DE102024201717A1

DE102024201717A1 - Substrate of a power module

Info

Publication number: DE102024201717A1
Application number: DE102024201717.5A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Kienle; Patrick Gaiser; Irfan Aydogmus; Emrah Turan; Fruzsina Lamer; Jan Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-02-26
Filing date: 2024-02-26
Publication date: 2025-08-28
Also published as: WO2025181037A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Substrat (10) eines Leistungsmoduls, das mit einer Anzahl von Leiterbahnen (12) und mit mindestens einem elektronischen Bauelement versehen ist. Das Substrat (10) ist zumindest auf seiner Oberseite von einem Moldmaterial (46) umgeben, in dem mindestens eine Öffnung (18) ausgeführt ist. Die mindestens eine Öffnung (18) ist mit spannungsoptimierten Bereichen (50) im Moldmaterial (46) gestaltet. Mindestens eine Eckgeometrie (14) ist als kreisförmiger Freischnitt (32) ausgeführt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung des Substrats (10) in einem Leistungsmodul einer Leistungselektronik oder eines Inverters eines Fahrzeugs. The invention relates to a substrate (10) of a power module, which is provided with a number of conductor tracks (12) and with at least one electronic component. The substrate (10) is surrounded, at least on its upper side, by a molding material (46) in which at least one opening (18) is formed. The at least one opening (18) is designed with voltage-optimized regions (50) in the molding material (46). At least one corner geometry (14) is designed as a circular cutout (32). The invention further relates to the use of the substrate (10) in a power module of a power electronics system or an inverter of a vehicle.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Substrat eines Leistungsmoduls, das mit einer Anzahl von Leiterbahnen und mit mindestens einem elektronischen Bauelement versehen ist und von einem Moldmaterial zumindest an seiner Oberseite umgeben ist, in der mindestens eine Öffnung ausgeführt ist. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Substrats in einem Leistungsmodul einer Leistungselektronik oder eines Inverters eines Fahrzeugs.The invention relates to a substrate of a power module, which is provided with a number of conductor tracks and at least one electronic component and is surrounded by a molding material at least on its upper side, in which at least one opening is formed. Furthermore, the invention relates to the use of the substrate in a power module of a power electronics system or an inverter of a vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Im Stand der Technik werden Leistungsmodule, welche beispielsweise in einer Leistungsmodul-Brücke verbaut sind, zusätzlich gemoldet. Beim Molden wird das Leistungsmodul in ein festes Schutzgehäuse, beispielsweise aus Kunststoff (Moldmaterial), eingebettet. Das Moldmaterial dient dazu, das Innere des Leistungsmoduls zu umhüllen und zu schützen. Diese Umhüllungen des Leistungsmoduls durch Moldmaterial sind jedoch nicht besonders widerstandsfähig gegen Risse.In the current state of the art, power modules, for example, those installed in a power module bridge, are additionally molded. During molding, the power module is embedded in a rigid protective housing, for example, made of plastic (mold material). The mold material serves to enclose and protect the interior of the power module. However, these mold material enclosures of the power module are not particularly resistant to cracking.

Aus der DE 11 2017 004 390 T5 ist ein Leistungsmodul bekannt, das folgende Merkmale aufweist: ein isolierendes Substrat mit einer Vorderseite, an der ein Leistungshalbleiterelement befestigt ist; eine Grundplatte, die mit einer Rückseite des isolierenden Substrats verbunden ist; ein Gehäuse, das an der Grundplatte befestigt ist und das isolierende Substrat umgibt; eine Abdeckung, die an dem Gehäuse befestigt ist und einen abgedichteten Bereich bildet; und ein Silikongel, das als Füllelement dient, das den gesamten abgedichteten Bereich ausfüllt und eine innere Spannung aufweist, die als Druckspannung wirkt.From the DE 11 2017 004 390 T5 A power module is known which has the following features: an insulating substrate having a front side to which a power semiconductor element is attached; a base plate connected to a back side of the insulating substrate; a housing which is attached to the base plate and surrounds the insulating substrate; a cover which is attached to the housing and forms a sealed area; and a silicone gel which serves as a filling element which fills the entire sealed area and has an internal stress which acts as a compressive stress.

Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere bei mit einer gemoldeten Masse umspritzten Leistungsmodulen bei bestimmten Geometrien hohe Spannungen auftreten, die zu Rissen in der Moldmasse führen können. Diese Risse bilden, insbesondere dann, wenn sie bis zu einer T+-Brücke verlaufen, einen leitfähigen Pfad zwischen zwei Potentialen und stellen dadurch ein Sicherheitsrisiko hinsichtlich der Funktion des umspritzten Leistungsmoduls dar.It has been found that, especially in power modules overmolded with a molded compound, high voltages occur with certain geometries, which can lead to cracks in the molding compound. These cracks, especially when they extend to a T+ bridge, form a conductive path between two potentials and thus pose a safety risk to the function of the overmolded power module.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Substrat eines Leistungsmoduls vorgeschlagen, das mit einer Anzahl von Leiterbahnen mit mindestens einem elektronischen Bauelement versehen ist und von einem Moldmaterial zumindest an seiner Oberseite umgeben ist, in der mindestens eine Öffnung ausgeführt ist. Die mindestens eine Öffnung ist mit spannungsoptimierten Bereichen in dem Moldmaterial gestaltet, wobei mindestens eine Eckgeometrie als kreisförmiger Freischnitt ausgebildet ist.According to the invention, a substrate of a power module is proposed, which is provided with a number of conductor tracks with at least one electronic component and is surrounded by a molding material at least on its upper side, in which at least one opening is formed. The at least one opening is designed with stress-optimized regions in the molding material, with at least one corner geometry being formed as a circular cutout.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen spannungsoptimierten Bereiche im Bereich der mindestens einen Öffnung in dem Moldmaterial kann insbesondere eine auftretende Kerbspannung drastisch herabgesetzt werden, so dass die Gefahr einer Rissbildung und Risspropagation, ausgehend von einer Eckgeometrie, entschieden vermindert wird. Hierdurch lässt sich der spannungsoptimierte Bereich bereits kurz nach Aufbringen des Moldmaterials in einem Arbeitsgang erzeugen, ohne dass eine Nachbearbeitung oder eine Umspannung des Substrats auf einen anderen Werkstückträger erforderlich wird.The stress-optimized areas proposed according to the invention in the region of at least one opening in the molding material can drastically reduce any notch stress that may occur, significantly reducing the risk of crack formation and crack propagation originating from a corner geometry. This allows the stress-optimized area to be created in a single operation shortly after the molding material is applied, without the need for post-processing or re-clamping the substrate to another workpiece carrier.

In vorteilhafter Weiterbildung ist bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Substrat der spannungsoptimierte Bereich im Moldmaterial als freigelaserter Abschnitt ausgeführt.In an advantageous further development, in the substrate proposed according to the invention, the stress-optimized area in the molding material is designed as a laser-cut section.

In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Substrat derart ausgebildet, dass der freigelaserte Bereich zwischen einem horizontalen Teil und einem vertikalen Teil einer Begrenzung der mindestens einen Öffnung angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung der freigelaserten Bereiche können die relevanten Geometrien, insbesondere die Eckbereiche hinsichtlich des dort auftretenden Spannungsniveaus erheblich entlastet werden. Advantageously, the substrate proposed by the invention is designed such that the lasered-off region is located between a horizontal part and a vertical part of a boundary of the at least one opening. The solution proposed by the invention for the lasered-off regions allows the relevant geometries, in particular the corner regions, to be significantly relieved of the stress levels occurring there.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Substrat weist der freigelaserte Bereich vorzugsweise einen Übergangsbereich auf, der als Krümmung ausgebildet ist und der in den horizontalen Teil und/oder einen vertikalen Teil der Begrenzung der mindestens einen Öffnung im Moldmaterial übergeht. Die Ausbildung von Übergangsbereichen mit Krümmungen dient in vorteilhafter Weise dazu, das sich einstellende Spannungsniveau Im Moldmaterial generell abzusenken, was deren Lebensdauer drastisch erhöht.In the substrate proposed according to the invention, the laser-cut region preferably has a transition region formed as a curve that transitions into the horizontal part and/or a vertical part of the boundary of the at least one opening in the molding material. The formation of transition regions with curves advantageously serves to generally reduce the stress level that develops in the molding material, which drastically increases its service life.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Substrat ist vorgesehen, dass der freigelaserte Bereich in der Ebene des Moldmaterials ausgeführt ist, die oberhalb einer Ebene des Substrats verläuft. Damit kann die Laserbearbeitung des Moldmaterials in der relevanten Ebene erfolgen, nämlich in derjenigen des Moldmaterials, wodurch ein erneutes Überfahren der Ebene des Substrats eingespart werden kann.In the substrate proposed according to the invention, the laser-removed area is located in the plane of the molding material, which extends above a plane of the substrate. This allows the laser processing of the molding material to take place in the relevant plane, namely that of the molding material, thus eliminating the need to repeatedly traverse the plane of the substrate.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Substrat verlaufen die freigelaserten Bereiche in einander gegenüberliegenden Eckgeometrien. Dadurch lassen sich sämtliche relevanten Eckgeometrien einer in einer beliebigen Geometrie ausgeführten, mindestens einen Öffnung im Moldmaterial in spannungstechnischer Hinsicht optimieren.In the substrate proposed according to the invention, the lasered areas run in Opposing corner geometries. This allows all relevant corner geometries of at least one opening in the mold material, designed in any geometry, to be optimized in terms of stress-related properties.

In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Substrats ist eine Aufbauhöhe eines Moldmaterials des Moldmaterials, ausgehend von der Oberseite des Substrats mehrstufig ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsvariante kann der freigelaserte Bereich zumindest in der unmittelbar oberhalb des Substrats verlaufenden ersten Stufe der mehrstufig ausgebildeten Aufbauhöhe ausgebildet werden.In one embodiment of the substrate proposed according to the invention, the build-up height of a molding material is formed in multiple stages, starting from the top side of the substrate. According to this embodiment, the laser-exposed region can be formed at least in the first stage of the multi-stage build-up height, extending directly above the substrate.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Substrats in einem Leistungsmodul einer Leistungselektronik oder eines Inverters eines Fahrzeugs.Furthermore, the invention relates to the use of the substrate in a power module of a power electronics system or an inverter of a vehicle.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung des Substrats, insbesondere dessen Moldumhüllung an seiner Oberseite, kann erreicht werden, dass eine Rissbildung beziehungsweise eine Risspropagation unterbunden werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen spannungsoptimierten Bereiche, insbesondere in der Eckgeometrie der Begrenzung der mindestens einen Öffnung im Moldmaterial, wird die Kerbspannung, die in den Eckgeometrien, insbesondere aufgrund von Verrundungen auftritt, drastisch herabgesetzt. Damit wird die Lebensdauer des Moldmaterials verlängert, da sich Risse aufgrund des drastisch herabgesetzten Spannungsniveaus gar nicht erst einstellen. Dadurch wird auch dem Aspekt Rechnung getragen, dass bei Auftreten eines Risses Strompfade zwischen den Potentialen gebildet werden könnten, welche einen sicherheitsrelevanten Aspekt beim Einsatz von Substraten beziehungsweise Leistungsmodulen, beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen darstellen können. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird die Standzeit des Moldmaterials und deren Schutzfunktion für die durch diese abgedeckten Komponenten, insbesondere die Leiterbahnen oder mindestens ein elektronisches Bauelement, auf der Oberseite des Substrats signifikant erhöht.The design of the substrate proposed according to the invention, in particular its mold encapsulation on its upper side, makes it possible to prevent crack formation or crack propagation. The stress-optimized regions proposed according to the invention, in particular in the corner geometry of the boundary of the at least one opening in the mold material, drastically reduce the notch stress that occurs in the corner geometries, particularly due to rounding. This extends the service life of the mold material because cracks do not even occur due to the drastically reduced stress level. This also takes into account the fact that, if a crack occurs, current paths could form between the potentials, which can represent a safety-relevant aspect when using substrates or power modules, for example in electrically powered vehicles. The solution proposed according to the invention significantly increases the service life of the mold material and its protective function for the components covered by it, in particular the conductor tracks or at least one electronic component, on the upper side of the substrate.

Werden die spannungsoptimierten Bereiche beispielsweise durch freigelaserte Ausschnitte gefertigt, so ergibt sich kurz nach dem Aushärten des Moldmaterials die Möglichkeit, in ein und derselben Aufspannung des Substrats sämtliche Bereiche zu bearbeiten und Ausschnitte in Eckgeometrien anzubringen. Diese gehen vorzugsweise an Übergangsbereichen mit geschwungenen Krümmungen in Horizontalteile beziehungsweise Vertikalteile von Öffnungen im Moldmaterial über, so dass insgesamt gesehen das in der Begrenzung der mindestens einen Öffnung auftretende Spannungsniveau herabgesetzt werden kann, was im Hinblick auf die Lebensdauer äußerst vorteilhaft ist.If the stress-optimized areas are manufactured, for example, by laser-cutting cutouts, it becomes possible shortly after the mold material has cured to machine all areas in one and the same substrate setup and to create cutouts in corner geometries. These preferably transition into horizontal or vertical parts of openings in the mold material at transition areas with curved curves, so that overall, the stress level occurring in the boundary of at least one opening can be reduced, which is extremely advantageous with regard to service life.

Des Weiteren können durch die mittels Laserfertigung geschaffenen, spannungsoptimierten Bereiche im Moldmaterial im Rahmen von Großserienfertigung günstige Herstellkosten erreicht werden. Bei den eingesetzten Moldmaterialien handelt es sich insbesondere um Moldmaterialien, welche einen effektiven Schutz der auf der Oberseite des Substrats angeordneten Leiterbahn beziehungsweise des elektronischen Bauelements bewirken und andererseits nach Aushärtung einer Nachbearbeitung, beispielsweise durch ein Laserschneidverfahren, zugänglich sind.Furthermore, the stress-optimized areas in the mold material created by laser manufacturing allow for low manufacturing costs in large-scale production. The mold materials used are, in particular, mold materials that provide effective protection for the conductor track or electronic component arranged on the top side of the substrate and, at the same time, are amenable to post-processing after curing, for example, using a laser cutting process.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

1 ein Substrat mit in dessen Moldmaterial verlaufendem Riss,
2 eine vergrößerte Darstellung eines spannungsoptimierten Bereichs gemäß der vorliegenden Erfindung in der Ebene des Moldmaterials,
3 eine perspektivische Ansicht einer Aufbauhöhe des Moldmaterials auf der Oberseite des Substrats und
4 eine perspektivische Darstellung des Moldmaterials mit einem vergrößert dargestellten kreisförmigen Freischnitt im Bereich einer Eckgeometrie.

They show:

1 a substrate with a crack running through its molding material,
2 an enlarged view of a stress-optimized area according to the present invention in the plane of the molding material,
3 a perspective view of a build-up height of the molding material on top of the substrate and
4 a perspective view of the mold material with an enlarged circular cutout in the area of a corner geometry.

Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass ein Substrat 10 mit einer Anzahl von parallel zueinander verlaufenden Leiterbahnen 12 mit unterschiedlichen Verläufen ausgebildet ist. Eine Öffnung 18 in einem Moldmaterial 46 weist mindestens eine Eckgeometrie 14 auf, die als Verrundung 16 dargestellt ist. Die mindestens eine Öffnung 18 im Moldmaterial 46 wird durch eine Begrenzung 22 definiert. Vom Grund der Eckgeometrie 14 erstreckt sich ein Riss 24 gemäß einem Rissverlauf 26 im Moldmaterial 46. Durch den Riss 24 und dessen Rissverlauf 26 im Moldmaterial 46 kann ein leitfähiger Pfad zwischen zwei Potentialen entstehen, der ein Sicherheitsrisiko für den Einsatz des Substrats 10 im Rahmen eines Leistungsmoduls an einem Fahrzeug, insbesondere einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug darstellen kann.According to the illustration 1 It can be seen that a substrate 10 is formed with a number of conductor tracks 12 running parallel to one another with different courses. An opening 18 in a molding material 46 has at least one corner geometry 14, which is represented as a rounding 16. The at least one opening 18 in the molding material 46 is defined by a boundary 22. A crack 24 extends from the base of the corner geometry 14 according to a crack course 26 in the molding material 46. The crack 24 and its crack course 26 in the molding material 46 can create a conductive path between two potentials, which can represent a safety risk for the use of the substrate 10 as part of a power module on a vehicle, in particular an electrically powered vehicle.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In the following description of the embodiments of the invention, identical or similar elements are designated by the same reference numerals, whereby a repeated description of these elements is omitted in individual cases. The figures only schematically illustrate the subject matter of the invention.

Der Darstellung gemäß 2 ist eine vergrößerte Darstellung einer erfindungsgemäß gestalteten Eckgeometrie 14 eines Moldmaterials 46 zu entnehmen. Gemäß der Draufsicht in 2 befindet sich das Moldmaterial 46 in einer Ebene 34 oberhalb einer Ebene 36, in welcher das Substrat 10 mit seinen Leiterbahnen 12 liegt, von denen in der Draufsicht gemäß 2 lediglich eine dargestellt ist. Der Draufsicht gemäß 2 ist zu entnehmen, dass ein hier dargestellter spannungsoptimierter Bereich 50 im Bereich der Eckgeometrie 14 als ein kreisförmiger Freischnitt 32 beschaffen ist, der einen Rundungsradius 30 aufweist. Der spannungsoptimierte Bereich 50 gemäß der Darstellung in 2 wird als freigelaserter Ausschnitt 52 im Moldmaterial 46 durch Laserbearbeitung hergestellt. Entsprechend der Verfahrgeschwindigkeit des Lasers lassen sich unterschiedliche Rundungsradien 30 einstellen, die zu größeren oder kleineren kreisförmigen Freischnitten 32 führen können. Die Eckgeometrie 14 liegt zwischen einem horizontalen Teil 42 und einem sich senkrecht zu diesem erstreckenden vertikalen Teil 44 der Begrenzung 22 der mindestens einen Öffnung 18 im Moldmaterial 46.According to the illustration 2 is an enlarged view of a corner geometry 14 of a molding material 46 designed according to the invention. According to the plan view in 2 the molding material 46 is located in a plane 34 above a plane 36 in which the substrate 10 with its conductor tracks 12 is located, of which in the plan view according to 2 only one is shown. The top view according to 2 It can be seen that a stress-optimized area 50 shown here in the area of the corner geometry 14 is designed as a circular cutout 32 having a rounding radius 30. The stress-optimized area 50 as shown in 2 is produced by laser processing as a laser-cut cutout 52 in the mold material 46. Depending on the laser travel speed, different rounding radii 30 can be set, which can result in larger or smaller circular cutouts 32. The corner geometry 14 lies between a horizontal part 42 and a vertical part 44 extending perpendicularly thereto of the boundary 22 of the at least one opening 18 in the mold material 46.

Aus 2 geht des Weiteren hervor, dass beispielsweise am horizontalen Teil 42 der Begrenzung 22 ein Übergangsbereich 38 ausgebildet sein kann. Innerhalb des Übergangsbereichs 38 weist das Moldmaterial 46 eine Krümmung 40 auf, wodurch ein allmählicher Übergang in den spannungsoptimierten Bereich 50 in Gestalt des freigelaserten Ausschnitts 52 erreicht werden kann. Je sanfter beziehungsweise gleichmäßiger die Übergangsbereiche 38 zwischen dem Horizontalteil 42 und dem Vertikalteil 44 ausgebildet werden, eine desto günstigere Spannungsverteilung ergibt sich im Moldmaterial 46. Eine Absenkung des Spannungsniveaus im Moldmaterial 46 führt dazu, dass dessen Lebensdauer und mithin dessen Schutzfunktion erheblich erhöht werden kann. Des Weiteren können sicherheitsrelevante Fehler, wie zum Beispiel das Auftreten einer Rissbildung und damit einhergehenden elektrisch leitfähigen Pfaden, verhindert werden, was einen zusätzlichen Sicherheitsaspekt über die Lebensdauer des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, mit zumindest an seiner Oberseite mit einem Moldmaterial 46 geschützten Substrat 10 mit sich bringt.Out of 2 It is further apparent that, for example, a transition region 38 can be formed on the horizontal part 42 of the boundary 22. Within the transition region 38, the molding material 46 has a curvature 40, whereby a gradual transition into the stress-optimized region 50 in the form of the laser-cut cutout 52 can be achieved. The smoother or more uniform the transition regions 38 between the horizontal part 42 and the vertical part 44 are formed, the more favorable the stress distribution results in the molding material 46. A reduction in the stress level in the molding material 46 leads to a significant increase in its service life and thus its protective function. Furthermore, safety-relevant defects, such as the occurrence of cracks and the associated electrically conductive paths, can be prevented, which brings with it an additional safety aspect over the service life of the substrate 10 proposed according to the invention, which is protected at least on its upper side with a molding material 46.

Wenngleich in der Darstellung gemäß 2 lediglich eine Eckgeometrie 14 der mindestens einen Öffnung 18 dargestellt ist, können in vorteilhafter Weise sämtliche Eckgeometrien 14 einer Öffnung 18, die in einem beliebigen Querschnitt ausgebildet sein kann, mit eben jenen spannungsoptimierten Bereichen 50 versehen werden, so dass sich Spannungsüberhöhung aufgrund der Kerbwirkung in den Verrundungen 16 der Eckgeometrien 14 durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erheblich reduzieren lässt.Although in the representation according to 2 only one corner geometry 14 of the at least one opening 18 is shown, all corner geometries 14 of an opening 18, which can be formed in any desired cross-section, can advantageously be provided with precisely those stress-optimized regions 50, so that the stress increase due to the notch effect in the roundings 16 of the corner geometries 14 can be considerably reduced by the solution proposed according to the invention.

Der Darstellung gemäß 3 ist eine perspektivische Draufsicht auf ein Substrat 10 zu entnehmen, auf die in einer Aufbauhöhe 48 ein Moldmaterial 46 aufgebracht ist. Aus der perspektivischen Darstellung gemäß 3 ergibt sich, dass das Moldmaterial 46 stufenförmig aufgebaut ist. Ausgehend von einer ersten Stufe 54, die sich unmittelbar oberhalb der Leiterbahnen 12 des Substrats 10 befindet, sind eine zweite Stufe 56 und eine abschließende dritte Stufe 58 aus Moldmaterial 46 gefertigt, wobei letztgenannte dritte Stufe 58 die Oberseite der Aufbauhöhe 48 bildet. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen spannungsoptimierten Bereiche 50 befinden sich als freigelaserte Ausschnitte 52 in den Eckgeometrien 14, die die in 3 in perspektivischer Draufsicht dargestellte Öffnung 18 begrenzen. Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass beispielsweise an der Längsseite der ersten Stufe 54 die spannungsoptimierten Bereiche 50 als kreisförmige Freischnitte 32 im Rundungsradius 30 beschaffen sind, wodurch das Spannungsniveau in den einander gegenüberliegenden Eckgeometrien 14 der mindestens einen Öffnung 18 im Moldmaterial 46 drastisch reduziert werden kann. Aus der perspektivischen Draufsicht gemäß 3 ergibt sich des Weiteren, dass auf dem Substrat 10 eine Anzahl von Leiterbahnen 12 in unterschiedlichen Geometrien verlaufen. Wenngleich in der Darstellung gemäß 3 die spannungsoptimierten Bereiche 50 im Bereich der ersten Stufe 54 angeordnet sind, so könnten diese auch an den Eckgeometrien 14 der zweiten Stufe 56 oder der dritten Stufe 58 ausgebildet sein. Die Aufbauhöhe 48 des Moldmaterials 46 ergibt sich je nach Erfordernissen und hängt davon ab, wie viele elektronische Bauelemente zusätzlich zu den Leiterbahnen 12 auf der Oberseite des Substrats 10 angeordnet beziehungsweise elektrisch kontaktiert werden.According to the illustration 3 is a perspective top view of a substrate 10, onto which a molding material 46 is applied at a build-up height 48. From the perspective view according to 3 It can be seen that the molding material 46 is constructed in steps. Starting from a first step 54, which is located directly above the conductor tracks 12 of the substrate 10, a second step 56 and a final third step 58 are made of molding material 46, the latter third step 58 forming the upper side of the construction height 48. The stress-optimized regions 50 proposed according to the invention are located as laser-cut cutouts 52 in the corner geometries 14, which 3 limit the opening 18 shown in perspective top view. From the illustration according to 3 It can be seen that, for example, on the long side of the first step 54, the stress-optimized areas 50 are designed as circular cutouts 32 with a rounding radius 30, whereby the stress level in the opposing corner geometries 14 of the at least one opening 18 in the molding material 46 can be drastically reduced. From the perspective top view according to 3 It is also evident that a number of conductor tracks 12 in different geometries run on the substrate 10. Although in the illustration according to 3 If the voltage-optimized regions 50 are arranged in the region of the first stage 54, they could also be formed at the corner geometries 14 of the second stage 56 or the third stage 58. The structural height 48 of the molding material 46 is determined according to requirements and depends on how many electronic components are arranged or electrically contacted in addition to the conductor tracks 12 on the top side of the substrate 10.

Aus der Darstellung gemäß 3 ergibt sich weiterhin, dass die hier perspektivisch dargestellte Öffnung 18 durch die Begrenzung 22 definiert ist, die von den jeweiligen Eckgeometrien 14 ausgehende horizontale Teile 42 beziehungsweise vertikale Teile 44 aufweist.From the representation according to 3 It also follows that the opening 18 shown here in perspective is defined by the boundary 22, which has horizontal parts 42 and vertical parts 44 extending from the respective corner geometries 14.

4 ist zu entnehmen, dass der spannungsoptimierte Bereich 50 als kreisförmiger Freischnitt 32 ausgebildet ist, von dem aus sich ein Übergangsbereich 38 erstreckt. Im Vergleich zu der Eckgeometrie 14 gemäß der Darstellung in 1 stellt sich ein zumindest um ca. 30 % geringeres Spannungsniveau im Bereich der Eckgeometrie 14 in der Ausführungsvariante gemäß 4 ein, so dass das am Kerbgrund der Verrundung 16 der Eckgeometrie 14 herrschende Spannungsniveau erheblich herabgesetzt ist und eine vom Kerbgrund der Verrundung 16 der Eckgeometrie 14 bei erfindungsgemäß vorgeschlagener Ausgestaltung ausgehende Rissbildung weitestgehend ausgeschlossen werden kann. 4 It can be seen that the voltage-optimized area 50 is designed as a circular free section 32 is formed, from which a transition region 38 extends. In comparison to the corner geometry 14 according to the illustration in 1 a stress level in the area of the corner geometry 14 is at least approximately 30% lower in the design variant according to 4 so that the stress level prevailing at the notch root of the fillet 16 of the corner geometry 14 is considerably reduced and crack formation originating from the notch root of the fillet 16 of the corner geometry 14 can be largely excluded in the design proposed according to the invention.

Bei der in den 2, 3 und 4 dargestellten mindestens einen Öffnung 18 im Moldmaterial 46 kann es sich beispielsweise um einen Signalpadbereich handeln, der durch die Begrenzung 22 definiert ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den 2 bis 4 ist die mindestens eine Öffnung 18 rechteckfömig oder quadratisch beschaffen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann ein Freischnitt 32 in kritischen Bereichen, insbesondere im Bereich der Eckgeometrien 14 des Moldmaterials 46 geschaffen werden, wodurch die in den Eckgeometrien 14 ansonsten auftretenden hohen Kerbspannungen drastisch herabgesetzt werden. Durch die spannungsoptimierten Bereiche 50 in Gestalt der freigelaserten Ausschnitte 52 können die auftretenden Spannungen im Moldmaterial 46 über Lebensdauer reduziert werden und somit das Auftreten von Rissen 24 verhindert werden.In the 2 , 3 and 4 The at least one opening 18 shown in the molding material 46 can, for example, be a signal pad area defined by the boundary 22. In the illustrated embodiment according to the 2 to 4 The at least one opening 18 is rectangular or square. The solution proposed by the invention allows a free cut 32 to be created in critical areas, particularly in the area of the corner geometries 14 of the molding material 46, thereby drastically reducing the high notch stresses that otherwise occur in the corner geometries 14. The stress-optimized areas 50 in the form of the laser-cut cutouts 52 allow the stresses occurring in the molding material 46 to be reduced over the service life, thus preventing the occurrence of cracks 24.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, numerous modifications are possible within the scope of the claims, which are within the scope of one skilled in the art.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 11 2017 004 390 T5 [0003]

Claims

Substrate (10) of a power module, which is provided with a number of conductor tracks (12) and with at least one electronic component and is surrounded by a molding material (46) at least on its upper side, in which at least one opening (18) is made, characterized in that the at least one opening (18) is designed with at least one voltage-optimized region (50) in the molding material (46) and at least one corner geometry (14) is designed as a circular free cut (32).

Substrate (10) according to Claim 1 , characterized in that the at least one stress-optimized region (50) in the molding material (46) is designed as a laser-cut section (52).

Substrate (10) according to the Claims 1 and 2 , characterized in that the lasered area (52) is positioned between a horizontal part (42) and a vertical part (44) of a boundary (22).

Substrate (10) according to Claim 3 , characterized in that the lasered area (52) has a transition area (38) which, as a curvature (40), merges into the horizontal part (42) and/or the vertical part (44) of the boundary (22).

Substrate (10) according to the Claims 1 until 4 , characterized in that the lasered-free area (52) in the molding material (46) is formed in a plane (34) of the molding material (46) which extends above a plane (36) of the substrate (10).

Substrate (10) according to the Claims 1 until 5 , characterized in that the lasered areas (52) run in mutually opposite corner geometries (14) of the at least one opening (18).

Substrate (10) according to the Claims 1 until 6 , characterized in that a construction height (48) of the molding material (46), starting from the top side of the substrate (10), contains several steps (54, 56, 58).

Substrate (10) according to Claim 7 , characterized in that the lasered area (52) extends at least in the first step (54) of the molding material (46) extending above the substrate (10).

Use of the substrate (10) according to one of the Claims 1 until 8 in a power module of a vehicle's power electronics or inverter.