Dies ist in der Regel nicht möglich, wenn die erste Dicke kleiner ist als 150 pm.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Isolationsschicht in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Ebene einen Querschnitt aufweist, der von einem Rechteck abweicht. Dabei kann die Isolationsschicht streifenförmig sein, o- der einen elliptischen, kreisförmigen, rautenförmigen und/oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Insbesondere ist es möglich, durch eine entsprechende Gestaltungsfreiheit der Isolationsschicht das Isolationsverhalten und/oder auch Freibereiche der Isolationsschicht derart zu platzieren, dass sie beispielsweise an den vorhergesehenen Platz für das Leistungselektronikbauteil und/oder das Hochleistungselektronikbauteil angepasst sind.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die sekundäre Bauteilmetallisierung strukturiert ist. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, wenn die sekundäre Bauteilmetallisierung zur Ausbildung von zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufenden Leiterbahnen strukturiert ist. Insbesondere ist es dadurch möglich, durch die entsprechend parallel zueinander verlaufenden Leiterbahnen in entgegengesetzte Richtung Ströme zu veranlassen, die dazu führen, dass induktive Effekte gegenseitig kompensiert werden. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, zumindest in Teilabschnitten parasitäre induktive Effekte zu reduzieren oder zu eliminieren.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass sich primäre Bauteilmetallisierung, sekundäre Bauteilmetallisierung und das Isolationselement bzw. das Keramikelement entlang einer Haupterstreckungsebene erstrecken und entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Stapelrichtung übereinander angeordnet sind, wobei im gefertigten Trägersubstrat eine Bindungsschicht zwischen der primären Bauteilmetallisierung oder der sekundären und dem Isolationselement bzw. de Keramikelement ausgebildet ist, wobei eine Haftvermittlerschicht der Bindungsschicht einen Flächenwiderstand aufweist, der größer als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq ist. Es hat sich dabei herausgestellt, dass mit zunehmenden Anteil an Aktivmetall die Bildung von spröden, intermetallischen Phasen begünstigt wird, was wiederum nachteilig ist für eine Abzugsfestigkeit der Metallschicht an der Isolationsschicht. Mit anderen Worten: Mit den anspruchsgemäßen Flächenwiderständen werden solche Bindungsschichten beschrieben, deren Abzugsfestigkeit aufgrund der reduzierten Bildung von spröden intermetallischen Phasen, verbessert, d. h. vergrößert wird. Durch das gezielte Einstellen der anspruchsgemäßen Flächenwiderstände lassen sich somit besonders starke Anbindungen der mindestens einen Metallschicht an das Keramikelement realisieren. Eine solche erhöhte Anbindungsstärke wirkt sich in vorteilhafter Weise auf die Lebensdauer des Trägersubstrats aus.

Dabei ist es zur Bestimmung des Flächenwiderstands vorgesehen, dass am gefertigten Trägersubstrat zunächst die Metallschicht und ggf. eine Lotbasisschicht, beispielsweise durch Ätzen, wieder entfernt werden. Mittels einer Vier-Punkt Messung wird dann an der Oberseite bzw. Unterseite des von der mindestens einen Metallschicht und der Lotbasisschicht befreiten Trägersubstrats ein Flächenwiderstand gemessen. Insbesondere ist unter dem Flächenwiderstand einer Materialprobe als dessen Widerstand bezogen auf einen quadratischen Oberflächenbereich zu verstehen. Es ist hierbei üblich den Oberflächenwiderstand mit der Einheit OhmZsq(square) zu kennzeichnen. Die Physikalische Einheit des Flächenwiderstandes ist Ohm.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls, wobei zur Bildung der primären Bauteilmetallisierung eine Metallschicht bzw. Metalllage an das Keramikelement und zur Bildung der sekundären Bauteilmetallisierung eine weitere Metallschicht bzw. weitere Metalllage an die Isolationsschicht, bevorzugt in einem gemeinsamen Verfahrensschritt, insbesondere durch heißisostatisches Pressen, angebunden wird. Hierzu ist es bevorzugt vorgesehen, dass zunächst die einzelnen Bausteine gestapelt werden und anschließend in einem gemeinsamen Bondschritt gefügt werden. Anschließend wird das gefertigte Metall-Keramik-Substrat weiterverarbeitet, beispielweise vereinzelt, strukturiert und/oder oberflächenveredelt. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass das Metall-Keramik-Substrat sukzessiv zusammengefügt wird. Alle Eigenschaften und Vorteile, die im Zusammenhang mit dem Elektronikmodul beschrieben worden sind, gelten analog für das Verfahren und andersrum.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Metalllage/Metallschicht bzw. die weitere Metalllage/Metallschicht mittels eines Aktivlotverfahrens und/oder eines heißisostatischen Pressens und/oder eines DC B-Verfahrens an das Isolationsele- ment/die Isolationsschicht bzw. Keramikelement angebunden wird.

Beispielsweise ist es vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Metall- Keramik-Substrats vorgesehen ist, umfassend:

- Bereitstellen einer Lötschicht, insbesondere in Form mindestens einer Lötfolie bzw. Hartlotfolie,

- Beschichten des Isolationselements, das im gefertigten Elektronikmodul das Keramikelement bildet, und/oder der mindestens einen Metallschicht und/oder der mindestens einen Lötschicht mit mindestens einer Aktivmetallschicht, vorzugsweise einer separaten Aktivmetallschicht, beispielsweise in Form einer Folie,

- Anordnen der mindestens einen Lötschicht zwischen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht entlang einer Stapelrichtung unter Ausbildung eines Lötsystems, das die mindestens eine Lötschicht und die mindestens eine Aktivmetallschicht umfasst, wobei ein Lotmaterial der mindestens einen Lötschicht vorzugsweise frei von einem schmelzpunkterniedrigenden Material bzw. von einem phosphorfreien Material ist, und

- Anbinden der mindestens einen Metallschicht an die mindestens eine Keramikschicht über das Lötsystem mittels eines Aktivlotverfahrens. Die mindestens eine Metallschicht bildet dann die primäre Bauteilmetallisierung. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine weitere Metallschicht auf einer Isolationsschicht angeordnet ist und mittels des beschriebenen Lötverfahrens angebunden wird. Die weitere Metallschicht bildet dann die sekundäre Bauteilmetallisierung. Vorzugsweise erfolgt ein Stapeln des Keramikelements, der Metallschicht, der Isolationsschicht und der weiteren Metallschicht, wobei nach dem Stapeln in einem gemeinsamen Bondverfahren die gewünschten Bindung zwischen den Lagen zur Bildung des Elektronikmoduls realisiert werden. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass als Aktivmetall Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Chrom (Cr), Niob (Nb), Cer (Ce), Tantal (Ta), Magnesium (Mg), Lanthan (La) und Vanadium (V), Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) genutzt wird, und bevorzugt das Lotmaterial ein Lotbasismaterial ist, wobei das Lotbasismaterial einen Anteil an Aktivmetall von weniger als 1 ,5 Gew. %, bevorzugt weniger als 1 ,0 Gew. % und besonders bevorzugt weniger als 0,5 Gew. - % aufweist.

Insbesondere ist dabei ein mehrschichtiges Lötsystem aus mindestens einer Lötschicht, vorzugsweise frei von schmelzpunkterniedrigenden Elementen, besonders bevorzugt aus einer phosphorfreien Lötschicht, und mindestens einer Aktivmetallschicht, vorgesehen. Die Separation der mindestens einen Aktivmetallschicht und der mindestens einen Lötschicht erweist sich insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil dadurch vergleichsweise dünne Lötschichten realisierbar sind, insbesondere wenn es sich bei der Lötschicht um eine Folie handelt. Für aktivmetallhaltige Lötmaterialien müssen andernfalls vergleichsweise große Lötschichtdicken wegen der spröden intermetallischen Phasen bzw. des hohen E-Moduls und hoher Streckgrenze der gängigen Aktivmetalle und deren intermetallischen Phasen, die die Umformung der Lötpaste bzw. Lötschicht behindern, realisiert werden, wodurch die minimale Schichtdicke durch die Fertigungseigenschaften des aktivmetallhaltigen Lötmaterials begrenzt wird. Entsprechend bestimmt für aktivmetallhaltige Lötschichten nicht die für das Fügeverfahren erforderliche Mindestdicke die minimale Lötschichtdicke der Lötschicht, sondern die für die technisch realisierbare minimale Schichtdicke der Lötschicht bestimmt die minimale Lötschichtdicke der Lötschicht. Dadurch ist diese dickere, aktivmetallhaltige Lötschicht teurer als dünne Schichten. Unter phosphorfrei versteht der Fachmann insbesondere, dass der Anteil an Phosphor in der Lötschicht kleiner ist als 150 ppm, kleiner als 100 ppm und besonders bevorzugt kleiner als 50 ppm.

Vorzugsweise umfasst die Lötschicht, insbesondere die phosphorfreie Lotschicht, mehrere Materialien zusätzlich zu dem reinen Metall. Beispielsweise ist Indium ein Bestandteil des verwendeten Lotmaterials in der Lötschicht. Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Lotmaterial zur Ausbildung der Lötschicht durch ein physikalisches und/oder chemisches Gasphasenabscheiden und/oder galvanisch auf die Aktivmetallschicht und/oder die mindestens eine Metallschicht aufgetragen wird. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, vergleichsweise dünne Lotschichten im Lötsystem, insbesondere in einer homogenen Verteilung, zu realisieren.

Besonders bevorzugt sind bei der Herstellung des Elektronikmoduls, insbesondere des Metall-Keramik-Substrats, folgenden Schritte für das Bondverfahren vorgesehen, umfassend:

- Bereitstellen des Keramikelements und einer Metalllage, die im späteren Elektronikmodul als primäre Bauteilmetallisierung dient,

- Bereitstellen eines gasdichten Behälters, der das Keramikelement umschließt, wobei der Behälter vorzugsweise aus der Metalllage geformt ist oder die Metalllage umfasst,

- Ausbilden des Metall-Keramik-Substrats durch ein Anbinden der Metalllage an das Keramikelement mittels heißisostatischen Pressen, wobei zum Ausbilden des Metall-Keramik-Substrats zwischen dem der Metalllage und dem Keramikelement mindestens abschnittsweise eine Aktivmetallschicht o- der eine ein Aktivmetall umfassende Kontaktschicht, zur Unterstützung des Anbindens der Metalllage an das Keramikelement, angeordnet wird. Der Behälter wird dabei vorzugsweise als Metallbehälter aus einer Metalllage und/oder einer weiteren Metalllage gebildet. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass ein Glasbehälter verwendet wird. Dabei bildet die Metalllage mit Vorteil die spätere primäre Bauteilmetallisierung. Bevorzugt wird eine weitere Metalllage bereitgestellt, um die spätere sekundäre Bauteilmetallisierung zu realisieren, wobei die weitere Metallage auf einer Isolationschicht angeordnet ist, die wiederum auf der Metalllage angeordnet ist.

Der Nutzung des heißisostatischen Pressens ist von Vorteil, weil mehrere Metalllagen, insbesondere mit unterschiedlichen Dicken, zu einem Elektronikmodul zusammengefügt werden. Vorzugsweise werden Lagen, wie die Metalllage bzw. Metallschicht, als Formätzteil oder Stanzteil bereitgestellt. So ist es beispielsweise möglich, eine Metalllage mit einem Rücksprung zu realisieren, indem dann die Isolationsschicht für die Anbindung der weiteren Metalllage bzw. Metallschicht eingebracht werden kann. Anschließend erfolgt die Anordnung der Einzellagen, insbesondere der weiteren Metallage bzw. Metallschicht, sowie deren Positionierung. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, dass die Außenseiten auf einer gemeinsamen Höhe abschließen. Dies bietet sich für die Anwendung des heißisostaischen Pressens besonders an, da dann eine gleichmäßige Druckeinwirkung während der Fertigung sichergestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist, dass keine Lot- oder Fügematerialien zwischen den einzelnen Metallschichten/Metalllagen auftreten. Dadurch wird mit Vorteil der Ätzprozess zur Layoutherstellung vereinfacht. Außerdem können die fehlenden Lot- oder Fügematenalien nicht als thermische Barrieren wirken, die thermischen Eigenschaften des Elektronikmoduls andernfalls nachteilhaft beeinträchtigen.

Vorzugsweise ist ein Anteil an Aktivmetall in der ein Aktivmetall umfassenden Haftvermittlerschicht bzw. der Aktivmetallschicht größer als 15 Gew.- %, bevorzugt größer als 20 Gew.- %.

Beim heißisostatischen Pressen ist es insbesondere vorgesehen, dass das Bonden durch Erhitzen unter Druck erfolgt, bei dem die erste und/oder zweite Metalllage des Metallbehälters, insbesondere die spätere Metallschicht des Metall-Kera- mik-Substrats und eine etwaige dort auftretende eutektische Schicht nicht in die Schmelzphase übertritt. In entsprechender Weise sind beim heißisostatischem Pressen geringere Temperaturen als bei einem Direktmetallanbindungsverfahren, insbesondere einem DCB-Verfahren, erforderlich.

Im Vergleich zu der Anbindung einer Metallschicht an eine Keramikschicht mittels eines Lotmaterials, bei dem üblicherweise Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der mindestens einen Metallschicht verwendet werden, kann bei der vorliegenden Vorgehensweise in vorteilhafter Weise auf ein Lotbasismaterial verzichtet werden und es wird lediglich ein Aktivmetall benötigt. Die Verwendung bzw. die Nutzung des Drucks beim heißisostatischen Pressen erweist sich dabei zudem als vorteilhaft, weil dadurch Lufteinschlüsse bzw. Hohlräume zwischen der ersten Metalllage und/oder der zweiten Metalllage einerseits und dem Keramikelement andererseits reduziert werden können, wodurch die Ausbildung von Lunkern in ihrer Häufigkeit im gebildeten bzw. gefertigten Metall-Keramik-Substrat reduziert o- der gar vermieden werden kann. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Qualität der Bindung zwischen der Metallschicht bzw. der ersten und/oder zweiten Metalllage des Metallbehälters und dem Keramikelement aus. Darüber hinaus ist es in vorteilhafter Weise möglich, das „second etching“ zu vereinfachen und Lotreste sowie eine Silbermigration zu vermeiden.

Vorstellbar ist es auch, dass beim heißisostatischen Pressen ein zusätzliches Lotmaterial zwischen das Keramikelement und die mindestens eine Metallschicht eingebracht wird, wobei eine Schmelztemperatur des zusätzlichen Lotmaterials kleiner sein kann als die Temperatur, bei der das heißisostatische Pressen durchgeführt wird, d. h. kleiner als die Schmelztemperatur der mindestens einen Metallschicht.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass bei einem heißisostatischen Pressen der Metallbehälter in einer Heiz- und Drückvorrichtung einem Gasdruck zwischen 100 und 2000 bar, bevorzugt zwischen 150 und 1200 bar und besonders bevorzugt zwischen 300 und 1000 bar und einer Prozesstemperatur von 300 °C bis zu einer Schmelztemperatur der mindestens einen Metallschicht, insbesondere bis zu einer Temperatur unterhalt der Schmelztemperatur, ausgesetzt wird. Es hat sich in vorteilhafter Weise herausgestellt, dass es so möglich ist, eine Metallschicht, d.h. ein erste und/oder zweite Metalllage des Metallbehälters, an das Keramikelement anzubinden, ohne die erforderlichen Temperaturen eines Direktmetallanbindungsverfahrens, beispielsweise eines DCB- oder einem DAB-Verfahrens, und/oder ohne ein Lotbasismaterial, das beim Aktivlöten verwendet wird. Darüber hinaus gestattet das Nutzen bzw. die Verwendung eines entsprechenden Gasdrucks die Möglichkeit, möglichst lunkerfrei, d. h. ohne Gaseinschlüsse zwischen Metallschicht und Keramikelement ein Metall-Keramik-Substrat zu fertigen. Insbesondere finden Prozessparameter Verwendung, die in der DE 2013 113 734 A1 erwähnt werden und auf die hiermit explizit Bezug genommen wird. Im Anschluss an die Anbindung erfolgt vorzugsweise ein Strukturieren, beispielsweise mittels Ätzen und/oder Laserlicht, und/oder ein Vereinzeln, beispielsweise durch Auftrennen und/oder über eine Sollbruchline.

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 : schematisch ein Elektronikmodul gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Fig. 2: schematisch ein Elektronikmodul gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Fig. 3: schematisch ein Elektronikmodul gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Fig. 4: schematisch ein Elektronikmodul gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Fig. 5: schematisch ein Elektronikmodul gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

Fig. 6: schematisch ein Elektronikmodul gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

In Figur 1 ist schematisch ein Elektronikmodul 100 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Solche Elektronikmodule 100, insbesondere Leistungselektronikmodule, umfassen ein Metall-Keramik- Substrat 1 als Träger für zumindest ein elektrisches Bauteil (nicht gezeigt). Das als Träger dienende Metall-Keramik-Substrat 1 umfasst ein Keramikelement 10, an dem an gegenüberliegenden Seiten eine primäre Bauteilmetallisierung 21 und eine Kühlseitenmetallisierung 20 angebunden sind. Vorzugsweise sind die primäre Bauteilmetallisierung 21 und die Kühlseitenmetallisierung 20 im Rahmen eines DAB oder DCB-Verfahrens, d. h. eines Direktanbindungsverfahrens, oder im Rahmen eines Aktivlötverfahrens oder eines Diffusionsbondverfahrens oder einem heißisostatischen Pressen an das Keramikelement 10 angebunden.

Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die primäre Bauteilmetallisierung 21 und die Kühlseitenmetallisierung 20 während des Anbindungsvorgangs gleich dick gewählt sind, insbesondere um andernfalls auftretende Durchbiegungseffekte zu vermeiden. Hierbei macht man sich zunutze, dass durch die symmetrische Anordnung der primären Bauteilmetallisierung 21 und der Kühlseitenmetallisierung 20 auftretende Kräfte einander kompensieren und so einem Durchbiegen entgegenwirken.

In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die primäre Bauteilmetallisierung 21 strukturiert. Infolge der Strukturierung weist die primäre Bauteilmetallisierung 21 einen ersten Metallabschnitt 31 und einen zweiten Metallabschnitt 32 auf, die voneinander elektrisch isoliert sind. Dabei ist unter einer Strukturierung zu verstehen, dass ein bis zum Keramikelement 10 reichender Freibereich zwischen dem ersten Metallabschnitt 31 und dem zweiten Metallabschnitt 32 ausgebildet ist. Ein solcher Freibereich ist auch als Isolationsgraben 5 bekannt.

Zur Erhöhung der Kompaktheit des Elektronikmoduls 100 ist es vorgesehen, dass neben der primären Bauteilmetallisierung 21 eine sekundäre Bauteilmetallisierung 22 ausgebildet ist. Dabei ist die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 von der primären Bauteilmetallisierung 22 durch eine Isolationsschicht 40 getrennt, insbesondere elektronisch isoliert. Durch die Nutzung der sekundären Bauteilmetallisierung 22 ist es mit Vorteil möglich, beispielsweise im ersten Metallabschnitt 31 oder im zweiten Metallabschnitt 32 eine weitere Verdrahtungsebene bzw. Leitungsebene einzuführen, wodurch mit Vorteil die Funktionalität pro Flächeneinheit des Elektronikmoduls 100 erhöht werden kann, da in diesem Bereich sowohl die primäre Bauteilmetallisierung 21 als auch die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 genutzt werden kann. Andernfalls wäre es erforderlich, die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 in einer parallel zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Ebene seitlich versetzt gegenüber der primären Bauteilmetallisierung 21 anzuordnen bzw. hierfür einen weiteren Metallabschnitt einzuführen.

Um die Kompaktheit weiter zu erhöhen, ist es weiterhin vorgesehen, dass eine Außenseite A der primären Bauteilmetallisierung 21 auf einer bzw. mit einer gemeinsamen Höhe H mit einer Außenseite A der sekundären Bauteilmetallisierung 22 abschließt. Als Außenseite A wird insbesondere die Außenfläche der Metallisierungen 21 , 22 bzw. Metallabschnitte 31 , 32 verstanden, die dem Keramikelement 10 abgewandt ist und sich im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene HSE erstreckt. Die gemeinsame Höhe H bemisst sich dabei insbesondere entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Stapelrichtung S. Um zu gewährleisten, dass die Außenseite A auf der gemeinsamen Höhe H abschließen, sieht es das Ausführungsbeispiel der Figur 1 vor, dass die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 in einem Rücksprung der primären Bauteilmetallisierung 21 angeordnet ist und insbesondere die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 eine erste Dicke D1 aufweist und die erste Isolationsschicht 40 eine erste Isolationsschichtdicke ID1 aufweist, wobei die Außenseiten A der primären Bauteilmetallisierung 21 und der sekundären Bauteilmetallisierung 22 auf der gemeinsamen Höhe H abschließen. Ferner ist der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, dass die Außenseite A der primären Bauteilmetallisierung 21 und die Außenseite A der sekundären Bauteilmetallisierung 22 zum ersten Metallabschnitt 31 gehören.

Die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 ist von der primären Bauteilmetallisierung 21 durch die Isolationsschicht 40 elektrisch isoliert. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Isolationsschicht 40 inselartig ausgebildet ist. Zur Ausbildung einer entsprechend inselartigen Isolationsschicht 40 ist es vorgesehen, dass eine erste Größe (L, D), die dem Keramikelement 10 zugeordnet ist, um ein Vielfaches größer ist als eine zweite Größe (D1 , L1 ), die der inselartigen Isolationsschicht 40 zugeordnet ist. Dabei wird die erste Größe (D, L) durch das Volumen des Keramikelements 10 und die zweite Größe (D1 , L1 ) durch das Volumen der inselartigen Isolationsschicht 40 bestimmt. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind für die Isolationsschicht 40 die erste Isolationsdicke ID1 und die erste Länge L1 dargestellt, wobei die erste Länge L1 repräsentativ für eine flächenmäßige Ausdehnung in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Ebene verstanden werden soll. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass ein Verhältnis der zweiten Größe D1 , L1 zu der ersten Größe D, L einen Wert annimmt, der kleiner ist als 0,4, bevorzugt kleiner als 0,22 und besonders bevorzugt kleiner als 0,15 oder sogar kleiner als 0,1

Der Vorteil, der sich durch entsprechende inselartige Isolationsschichten 40 ergibt, ist insbesondere derjenige, dass vollflächige Isolationsschichten 40 vermieden werden. Dies ist insbesondere deswegen von Vorteil, weil Wärme, die von elektrischen Bauteilen ausgeht, andernfalls sowohl die Isolationsschicht 40 als auch das Keramikelement 10 passieren müssten. Dies ist insbesondere deswegen nachteil- haft, weil sich durch das entsprechende Passieren von Isolationsschicht 40 und Keramikelement 10 der thermische Widerstand erhöht, wodurch nicht die maximale Ausgangsleistung des Elektronikmoduls 100 mit seinen elektrischen Bauteilen genutzt werden kann. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 im Wesentlichen als Leiterbahn zur Signalführung o- der zur Führung eines Laststroms und die primäre Bauteilmetallisierung 21 im Wesentlichen der Anbindung von Elektronikbauteilen, insbesondere von Leistungselektronikbauteilen bzw. Hochleistungselektronikbauteilen, dient. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass die sekundären Bauteilmetallisierungen 22 bevorzugt frei sind von Hochleistungselektronikbauteilen oder Leistungsbauteilen oder aktive elektrische bzw. elektronische Bauteile, insbesondere mit erhöhter Verlustleistung. Damit sind die Anforderungen für das Abführen von thermischer Energie bzw.

Wärme im Bereich der sekundären Bauteilmetallisierung 22 geringer und der thermische Widerstand, der aufgrund der zu passierenden Isolationsschicht 40 und des Keramikelements 10 erhöht ist, spielt eine untergeordnete Rolle. Im Gegen- satz dazu werden Elektronikbauteile bzw. insbesondere Hochleistungselektronikbauteile an die Außenseite A der primären Bauteilmetallisierung 21 angeordnet. In diesem Bereich ist es von Vorteil, dass unterhalb der Bauteile im Wesentlichen nur Metall und nicht die Isolationsschicht 40 angeordnet ist. Hier ist somit der thermische Widerstand nicht erhöht gegenüber den Bereichen, in denen die Isolationsschicht 40 angeordnet ist. Außerdem kann der Teil der primären Bauteilmetallisierung 21 , der unterhalb der Isolationsschicht 40 angeordnet ist, zusätzlich zum Abführen der thermischen Energie genutzt werden, insbesondere unter Berücksichtigung einer Wärmespreizung unterhalb des Bauteils, das an die Außenseite A der primären Bauteilmetallisierung 21 angebunden ist uns sich auch in den Beriech unterhalb der Isolationsschicht 40 erstrecken kann. Dadurch wird im gesamten Elektronikmodul 100 der thermische Widerstand als Ganzes optimiert.

Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass die Isolationsschicht 40 eine erste Isolationsschichtdicke ID1 aufweist und insbesondere gegenüber dem Keramikelement 10 in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung auf einer ersten Höhe H1 angeordnet ist. Dabei werden insbesondere die erste Isolationsschichtdicke ID1 und/oder die erste Höhe H1 derart angepasst, dass eine optimale Stromführung bzw. Signalführung und/oder zur Führung eines Laststroms in der sekundären Bauteilmetallisierung 22 ermöglicht wird.

Neben der Isolationsschicht 10 und der sekundären Bauteilmetallisierung 22 umfasst das Elektronikmodul 100 des ersten Ausführungsbeispiels auch eine weitere Isolationsschicht 41 und eine weitere sekundäre Bauteilmetallisierung 23. Die weitere Isolationsschicht 41 und die weitere sekundäre Bauteilmetallisierung 22 sind im zweiten Metallabschnitt 32 angeordnet. Dabei unterscheiden sich die Isolationsschicht 40 und die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 des ersten Abschnitts von der weiteren Isolationsschicht 41 und der weiteren sekundären Bauteilmetallisierung 23 des zweiten Metallabschnitts 32 dahingehend, dass die weitere sekundäre Bauteilmetallisierung 23 strukturiert ist, das heißt, vorzugsweise zwei Leiterbahnen aufweist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die hier dargestellten Leiterbahnen der weiteren sekundären Bauteilmetallisierung 22, die elektrisch vonei- nander isoliert sind, zur Führung von antiparallel verlaufenden elektrischen Strömen vorgesehen bzw. ausgelegt sind. Dadurch wird mit Vorteil ein induktiver Effekt reduziert, da dieser durch die entgegengesetzt laufenden Ströme jeweils kompensierende Wirkung hat.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die weitere Isolationsschicht 41 gegenüber dem Keramikelement 10 in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung auf einer zweiten Höhe H2 angeordnet ist, wobei sich die erste Höhe H1 von der zweiten Höhe H2 unterscheidet. Infolgedessen ist es vorgesehen, dass eine zweite Dicke D2 der weiteren sekundären Bauteilmetallisierung 23 geringer ist als eine erste Dicke D1 der sekundären Bauteilmetallisierung 22. Insbesondere ist es nämlich vorgesehen, dass auch die Außenseite A der weiteren sekundären Bauteilmetallisierung 22 auf der gemeinsamen Höhe H abschließt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass alle Außenseiten A auf einer gemeinsamen Höhe H gegenüber dem Keramikelement 10 abschließen, um einen gemeinsamen bündigen Abschluss zur Bauteilseite hin zu gewährleisten. Dies gilt für die primäre Bauteilmetallisierung 21 , die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 sowie die weitere sekundäre Bauteilmetallisierung 23.

Weiterhin ist es mit Vorteil vorgesehen, dass die weitere Isolationsschicht 41 eine zweite Isolationsschichtdicke ID2 aufweist, die größer ist als die Isolationsschichtdicke ID1. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste Isolationsschichtdicke ID1 und/oder zweite Isolationsschichtdicke ID2 derart ausgewählt sind, dass sie den elektrischen Isolationsanforderungen der Leiterbahnen der sekundären Bauteilmetallisierung 22 bzw. der weiteren sekundären Bauteilmetallisierung 23 genügen. Dies kann jeweils an den entsprechenden Anwendungsfall angepasst werden. Insbesondere ist es auch vorstellbar, dass durch die höhenversetzte Anordnung bzw. die unterschiedlichen ersten Höhen H1 und zweiten Höhen H2 die Dimensionierung der ersten Dicken D1 und zweiten Dicke D2 erfolgen kann, wodurch mit Vorteil kontrolliert werden kann, wie groß die Ströme sein können, die durch die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 bzw. die weitere sekundäre Bauteil- metall isierung 23 fließen können. Daher ermöglicht es die Gestaltungsfreiheit, bezüglich der ersten Höhe H1 und zweiten Höhe H2 eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall vorzunehmen.

Neben der Isolationsschicht 10 und der weiteren Isolationsschicht 41 umfasst der erste Metallabschnitt 31 ebenfalls eine zweite weitere Isolationsschicht 42 mit einer zweiten weiteren sekundären Bauteilmetallisierung 24. In Analogie zu der sekundären Bauteilmetallisierung 22 bzw. Isolationsschicht 40 und der weiteren sekundären Bauteilmetallisierung 23 und der weiteren Isolationsschicht 41 gilt hier das Gleiche analog für die dritte Dicke D3 der zweiten weiteren sekundären Bauteilmetallisierung, die dritte Isolationsschichtdicke ID3 und die dritten Höhe H3.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Isolationsschicht 10, die weitere Isolationsschicht 40 und/oder die zweite weitere Isolationsschicht 41 zumindest an einer ersten Seite S1 und an einer zweiten Seite S2 die primäre Bauteilmetallisierung 21 kontaktiert. Im Fall der Isolationsschicht der Figur 1 ist es dabei ferner vorgesehen, dass eine dritte Seite S3 von der primären Bauteilmetallisierung 21 kontaktiert ist. Dabei ist es vorgesehen, dass die erste Seite S1 im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene HSE verläuft, während die zweite Seite S2 und dritte Seite S3 der Isolationsschicht 40 im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verläuft.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die sekundäre Bauteilmetallisierung 21 zur Laststromführung vorgesehen ist.

In Figur 2 ist ein Elektronikmodul 100 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Elektronikmodul 100 beispielhaft lediglich einen ersten Metallabschnitt 31 . Es ist allerdings auch denkbar, dass neben dem hier dargestellten ersten Metallabschnitt 31 ein zweiter Metallabschnitt 32 ausgebildet ist. Insbesondere unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel in der Figur 2 von demjenigen in Figur 1 dahingehend, dass die Isolationsschicht 40 an der ersten Seite S1 , der zweiten Seite S2, der dritten Seite S3 und einer vierten Seite S4 von der primären Bauteilmetallisierung 21 kontaktiert ist. Dabei verläuft die vierte Seite S4 im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene HSE und ist in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung der ersten Seite S1 gegenüberliegend angeordnet. Mit anderen Worten: Die primäre Bauteilmetallisierung 21 umgreift die Isolationsschicht 40 an vorzugsweise gegenüberliegenden Enden, wodurch Isolationsschicht 40 und primäre Bauteilmetallisierung 21 formschlüssig Zusammenwirken, insbesondere in beide Richtungen, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Isolationsschicht 40 derart in die primäre Bauteilmetallisierung 21 integriert, dass eine dauerhafte und sichere Verbindung zwischen primärer Bauteilmetallisierung 21 und Isolationsschicht 40 gewährleistet ist. Außerdem ist es möglich, durch die entsprechende Dimensionierung der ersten Länge L1 und/oder ersten Fläche der Isolationsschicht 40 Einfluss zu nehmen auf das Isolationsverhalten der sekundären Bauteilmetallisierung 22 gegenüber der primären Bauteilmetallisierung 21.

In Figur 3 ist ein Elektronikmodul 100 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform umfasst einen ersten Metallabschnitt 31 und einen zweiten Metallabschnitt 32. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Außenseite A der sekundären Bauteilmetallisierung 22 des ersten Metallabschnitts 31 auf der gemeinsamen Höhe H abschließt mit der Außenseite A der primären Bauteilmetallisierung 21 im zweiten Metallabschnitt 32. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Isolationsschicht 40 nicht in einem Rücksprung der primären Bauteilmetallisierung 21 ausgebildet ist. Stattdessen ist es hierbei vorgesehen, dass die Isolationsschicht insbesondere auf einem sockelähnlichen Vorsprung der primären Bauteilmetallisierung 21 angeordnet bzw. ausgebildet ist. Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass die Isolationsschicht 40 in einer parallel zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung gegenüber dem sockelartigen Abschnitt in der primären Bauteilmetallisierung 21 im ersten Metallabschnitt 31 vorsteht. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Pullback realisiert, der insbesondere wirksam eine elektrische Wechselwirkung zwischen der sekundären Bauteilmetallisierung 22 und der primären Bauteilmetallisierung 21 vermeidet. In der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform des Elektronikmoduls 100 gemäß einer beispielhaften vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Isolationsschicht 40 an der ersten Seite S1 und der zweiten Seite S2 die primäre Bauteilmetallisierung 21 kontaktiert. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 ist es somit vorgesehen, dass die dritte Seite S3 und die vierte Seite S4 der Isolationsschicht 40 frei sind von der primären Bauteilmetallisierung 21. Insbesondere ist es in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Isolationsschicht 40 in einen Rücksprung der primären Bauteilmetallisierung 21 hineinragt, womit zumindest ein Teilbereich der ersten Seite S1 der Isolationsschicht 40 ebenfalls freiliegt. Dadurch wird die elektrische Isolation zwischen sekundärer Bauteilmetallisierung 22 und primärer Bauteilmetallisierung 21 weiter verbessert. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass der hier dargestellte Freibereich, in den die Isolationsschicht 40 hineinragt, nicht bis zum Keramikelement 10 reicht, sodass es sich hierbei nicht um einen Isolationsgraben 5 handelt, sodass die Figur 4 im Wesentlichen einen ersten Metallabschnitt 31 darstellt. Dieser kann wie bereits erwähnt auch Teil einer primären Bauteilmetallisierung mit einem ersten Metallabschnitt 31 und einem zweiten Metallabschnitt 32 sein.

In der Figur 5 ist ein Elektronikmodul 100 gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass der erste Metallabschnitt 31 eine Isolationsschicht 40 mit einer sekundären Bauteilmetallisierung 22 und der zweite Metallabschnitt 32 eine weitere Isolationsschicht 41 mit einer weiteren sekundären Bauteilmetallisierung 23 aufweist. Für die Isolationsschicht 40 und die weitere Isolationsschicht 41 sowie für die sekundäre Bauteilmetallisierung 22 und die weitere sekundäre Bauteilmetallisierung 23 gelten dieselben Eigenschaften, die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 diskutiert wurden. In dem Ausführungsbeispiel 5 ist lediglich zusätzlich vorgesehen, dass sowohl die Isolationsschicht 40 als auch die weitere Isolationsschicht 41 sowohl an der ersten Seite S1 , der zweiten Seite S2, der dritten Seite S3 und der vierten Seite S4 kontaktiert werden von der primären Bauteilmetallisierung, insbesondere im jeweiligen ersten Metallabschnitt 31 bzw. zweiten Metallabschnitt 32. In Figur 6 ist eine Draufsicht auf ein Elektronikmodul 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Draufsicht sind zur Verdeutlichung mit den gestrichelten Linien die inselartigen Isolationsschichten 40 eingetragen sowie die sekundären Bauteilmetallisierungen 22 und die primären Bauteilmetallisierungen 21. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ragen die Isolationsschichten 40 in die primäre Bauteilmetallisierung 21 ein, sodass hier die erste Seite S1 , die zweite Seite S2, die dritte Seite S3 und die vierte Seite S4 von der primären Bauteilmetallisierung 21 kontaktiert ist. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass beispielsweise die Isolationsschicht 40 einen L-förmigen Verlauf aufweist. Grundsätzlich ist es vorstellbar, dass die Isolationsschicht 40 eine beliebige geometrische Form annimmt, insbesondere im Hinblick auf eine Fläche, die parallel zur Haupterstreckungsebene HSE verläuft. Vorzugsweise wird die geometrische Form der Isolationsschicht an die Anfordernisse des Einzelfalls angepasst.

Bezugszeichenliste:

1 Metall-Keramik-Element

5 Isolationsgraben

10 Keramikelement

20 Kühlseitenmetallisierung

21 primäre Bauteilmetallisierung

22 sekundäre Bauteilmetallisierung

23 weitere sekundäre Bauteilmetallisierung

24 zweite weitere sekundäre Bauteilmetallisierung

31 erster Metallabschnitt

32 zweiter Metallabschnitt

40 Isolationsschicht

41 weitere Isolationsschicht

42 zweite weitere Isolationsschicht 100 Elektronikmodul

D Dicke

D1 erste Dicke

D2 zweite Dicke

D3 dritte Dicke

H1 erste Höhe

H2 zweite Höhe

H Höhe

151 erste Isolationsschichtdicke

152 zweite Isolationsschichtdicke

153 dritte Isolationsschichtdicke

A Außenseite

HSE Haupterstreckungsebene

51 erste Seite

52 zweite Seite

53 dritte Seite

54 vierte Seite

L Länge

L1 erste Länge