电子模块和电子组件的制作方法

1.本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分所述的电子模块和包括至少一个该电子模块的电子组件。


背景技术：

2.电子电路构造在载体基板上，例如构造在由fr4材料制成的标准印刷电路板上。在此，电子电路包括导体结构，电子器件通过该导体结构彼此电接触。
3.然后将载体基板拧入或铆接到例如壳体中以进行装配，以便实现与该壳体的固定机械连接。作为替代，还存在以下考虑，即通过材料配合来实现这种连接并且在此粘合电路板。然而，这种粘合必须要求受控的、良好的表面质量。这一点在粘合还应传递机械负载(结构粘合)的情况下尤其重要。然而，这种对较高表面质量的要求与由先前已知的组装和连接技术所产生的几点相矛盾。例如，电路板的不同的典型金属导电表面(例如金、铜、锡等)或其涂层(osp、阻焊层等)往往会成为结构粘合连接的问题。特别是这些表面或涂层通常呈现出较差的粘附性能，由此会在运行中特别是由于温度变化和机械力的作用随着时间的推移出现裂纹和/或分层。此外，印刷电路板的制造通常需要使用介质，这些介质随后会对粘合产生不利影响，直至粘合性能的破坏。确保随后清洁印刷电路板的这些过程介质的过程控制极其复杂并且通常不会被制造商实施。总而言之，由此很难确保或保证结构粘合的工作强度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，通过电子组件的设计确保在电气装备的载体基板和另一接合配对件之间简单且可靠的负载传递接合连接。
5.该目的通过根据独立权利要求的电子模块和包括至少一个电子模块的电子组件来实现。
6.本发明基于一种电子模块，包括至少一个载体基板，其中在至少一个载体基板表面上构造有电子电路。在此，电子模块包括至少一个机械的连接拱顶，连接拱顶在基板连接区域中与载体基板表面中的至少一个载体基板表面连接。在此，连接拱顶的朝向基板连接区域的一侧优选地与布置在载体基板表面上的金属化区域连接。在此，所连接的金属化区域可以具有与构造在载体基板表面上的电导体结构相同或相似的结构，其中特别是不存在或不一定必须存在与导体结构的电连接。连接区域例如也可以作为金属嵌体引入到载体基板中。相反，连接拱顶在背离基板连接区域的一侧具有由金属氧化物制成的最终边界层，最终边界层被设计用于为粘合层提供粘合面，以形成与接合配对件粘合的复合组件。氧化物层有利地提供表面边界层，粘合剂可以突出的粘附强度结合在该处。就此而言，以这种方式描述的连接拱顶现在将产生电子模块的理想连接界面，以用于与任意的接合配对件形成结构粘合。金属氧化物例如被设计为由元素金属制成的基材的氧化外层。替代地，至少局部布置的金属氧化物外涂层也可以利用为此已知的涂层方法(例如等离子涂层方法)被施加到
例如金属或金属合金的粘性基材上。
7.在电子模块的一个有利的实施方式中，连接拱顶基本上或至少在朝向所提供的粘合面的一侧部分地由铝或铝合金、特别是氧化铝制成。铝所具有的优点在于，表面易于清洁，从而可预先准备地构造限定的接合面。另外，在这些表面上以技术支持和/或独立的方式形成长期稳定、牢固粘附的氧化物，其确保了与粘合剂的粘合。就此而言，在所提供的粘合面之外的区域，特别是连接拱顶的芯部，可以由铝制成，而所提供的粘合面由氧化铝制成。出于经济原因，还可以考虑将连接拱顶的任何含铝的体积部分设置为完全由氧化铝制成。
8.在电子模块的优选设计方案中，连接拱顶至少在朝向基板连接区域的一侧具有施加的、牢固粘附的金属化部，特别是由cu、ag、ni、au制成或者由cu、ag、ni、au合金中的一种合金制成。由此，有利地存在与载体基板的接合连接界面，其可利用已知的接合方法牢固地连接到基板载体表面，特别是设置在基板载体表面上的金属化区域。总之，由此一方面通过可负载的与载体基板的接合界面，并且另一方面通过可负载的与电子模块的接合配对件的粘合界面可实现连接拱顶的高承载性能。金属化部优选通过电镀施加，例如由ag或ag合金制成。一种有利的替代金属化部是通过在连接拱顶芯部上滚压包层的金属片提供的。由此，例如铜片的一侧与铝制的连接拱顶芯部以滚压包层的方式连接。
9.电子模块的一个实施方式是特别有利的，其中连接拱顶通过基板连接区域中的焊料层或烧结层与载体基板连接，其中连接拱顶至少在基板连接区域中具有封闭焊料层或烧结层的可焊接和/或可烧结的边界层。该可焊接和/或可烧结边界层例如为上述金属化部。替代地，连接拱顶可以基本上或至少在连接拱顶的朝向基板连接区域的一侧由可焊接和/或可烧结的芯材形成，特别是由金属或金属合金、例如铜形成。以这种方式，可以有利地在具有电气和/或电子器件的载体基板的优选共同的装配过程中将连接拱顶与载体基板焊接或烧结在一起。
10.电子模块的一个替代的有利实施方式规定，连接拱顶借助于力配合和/或形状配合连接、特别是压入式触点在基板连接区域中与载体基板连接。由此，压入销或压入孔可以模制或成型在连接拱顶处，例如在滚压包层的铜片处。则互补的压入配对件构造在载体基板的侧面，例如作为金属化的压入孔或作为已经与载体基板接触的压入销。压入技术在批量生产中已经是既定且受控的生产标准。
11.本发明还涉及一种电子组件，该电子组件包括至少一个根据上述实施方式中的第一电子模块和接合配对件，其中接合配对件在连接区域中借助于与所提供的相应的粘合面直接相邻的粘合层至少与连接拱顶连接。由此可以有利地建立在整个使用寿命内持续的负载传递接合连接。例如，尤其是在汽车领域中，对电子模块和电子组件的运行安全性提出了非常高的要求，因为常见的接合连接件，特别是在电子模块中目前为止已知的结构粘合，由于频繁的温度变化和/或机械力作用(例如振动)可能尚在运行时间内就受到损坏。特别优选使用粘合剂，例如环氧粘合剂或硅酮粘合剂。
12.在电子模块的优选实施方式中，接合配对件是壳体件或根据上述实施方式中的至少一个所述的至少一个第二电子模块。在两个电子模块的布置中，其中电子模块彼此上下叠置，其中连接区域被构造在第一和第二电子模块的相应的连接拱顶的两个朝向彼此的粘合面之间。两个粘合的连接拱顶特别优选地分别与彼此平行布置的第一和第二电子模块的
载体基板的基板表面连接，从而形成非常稳定和紧凑的堆叠布置。原则上，还可以如下设计电子组件，其中第一和第二电子模块的载体基板通过各自的连接拱顶以相互成角度、特别是相互成垂直角度的方式粘合连接。
13.在壳体件作为所设置的接合配对件的情况下，壳体件优选地由铝或铝合金制成。然而，壳体件在连接区域中至少具有与连接拱顶的特征相对应的实际特征，以用于优化结构粘合。由此，例如可以在壳体侧设置或形成相同连接拱顶的原理。
14.通常，为了在电子组件的设计中简化接合过程而有利地规定，连接拱顶的朝向彼此的粘合面的其中一个优选大面积地包围另一个粘合面，从而尽管有接合公差也能可靠地构造电子组件。
15.在包括两个前述电子模块实施方式的电子组件的一个特别有利的实施方式中，第一和第二电子模块的电子电路通过至少一个导电连接元件彼此电连接。此外，第一电子模块优选地具有功率电路并且第二电子模块具有功率电路的控制电路。以这种方式，优化的或绝对必要的基板类型可有利地用于相应的电子电路。由此，则例如功率电路特别是构造在dbc、amb、ims、ltcc或htcc载体基板上，而控制电路被布置在印刷电路板上，特别是标准fr4印刷电路板上。因此，复合结构中的电子组件可有利地包括不同的基板类型。此外，所粘合的连接拱顶用作热路径，控制电路中产生的热量可通过该热路径散发到功率电路的陶瓷载体基板中。通过所说明的粘合电子组件，现在可以将控制电路例如在fr4印刷电路板上布置得非常靠近陶瓷载体基板，该陶瓷载体基板例如包含用于桥接电路的功率半导体。通过控制电路或驱动器电路的这种靠近可实现功率半导体的非常低电感和对称的电气控制。由此得到例如用于电驱动的电路功率的显著优势。此外，原本很难粘合的印刷电路板现在可以通过这种方式在整个使用寿命内在结构上粘合在电子组件内并传递负载。
16.在电子组件的有利改进方案中，导电连接元件是键合线或键合带。替代地，也可以使用柔性(扁平带状)电缆，其以两侧焊接的方式将两个电子电路彼此连接或者至少在一侧或在两侧具有插头连接件以用于电连接。
17.在电子组件的进一步有利的改进方案中，第一和第二电子模块的载体基板相互平行地彼此叠置。此外，在第二电子模块的载体基板的背离基板连接区域的基板表面上构造有导电连接元件的第一键合连接点。在此，局部布置特别是使得在上述基板表面的俯视图的投影中第一键合连接点在横向上布置在第一和/或第二电子模块的载体基板的相应基板连接区域内。以这种方式，连接拱顶在键合过程中以机械支撑元件的功能起作用，通过该机械支撑元件可无损坏地吸收键合时的作用力。
18.为了简化键合工艺技术的实施和使用，在第一电子模块的载体基板的朝向基板连接区域的基板表面上构造有导电连接元件的第二键合连接点，其中在第一键合连接点的俯视图中第二键合连接点在横向上相对于第二电子模块的载体基板的外边缘偏移地且可自由接近地布置。这在如下实施方式中进行，即第二键合连接点特别是对于键合工具可自由接近。因此，可以在电子组件形成为两个电子模块的粘合复合结构之后进行键合。此外，由此也可以使得在两个电子模块的所布置的载体基板的不同平面上实施键合。
19.在此，两个键合连接点可以与相应电子模块的导电结构的至少一部分连接。例如，第一键合连接点包括第二电子模块的载体基板的接触焊盘，并且第二键合连接点包括第一电子模块的载体基板的接触焊盘。替代地，第二键合连接点与布置在第一电子模块的载体
基板上的功率半导体的触点端子连接。
20.在电子组件的一个特殊的改进方案中，第二电子模块的载体基板在边缘测具有至少一个一侧或两侧开口的凹槽，其中在第二电子模块的载体基板的键合基板表面的俯视图的投影中，第二键合连接点在横向上布置在凹槽内。以这种方式，可以实现第一电子模块以及第二电子模块的非常紧凑的电路布置。第二电子模块的载体基板的与凹槽相邻的区域则优选地具有第一键合连接点。进一步优选的是，在第一键合连接点的下方布置相应两个连接拱顶的粘合复合结构作为用于键合过程的附加机械支撑元件。
21.通常，在电子组件内可以构造第一或第二电子模块的成对粘合的多个连接拱顶。优选相同地实施一个或两个电子模块的所有连接拱顶或者一个或两个电子模块的至少多个连接拱顶。不同于此，在一个电子模块内和/或在两个电子模块之间的至少两个连接拱顶可有所区别，以满足局部需求。
22.此外，包括电子模块的至少一个或多个所述实施方式的多个接合配对件可通过相应两个接合配对件的互补连接拱顶之间的结构粘合以彼此并排布置或彼此上下叠置的方式实施为复合布置方式。
附图说明
23.本发明的其他优点、特征和细节从优选实施例的以下说明中以及借助于附图得出。其中：
24.图1以侧向剖视图示出了电子组件，包括至少一个电子模块和与之粘合的接合配对件，
25.图2示出了图1中的电子组件的俯视图。
具体实施方式
26.在附图中，功能相同的部件分别以相同的附图标记表示。
27.在图1中，以侧向剖视图示出了电子组件100的示例性实施方式。电子组件100包括具有至少在一侧配备的载体基板10.1、10.2的至少一个电子模块100'和通过粘合连接与电子模块100'连接的接合配对件100”。特别是示出了如下示例性实施方式，其中第一电子模块101和第二电子模块102彼此上下叠置，从而各个电子模块101、102的载体基板表面10.1'、10.2'相互平行且间隔开地朝向彼此。朝向彼此的载体基板表面10.1'、10.2'具有至少一个从载体基板表面10.1'、10.2'突出的连接拱顶20，连接拱顶20在基板连接区域10.15、10.25中与相应的载体基板10.1、10.2连接，例如借助于焊料层11或烧结层11'。替代地，通过压入式触点12实现固定连接，压入式触点12例如包括压入销12.1和压入孔12”，其彼此互补地模制或成型在连接拱顶20或载体基板10.1、10.2中(在图1中示例性地在电子组件中外侧右部的两个连接拱顶20处示出)。在连接区域50中，第一和第二电子模块101、102的两个连接拱顶20的相应端部区域彼此对置。在此，这些朝向彼此的端部区域分别具有由金属氧化物制成的最终边界层，最终边界层被设计用于为粘合层30提供粘合面22，以便与接合配对件形成粘合的复合组件。两个连接拱顶20的两个粘合面22通过与其邻接并牢固地粘附在该处的粘合层30相互连接。在本实施例中，在剖视图中示出了三个粘接的互补连接拱顶20。替代地，可以特定于应用而设置更多或更少的互补对。连接拱顶优选由铝、铝合金
或氧化铝制成。由此，在连接区域50中确保了具有粘合连接所需的氧化物的边界层。在基板连接区域10.15、10.25中，相应的连接拱顶20具有附加的金属化部21，金属化部21例如由ag、cu、ni、au制成或由ag、cu、ni、au合金中的一种合金制成。在此，金属化部21特别是具有至少一个可烧结和/或可焊接的边界层。例如通过电镀施加金属化部21。替代地，在基板连接区域10.15、10.25中，可将作为金属化部21的铜片以滚压包层的方式连接到连接拱顶20的含铝的芯部。铜片可选地具有压入销12'或压入孔12”的成型部或模制部。原则上，连接拱顶20也可由任意的、特别是金属的芯材制成，其在基板连接区域10.15、10.25中具有可烧结和/或可焊接的涂层并且在连接区域50中具有由金属氧化物制成的可粘合涂层。
28.第一和第二电子模块101、102分别具有电子电路115、125。电子电路115、125通过至少一个导电连接元件40、特别是键合线或键合带彼此电连接。第一电子模块101优选地包括具有至少一个功率半导体15的功率电路115，该功率半导体15例如以焊接或烧结的方式设置在dbc、amb、ims、ltcc或htcc基板10.1上。第二电子模块102进一步优选地包括功率电路115的控制电路125，其具有至少一个焊接或烧结的电气和/或电子器件25。在此，电气器件和/或电子器件25特别是布置在作为载体基板10.2的印刷电路板上，例如标准f4印刷电路板上。在第二电子模块102的载体基板10.2的背离基板连接区域10.25的基板表面10.2”上构造有导电连接元件40的第一键合连接点61。在此，第一键合连接点61直接布置在粘合连接的连接拱顶20上方，从而可以在键合过程中以支撑方式吸收所作用的机械力。键合连接例如在为此设置的金属接触焊盘上进行，其被设计为与布置在载体基板表面10.2'上的电导体结构具有相同或相似的结构。
29.另一方面，在第一电子模块101的载体基板10.1的朝向基板连接区域10.15的基板表面10.1'上构造有导电连接元件40的第二键合连接点62。在该实施例中，利用布置在第一电子模块101的载体基板10.1上的功率半导体15的上部触点端子进行键合连接。替代地，键合连接也可以与第一键合连接点61类似或相同地通过接触焊盘进行。如图1所示，两个电路115、125可以通过一个以上的连接元件40相互连接。
30.在图2中以俯视图示出了图1的电子组件。在此可以看出，在载体基板表面10.2”的俯视图的投影中，第一键合连接点61在横向上布置在第一和/或第二电子模块101、102的载体基板10.1、10.2的相应基板连接区域10.15、10.25内。此外可以看出，在第一键合连接点61的俯视图中，第二键合连接点62在横向上相对于第二电子模块102的载体基板10.2的外边缘偏移地且可自由接近地布置，特别是对于键合工具200(以虚线示出)可自由接近。在该实施例中，为了实现紧凑的电子模块101、102，第二电子模块102的载体基板10.2在边缘侧具有至少一个一侧或两侧开口的凹槽70。在第二电子模块102的载体基板10.2的键合载体基板表面10.2'的俯视图的投影中可看出，在此第二键合连接点62在横向上布置在凹槽70内。
31.通过以下方式得到电子组件100的另一实施方式，即电子模块100'现在不是如上所述与另一电子模块100连接而是与另一接合配对件100”连接，其中另一接合配对件100”具有可粘合的接合表面。这又可以通过连接拱顶20提供，连接拱顶20与接合配对件100”构造为一体或与之连接。因此，在图1中可以看到另一电子组件100，其中例如电子模块102现在不是与电子模块102而是与壳体件80在结构上粘合。壳体件优选由铝或铝合金制成，从而在此成型或设置的连接拱顶具有由氧化铝制成的边界层。替代地，在其他壳体材料的情况
下，可以设置相应的连接拱顶20，其与第二电子模块102的连接拱顶20成对地形成粘合复合布置。
32.原则上，在接合配对件101、102、70的其中一个的连接拱顶上可以例如通过分配过程将粘合剂施加在粘合面22上。然后可以例如通过操作装置将另一接合配对件101、102、70以如下方式布置，即其中各个接合配对件101、102、70的连接拱顶20成对地以其粘合面22彼此对置，并且通过形成相邻的粘合剂层30分别被粘合剂润湿。只要粘合剂硬化，就会得到传递负载的粘合连接。