DE102023129417A1

DE102023129417A1 - Printed circuit board assembly and method for its manufacture

Info

Publication number: DE102023129417A1
Application number: DE102023129417.2A
Authority: DE
Inventors: Uwe Waltrich
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2023-10-25
Filing date: 2023-10-25
Publication date: 2025-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung, die aufweist: eine Leiterplatte (1), mindestens ein elektrisches Modul (2), das eine Oberseite (21) und eine Unterseite (22) sowie eine Mehrzahl von ersten elektrischen Kontaktflächen (27) auf der Oberseite (21) aufweist, wobei das elektrische Modul (2) unter Ausbildung eines Spalts (9) mit seiner Oberseite (21) an der Unterseite (12) der Leiterplatte (1) angeordnet ist, und ein Underfillmaterial (7), das sich in dem Spalt (9) zwischen der Oberseite (21) des elektrischen Moduls (2) und der Unterseite (12) der Leiterplatte (1) erstreckt. Es ist vorgesehen, dass in der Leiterplatte (1) mindestens ein Loch (110) ausgebildet ist, das dafür vorgesehen und geeignet ist, Underfillmaterial (7) in den Spalt (9) zwischen der Oberseite (21) des elektrischen Moduls (2) und der Unterseite (12) der Leiterplatte (1) zu applizieren. Dabei ist das mindestens eine Loch (110) derart in der Leiterplatte (1) positioniert, dass es einem Bereich (29) auf der Oberseite (21) des elektrischen Moduls (1), der zwischen mindestens zwei der ersten elektrischen Kontaktflächen (27) liegt, gegenüberliegt. Das Underfillmaterial (7) erstreckt sich im Loch (110) und im Spalt (9). Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplattenanordnung.

The invention relates to a printed circuit board arrangement comprising: a printed circuit board (1), at least one electrical module (2) having a top side (21) and a bottom side (22) and a plurality of first electrical contact surfaces (27) on the top side (21), wherein the electrical module (2) is arranged with its top side (21) on the bottom side (12) of the printed circuit board (1) to form a gap (9), and an underfill material (7) extending in the gap (9) between the top side (21) of the electrical module (2) and the bottom side (12) of the printed circuit board (1). It is provided that at least one hole (110) is formed in the printed circuit board (1), which hole is intended and suitable for applying underfill material (7) into the gap (9) between the top side (21) of the electrical module (2) and the bottom side (12) of the printed circuit board (1). The at least one hole (110) is positioned in the printed circuit board (1) such that it faces a region (29) on the top side (21) of the electrical module (1) that lies between at least two of the first electrical contact surfaces (27). The underfill material (7) extends in the hole (110) and in the gap (9). The invention further relates to a method for producing such a printed circuit board arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplattenanordnung.The invention relates to a printed circuit board arrangement according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a printed circuit board arrangement.

Es ist bekannt, leiterplattenbasierte Leistungselektronikbaugruppen an der Unterseite einer Leiterplatte bzw. Schaltungsplatine anzuordnen. Dabei entsteht ein Spalt zwischen den Prepackage-Modulen und der Leiterplatte. Es ist bekannt, zur Isolation eines solchen Spaltes ein Underfillmaterial einzusetzen, das den Spalt ausfüllt. Der entsprechende Underfillprozess umfasst das Applizieren einer definierten Menge eines Underfillmaterials entlang mindestens einer Seite des jeweiligen Modul, wobei sich das Underfillmaterial durch Kapillarwirkung in den Spalt ausbreitet. Dem muss ein stabiler Reinigungsprozess vorangehen, um eine gute Benetzung des Underfills an den Spaltoberflächen zu gewährleisten. Beim Underfillprozess sind Lufteinschlüsse, die nur mit einem aufwändigen Inspektionsverfahren detektierbar sind, zu vermeiden.It is known to arrange printed circuit board-based power electronics assemblies on the underside of a printed circuit board or circuit board. This creates a gap between the prepackage modules and the printed circuit board. To insulate such a gap, it is known to use an underfill material that fills the gap. The corresponding underfill process involves applying a defined amount of underfill material along at least one side of the respective module, with the underfill material spreading into the gap through capillary action. This must be preceded by a robust cleaning process to ensure good wetting of the underfill on the gap surfaces. During the underfill process, air pockets, which can only be detected using a complex inspection procedure, must be avoided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattenanordnung bereitzustellen, die eine verbesserte Applikation eines Underfillmaterials ermöglicht. Des Weiteren soll ein entsprechendes Herstellungsverfahren bereitgestellt werden.The invention is based on the object of providing a printed circuit board assembly that enables improved application of an underfill material. Furthermore, a corresponding manufacturing method is to be provided.

Diese Aufgabe wird durch eine Leiterplattenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 14 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a printed circuit board assembly having the features of claim 1 and a method having the features of claim 14. Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Danach betrachtet die Erfindung in einem ersten Erfindungsaspekt eine Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite sowie mindestens ein elektrisches Modul aufweist. Das elektrische Modul umfasst eine Oberseite und eine Unterseite sowie eine Mehrzahl von ersten elektrischen Kontaktflächen auf der Oberseite, wobei das elektrische Modul unter Ausbildung eines Spalts mit seiner Oberseite an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist. Weiter ist ein Underfillmaterial vorhanden, das sich in dem Spalt zwischen der Oberseite des elektrischen Moduls und der Unterseite der Leiterplatte erstreckt.Accordingly, in a first aspect, the invention provides a printed circuit board assembly comprising a printed circuit board with a top side and a bottom side, as well as at least one electrical module. The electrical module comprises a top side and a bottom side, as well as a plurality of first electrical contact surfaces on the top side, wherein the electrical module is arranged with its top side on the bottom side of the printed circuit board, forming a gap. Furthermore, an underfill material is present, which extends into the gap between the top side of the electrical module and the bottom side of the printed circuit board.

Es ist weiter vorgesehen, dass in der Leiterplatte mindestens ein Loch ausgebildet ist, das dafür vorgesehen und geeignet ist, Underfillmaterial in den Spalt zwischen der Oberseite des elektrischen Moduls und der Unterseite der Leiterplatte zu applizieren. Dabei ist das mindestens eine Loch derart in der Leiterplatte positioniert ist, dass es einem Bereich auf der Oberseite des elektrischen Moduls, der zwischen mindestens zwei der ersten elektrischen Kontaktflächen liegt, gegenüberliegt. Das Underfillmaterial erstreckt sich im Loch und im Spalt.It is further provided that at least one hole is formed in the circuit board, which is intended and suitable for applying underfill material into the gap between the top side of the electrical module and the bottom side of the circuit board. The at least one hole is positioned in the circuit board such that it faces a region on the top side of the electrical module that lies between at least two of the first electrical contact surfaces. The underfill material extends in the hole and in the gap.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, die Befüllung des Spalts zwischen dem elektrischen Modul und der Leiterplatte mit Underfillmaterial über ein Loch vorzunehmen, dass in der Leiterplatte ausgebildet und dabei derart positioniert ist, dass über das Loch appliziertes Underfillmaterial zwischen den elektrischen Kontakten eingebracht wird und sich somit nicht von einer Randposition, sondern von einer mittigen Position heraus im Spalt zwischen dem elektrischen Modul und der Leiterplatte durch Kapillarwirkung ausbreitet. Durch die mittige Applikation des Underfillmaterials zwischen den elektrischen Kontakten kann sich das Material in alle Raumrichtungen gleichmäßig ausbreiten, wobei die Wahrscheinlichkeit von Lufteinschlüssen durch sich treffende Fließfronten verringert wird.The inventive solution is based on the idea of filling the gap between the electrical module and the circuit board with underfill material via a hole formed in the circuit board and positioned such that the underfill material applied via the hole is introduced between the electrical contacts and thus spreads through capillary action from a central position rather than from an edge position in the gap between the electrical module and the circuit board. The central application of the underfill material between the electrical contacts allows the material to spread evenly in all spatial directions, reducing the likelihood of air inclusions caused by intersecting flow fronts.

Ein weiterer, mit der erfindungsgemäßen Lösung verbundener Vorteil besteht darin, dass durch das mindestens eine Loch in der Leiterplatte die Zugänglichkeit von Reinigungsmittel während eines Waschprozesses verbessert wird, was die Effizienz des Waschprozesses erhöht. Ein verbesserter Waschprozess wiederum verbessert die Voraussetzungen für eine gute Benetzung des Underfillmaterials bei dessen Einbringung in den Spalt zwischen dem elektrischen Modul und der Leiterplatte.A further advantage associated with the solution according to the invention is that the at least one hole in the circuit board improves the accessibility of cleaning agents during a washing process, which increases the efficiency of the washing process. An improved washing process, in turn, improves the conditions for good wetting of the underfill material when it is introduced into the gap between the electrical module and the circuit board.

Es wird darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung stets diejenige Seite der Leiterplatte, die dem elektrischen Modul zugewandt ist, als Unterseite der Leiterplatte bezeichnet wird. Entsprechend wird stets diejenige Seite des elektrischen Moduls, die der Leiterplatte zugewandt ist, als Oberseite des elektrischen Moduls bezeichnet, unabhängig von der tatsächlichen Positionierung im Raum.It should be noted that, for the purposes of the present invention, the side of the circuit board facing the electrical module is always referred to as the underside of the circuit board. Accordingly, the side of the electrical module facing the circuit board is always referred to as the top side of the electrical module, regardless of its actual spatial positioning.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die ersten Kontaktflächen Lotpads für einen Drain-Anschluss, für einen Gate-Anschluss und für einen Source-Anschluss eines elektrischen Bauelements des elektrischen Moduls umfassen, wobei das mindestens eine Loch gegenüberliegend einem Bereich zwischen zumindest zwei dieser Lotpads positioniert ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Loch gegenüberliegend einem Bereich zwischen den Lotpads für den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss einerseits und dem Lotpad für den Drain-Anschluss andererseits positioniert ist, wobei die Lotpads für den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss einerseits und das Lotpad für den Drain-Anschluss andererseits angrenzend an gegenüberliegende Seitenkanten der Oberseite des elektrischen Moduls angeordnet sind.One embodiment of the invention provides that the first contact surfaces comprise solder pads for a drain terminal, for a gate terminal, and for a source terminal of an electrical component of the electrical module, wherein the at least one hole is positioned opposite a region between at least two of these solder pads. In particular, it can be provided that the at least one hole is positioned opposite a region between the solder pads for the gate terminal and the source terminal, on the one hand, and the solder pad for the drain terminal, on the other hand, wherein the solder pads for the gate terminal and the source terminal, on the one hand, and the solder pad for the drain terminal, on the other hand, are arranged adjacent to opposite side edges of the top side of the electrical module.

Diese Ausgestaltung nutzt die Erkenntnis, dass der mittige Bereich zwischen den Lotpads für den Gate-Anschluss und den Source-Anschluss einerseits und dem Lotpad für den Drain-Anschluss andererseits für die Applikation von Underfillmaterial geeignet ist. Über das zugehörige Loch eingebrachtes Underfillmaterial kann sich von diesem mittigen Bereich heraus gleichmäßig ausbreiten. An der Unterseite der Leiterplatte ausgebildete zweite Kontaktflächen, die mit den ersten Kontaktflächen auf der Oberseite des elektrischen Moduls korrespondieren und mit diesen elektrisch verbunden sind, weisen einen entsprechenden Bereich ohne Lotpads auf, so dass die Einbringung des Lochs in die Leiterplatte in diesem Bereich erfolgen kann, ohne elektrische Metalllagen zu beschädigen.This design utilizes the knowledge that the central region between the solder pads for the gate connection and the source connection, on the one hand, and the solder pad for the drain connection, on the other, is suitable for the application of underfill material. Underfill material introduced via the corresponding hole can spread evenly from this central region. Second contact surfaces formed on the underside of the circuit board, which correspond to and are electrically connected to the first contact surfaces on the top side of the electrical module, have a corresponding region without solder pads, so that the hole can be created in the circuit board in this region without damaging electrical metal layers.

Das mindestens eine Loch, das in die Leiterplatte eingebracht ist, kann grundsätzlich eine beliebige Querschnittsform aufweisen. In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Loch im Querschnitt kreisförmig ausgebildet. In einer anderen Ausgestaltung ist das mindestens eine Loch im Querschnitt als Langloch ausgebildet.The at least one hole formed in the circuit board can, in principle, have any cross-sectional shape. In one embodiment, the at least one hole has a circular cross-section. In another embodiment, the at least one hole has an elongated cross-section.

Der Durchmesser des mindestens einen Lochs ist derart gewählt, dass sich das Underfillmaterial aufgrund der Kapillarwirkung zunächst im Spalt zwischen dem elektrischen Modul und der Leiterplatte ausbreiten kann und anschließend das Loch selbst auffüllt. In Ausgestaltungen weist das Loch einen Durchmesser im Bereich zwischen 1,5 mm und 4 mm, insbesondere im Bereich zwischen 2 mm und 3 mm auf. Als Durchmesser des Loches wird dabei der größte Durchmesser des Loches bezeichnet, sofern das Loch keinen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Bei einem als Langloch ausgebildeten Loch ist der größte Durchmesser somit identisch mit der Breite des Langlochs.The diameter of the at least one hole is selected such that the underfill material can initially spread in the gap between the electrical module and the circuit board due to capillary action and then fills the hole itself. In embodiments, the hole has a diameter in the range between 1.5 mm and 4 mm, in particular in the range between 2 mm and 3 mm. The diameter of the hole is referred to as the largest diameter of the hole, unless the hole has a circular cross-section. In the case of a hole designed as an elongated hole, the largest diameter is thus identical to the width of the elongated hole.

Das mindestens eine Loch ist in einer Ausgestaltung derart in der Leiterplatte positioniert, dass es in dem Bereich auf der Oberseite des elektrischen Moduls, der zwischen mindestens zwei der ersten elektrischen Kontaktflächen liegt, bezogen auf zumindest zwei gegenüberliegende Seitenkanten der Oberseite des elektrischen Moduls zentriert ist. Das Kriterium der Anordnung des Lochs zwischen mindestens zwei der ersten elektrischen Kontaktflächen ist somit dahingehend präzisiert, dass sich das Loch mittig zwischen mindestens zwei der Seitenkanten erstreckt.In one embodiment, the at least one hole is positioned in the circuit board such that it is centered in the region on the top side of the electrical module that lies between at least two of the first electrical contact surfaces, relative to at least two opposite side edges of the top side of the electrical module. The criterion for arranging the hole between at least two of the first electrical contact surfaces is thus specified in such a way that the hole extends centrally between at least two of the side edges.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das mindestens eine Loch in einem Bereich der Leiterplatte ausgebildet ist, in dem sich keine Metalllagen bzw. Kupferbahnen der Leiterplatte erstrecken. Eine Leiterplatte umfasst metallische Schichten und elektrisch isolierende Schichten. Dieser Ausgestaltung sieht somit vor, dass das mindestens eine Loch sich ausschließlich durch elektrisch isolierende Schichten erstreckt.A further embodiment provides that the at least one hole is formed in a region of the circuit board in which no metal layers or copper tracks of the circuit board extend. A circuit board comprises metallic layers and electrically insulating layers. This embodiment thus provides that the at least one hole extends exclusively through electrically insulating layers.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterseite der Leiterplatte eine Mehrzahl von zweiten elektrischen Kontaktflächen auf, die mit den ersten elektrischen Kontaktflächen über ein Lotmaterial elektrisch verbunden sind. Das verwendete Lotmaterial führt dabei zu dem Spalt zwischen dem elektrischen Modul und der Leiterplatte (wobei der Spalt sich seitlich der Lotverbindungen erstreckt). Jeder der ersten elektrischen Kontaktflächen des Moduls ist dabei eine entsprechende zweite elektrische Kontaktfläche der Leiterplatte zugeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen ersten und zweiten elektrischen Kontaktflächen eine identische oder ähnliche geometrische Form aufweisen. Insofern ist das mindestens eine Loch auch mittig zwischen mindestens zwei der zweiten elektrischen Kontaktflächen positioniert.According to a further embodiment of the invention, the underside of the circuit board has a plurality of second electrical contact surfaces that are electrically connected to the first electrical contact surfaces via a solder material. The solder material used leads to the gap between the electrical module and the circuit board (wherein the gap extends laterally of the solder connections). Each of the first electrical contact surfaces of the module is assigned a corresponding second electrical contact surface of the circuit board. It can be provided that the respective first and second electrical contact surfaces have an identical or similar geometric shape. In this respect, the at least one hole is also positioned centrally between at least two of the second electrical contact surfaces.

Die ersten und die zweiten elektrischen Kontaktflächen werden beispielsweise durch Lotpads bereitgestellt, die über ein Lotmaterial elektrisch verbunden sind.The first and second electrical contact surfaces are provided, for example, by solder pads that are electrically connected via a solder material.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das elektrische Modul umfasst:

- einen keramischen Schaltungsträger, der eine isolierende Keramikschicht und eine auf der Oberseite der Keramikschicht angeordnete Metallisierungsschicht aufweist, und
- ein elektrisches Bauelement, das auf der Oberseite der Metallisierungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden ist,
- wobei das elektrische Bauelement durch die ersten elektrischen Kontaktflächen kontaktiert wird.

A further embodiment of the invention provides that the electrical module comprises:

- a ceramic circuit carrier having an insulating ceramic layer and a metallization layer arranged on top of the ceramic layer, and
- an electrical component arranged on top of the metallization layer and electrically connected to it,
- wherein the electrical component is contacted by the first electrical contact surfaces.

Bei dem elektrischen Bauelement handelt es sich beispielsweise um einen Leistungshalbleiter wie z.B. einen Leistungs-MOSFETs oder ein IGBT-Bauteil. Der keramische Schaltungsträger dient der elektrischen Isolation des elektrischen Bauelements zum Kühlkörper und gleichzeitig der thermischen Anbindung an einen Kühlkörper. Der keramische Schaltungsträger bildet dabei zusammen mit dem elektrischen Bauelement und einer Umhüllung z.B. aus Vergussmaterial oder einem Leiterplattenmaterial das elektrisches Modul, das über die an seiner Oberfläche ausgebildete ersten elektrischen Kontaktflächen mit der Leiterplatte verbunden ist. Ein solches elektrisches Modul wird auch als Prepackage-Modul bezeichnet.The electrical component is, for example, a power semiconductor such as a power MOSFET or an IGBT component. The ceramic circuit carrier serves to electrically insulate the electrical component from the heat sink and simultaneously provide thermal connection to the heat sink. The ceramic circuit carrier, together with the electrical component and a casing, e.g., made of potting material or a circuit board material, forms the electrical module, which is connected to the circuit board via the first electrical contact areas formed on its surface. Such an electrical module is also referred to as a prepackage module.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Leistungshalbleitern, die jeweils in einem elektrischen Modul angeordnet sind, auf der Unterseite der Leiterplatte zu einer elektrischen Schaltung miteinander verbunden sind. Weiter kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von elektrischen Modulen in einer oder mehreren Reihen auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnet sind.It can be provided that a plurality of power semiconductors, each arranged in an electrical module, are connected on the underside of the printed circuit board to form an electrical circuit are connected to each other. Furthermore, it can be provided that a plurality of electrical modules are arranged in one or more rows on the underside of the circuit board.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Leiterplattenanordnung des Weiteren einen Kühlkörper, mit dem das elektrische Modul thermisch gekoppelt ist und der dieses kühlt.According to a further embodiment, the printed circuit board arrangement further comprises a heat sink to which the electrical module is thermally coupled and which cools it.

In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung, die aufweist:

- eine Leiterplatte, die eine Oberseite und eine Unterseite aufweist,
- ein elektrisches Modul, das eine Oberseite und eine Unterseite sowie eine Mehrzahl von ersten elektrischen Kontaktflächen auf der Oberseite aufweist, wobei das elektrische Modul unter Ausbildung eines Spalts mit seiner Oberseite an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist, und
- ein Underfillmaterial, das sich in dem Spalt zwischen der Oberseite des elektrischen Moduls und der Unterseite der Leiterplatte erstreckt.

In a further aspect of the invention, the present invention relates to a method for producing a printed circuit board assembly comprising:

- a printed circuit board having a top side and a bottom side,
- an electrical module having a top side and a bottom side and a plurality of first electrical contact surfaces on the top side, wherein the electrical module is arranged with its top side on the bottom side of the printed circuit board, forming a gap, and
- an underfill material that extends into the gap between the top of the electrical module and the bottom of the printed circuit board.

Zur Herstellung einer solchen Leiterplattenanordnung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

- Ausbilden mindestens eines Lochs in der Leiterplatte an einer Position der Leiterplatte, die einem Bereich auf der Oberseite des elektrischen Moduls, der zwischen mindestens zwei der ersten elektrischen Kontaktflächen liegt, gegenüberliegt,
- Befüllen des mindestens einen Lochs mit dem Underfillmaterial, wobei sich das Underfillmaterial in dem Spalt zwischen der Oberseite des elektrischen Moduls und der Unterseite der Leiterplatte ausbreitet,
- Weiteres Befüllen des mindestens einen Lochs mit dem Underfillmaterial, bis auch das mindestens eine Loch mit dem Underfillmaterial gefüllt ist.

To produce such a printed circuit board assembly, the process comprises the following steps:

- forming at least one hole in the circuit board at a position of the circuit board opposite a region on the top side of the electrical module located between at least two of the first electrical contact surfaces,
- filling the at least one hole with the underfill material, wherein the underfill material spreads in the gap between the top side of the electrical module and the bottom side of the printed circuit board,
- Continue filling the at least one hole with the underfill material until the at least one hole is also filled with the underfill material.

Dieser Erfindungsaspekt beruht auf dem Gedanken, über ein zwischen den elektrischen Kontaktflächen des elektrischen Moduls positioniertes Loch in der Leiterplatte Underfillmaterial in den Spalt zwischen dem elektrischen Modul und der Leiterplatte einzubringen. Das in der Leiterplatte ausgebildete Loch wird dabei ebenfalls mit dem Underfillmaterial gefüllt.This aspect of the invention is based on the idea of introducing underfill material into the gap between the electrical module and the circuit board via a hole in the circuit board positioned between the electrical contact surfaces of the electrical module. The hole formed in the circuit board is also filled with the underfill material.

Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass das mindestens eine Loch an einer Position der Leiterplatte ausgebildet wird, die einem Bereich auf der Oberseite des elektrischen Moduls gegenüberliegt, der zwischen ersten elektrischen Kontaktflächen für einen Drain-Anschluss, für einen Gate-Anschluss und für einen Source-Anschluss eines elektrischen Bauelements des elektrischen Moduls liegt.In this case, it is provided, for example, that the at least one hole is formed at a position of the printed circuit board which is opposite a region on the upper side of the electrical module which lies between first electrical contact surfaces for a drain connection, for a gate connection and for a source connection of an electrical component of the electrical module.

Weiter kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Loch an einer Position der Leiterplatte ausgebildet wird, die einem Bereich auf der Oberseite des elektrischen Moduls gegenüberliegt, der bezogen auf zumindest zwei gegenüberliegende Seitenkanten der Oberseite des elektrischen Moduls zentriert ist.Furthermore, it can be provided that the at least one hole is formed at a position of the circuit board which is opposite a region on the upper side of the electrical module which is centered with respect to at least two opposite side edges of the upper side of the electrical module.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das mindestens eine Loch in einem Bereich der Leiterplatte ausgebildet ist, in dem sich keine Metalllagen der Leiterplatte erstrecken, so dass das mindestens eine Loch die Funktionalität der Leiterplatte nicht beeinträchtigt.A further embodiment provides that the at least one hole is formed in a region of the circuit board in which no metal layers of the circuit board extend, so that the at least one hole does not impair the functionality of the circuit board.

Es kann weiter vorgesehen sein, dass für eine Mehrzahl von elektrischen Modulen, die in mindestens einer Reihe auf der Leiterplatte angeordnet sind, jeweils mindestens ein Loch in die Leiterplatte eingebracht und über das Loch das Underfillmaterial appliziert wird. Die elektrischen Module können dabei über die Leiterplatte zu einer elektrischen Schaltung miteinander verbunden werden.It can further be provided that for a plurality of electrical modules arranged in at least one row on the circuit board, at least one hole is made in the circuit board, and the underfill material is applied through the hole. The electrical modules can be connected to one another via the circuit board to form an electrical circuit.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte und ein elektrisches Modul umfasst, wobei in die Leiterplatte ein Loch eingebracht ist, über das Underfillmaterial mittig in einen Spalt zwischen der Oberseite des elektrischen Moduls und der Unterseite der Leiterplatte applizierbar ist;
2 die Oberseite eines elektrischen Moduls, die als elektrische Kontaktflächen Lotpads für einen Source-Anschluss, für einen Gate-Anschluss und für einen Drain-Anschluss ausbildet;
3 die Oberseite eines elektrischen Moduls gemäß der 2, wobei zusätzlich die Position eines zugeordneten Lochs in der Leiterplatte dargestellt ist, über das Underfillmaterial in den Spalt zwischen der Oberseite des elektrischen Moduls und der Unterseite der Leiterplatte applizierbar ist;
4 eine Draufsicht auf die Unterseite einer Leiterplatte einer Leiterplattenanordnung gemäß der 1, wobei in die Leiterplatte Löcher eingebracht sind, die zwischen elektrischen Kontaktflächen auf der Unterseite der Leiterplatte positioniert sind;
5 eine nicht die Erfindung betreffende Leiterplattenanordnung mit einer Leiterplatte und einem elektrischen Modul; und
6 Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung gemäß der 1.

The invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing using several exemplary embodiments. They show:

1 an embodiment of a printed circuit board assembly comprising a printed circuit board and an electrical module, wherein a hole is made in the printed circuit board through which underfill material can be applied centrally into a gap between the top side of the electrical module and the bottom side of the printed circuit board;
2 the top side of an electrical module, which forms solder pads for a source terminal, a gate terminal and a drain terminal as electrical contact surfaces;
3 the top of an electrical module according to the 2 , wherein the position of an associated hole in the circuit board is additionally shown, via which underfill material can be applied into the gap between the top side of the electrical module and the bottom side of the circuit board;
4 a plan view of the underside of a printed circuit board of a printed circuit board assembly according to the 1 , whereby holes are made in the circuit board, which are between electrical electrical contact surfaces are positioned on the underside of the circuit board;
5 a printed circuit board assembly not relating to the invention comprising a printed circuit board and an electrical module; and
6 Method steps of a method for producing a printed circuit board arrangement according to the 1 .

Zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine nicht erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung anhand der 5 beschrieben.For a better understanding of the background of the present invention, a printed circuit board arrangement not according to the invention is first described with reference to 5 described.

Die 5 zeigt eine Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte 1, ein elektrisches Modul 2 und einen Kühlkörper 3 umfasst. Die Leiterplatte 1 umfasst eine Oberseite 11 und eine Unterseite 12. An der Unterseite 12 sind eine Mehrzahl von zweiten elektrischen Kontaktflächen 13 zur Kontaktierung des elektrischen Bauteils 2 vorgesehen.The 5 shows a printed circuit board assembly comprising a printed circuit board 1, an electrical module 2, and a heat sink 3. The printed circuit board 1 comprises a top side 11 and a bottom side 12. A plurality of second electrical contact surfaces 13 for contacting the electrical component 2 are provided on the bottom side 12.

Das elektrische Modul 2 umfasst einen keramischen Schaltungsträger 230, der eine isolierende Keramikschicht 23, eine auf der Oberseite der Keramikschicht 23 angeordnete obere Metallisierungsschicht 24 und eine auf der Unterseite der Keramikschicht 23 angeordnete untere Metallisierungsschicht 25 aufweist. Auf der oberen Metallisierungsschicht 24 ist ein elektrisches Bauelement 26 angeordnet, bei dem es sich beispielsweise um einen Leistungshalbleiter handelt.The electrical module 2 comprises a ceramic circuit carrier 230, which has an insulating ceramic layer 23, an upper metallization layer 24 arranged on the upper side of the ceramic layer 23, and a lower metallization layer 25 arranged on the underside of the ceramic layer 23. An electrical component 26, which is, for example, a power semiconductor, is arranged on the upper metallization layer 24.

Der keramischen Schaltungsträger 230 und das elektrische Bauelement 26 sind in einem Substrat 28 angeordnet, das die Außenmaße des elektrischen Bauteils 2 definiert. Bei dem Substrat 28 handelt es beispielsweise um eine Vergussmasse oder ein Leiterplattenmaterial, in die/das der keramischen Schaltungsträger 230 und das elektrische Bauelement 26 eingebettet sind. Das Substrat 28 umfasst eine Oberseite 21, die auch die Oberseite des elektrischen Moduls 2 bildet. Eine Unterseite des Substrats 28 verläuft bündig mit der unteren Metallisierungsschicht 25. Die Unterseite des Substrats 26 und die untere Metallisierungsschicht 25 bilden die Unterseite 22 des elektrischen Moduls 2. Insgesamt ist das elektrische Modul 2 quaderförmig ausgebildet.The ceramic circuit carrier 230 and the electrical component 26 are arranged in a substrate 28, which defines the external dimensions of the electrical component 2. The substrate 28 is, for example, a potting compound or a printed circuit board material, in which the ceramic circuit carrier 230 and the electrical component 26 are embedded. The substrate 28 comprises an upper side 21, which also forms the upper side of the electrical module 2. A lower side of the substrate 28 runs flush with the lower metallization layer 25. The lower side of the substrate 26 and the lower metallization layer 25 form the lower side 22 of the electrical module 2. Overall, the electrical module 2 is cuboid-shaped.

Die Oberseite 21 des elektrischen Moduls 2 weist eine Mehrzahl von ersten elektrischen Kontaktflächen 27 auf, die dazu dienen, die entsprechende zweiten elektrischen Kontaktflächen 13 der Leiterplatte 1 zu kontaktieren. Dies erfolgt beispielsweise über eine Oberflächenmontage. Die elektrischen Kontaktflächen 27 umfassen Durchkontaktierungen 270 zu der oberen Metallisierungsschicht 24 zur Bereitstellung eines Unterseitenpotenzials des elektrischen Bauelements 26 und Durchkontaktierungen 271 zu einer metallisierten Oberseite des elektrischen Bauelements 26 zur Bereitstellung von Oberseitenpotenzialen. Beispielsweise stellen die elektrischen Kontaktflächen 27 einen Source-Anschluss, einen Gate-Anschluss und eine Drain-Anschluss des elektrischen Bauelements 26 bereits.The top side 21 of the electrical module 2 has a plurality of first electrical contact surfaces 27, which serve to contact the corresponding second electrical contact surfaces 13 of the printed circuit board 1. This is done, for example, via surface mounting. The electrical contact surfaces 27 include vias 270 to the upper metallization layer 24 for providing a bottom potential of the electrical component 26 and vias 271 to a metallized top side of the electrical component 26 for providing top potentials. For example, the electrical contact surfaces 27 already provide a source terminal, a gate terminal, and a drain terminal of the electrical component 26.

Die elektrischen Kontaktflächen 27 auf der Oberseite 21 des elektrischen Moduls 2 und die elektrischen Kontaktflächen 13 auf der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 sind jeweils als Lotpads ausgebildet. Die elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen elektrischen Kontaktflächen 27, 13 erfolgt über Lotverbindungen 6. Dabei bildet sich seitlich der Lotverbindungen 6 notwendigerweise ein Spalt 9 zwischen der Oberseite 21 des elektrischen Moduls 2 und der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 aus. Dieser Spalt 9 ist durch ein Underfillmaterial 7 gefüllt. Das Underfillmaterial 7 wird beispielsweise im Rahmen eines Underfillprozesses appliziert, bei dem eine definierte Menge eines Underfillmaterials entlang mindestens einer Kante des Modul 2 appliziert wird, wobei sich das Underfillmaterial durch Kapillarwirkung in den Spalt 9 ausbreitet. Alternativ kann anstelle eines Underfillprozesses ein Spritzgussprozess eingesetzt werden.The electrical contact surfaces 27 on the top side 21 of the electrical module 2 and the electrical contact surfaces 13 on the bottom side 12 of the printed circuit board 1 are each designed as solder pads. The electrical connection between the respective electrical contact surfaces 27, 13 is established via solder connections 6. A gap 9 necessarily forms laterally of the solder connections 6 between the top side 21 of the electrical module 2 and the bottom side 12 of the printed circuit board 1. This gap 9 is filled with an underfill material 7. The underfill material 7 is applied, for example, as part of an underfill process in which a defined amount of an underfill material is applied along at least one edge of the module 2, the underfill material spreading into the gap 9 by capillary action. Alternatively, an injection molding process can be used instead of an underfill process.

Das elektrische Modul 2 ist über die Metallisierungsschicht 25 und ein Wärmeleitmaterial 8 mit einem Kühlkörper 3 verbunden. Der Kühlkörper 3 besteht beispielsweise aus einem Metall wie zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und weist nicht gesondert dargestellte Kühlflächen auf. Der keramische Schaltungsträger 230 mit der Keramikschicht 23 dient zum einen der elektrischen Isolation des auf dem keramischen Schaltungsträger 230 angeordneten elektrischen Bauelements 26 zum Kühlkörper 3 und stellt gleichzeitig eine thermische Anbindung zum Kühlkörper 3 bereit. Das elektrisches Modul 2 wird auch als Prepackage-Modul bezeichnet.The electrical module 2 is connected to a heat sink 3 via the metallization layer 25 and a thermally conductive material 8. The heat sink 3 is made, for example, of a metal such as aluminum or an aluminum alloy and has cooling surfaces not shown separately. The ceramic circuit carrier 230 with the ceramic layer 23 serves, on the one hand, to electrically insulate the electrical component 26 arranged on the ceramic circuit carrier 230 from the heat sink 3 and, at the same time, provides a thermal connection to the heat sink 3. The electrical module 2 is also referred to as a prepackage module.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung. Die Leiterplattenanordnung 1 weist eine Leiterplatte 1 und ein elektrisches Modul 2 auf, wobei das elektrische Modul 2 mit einem Kühlkörper (in der 1 nicht dargestellt) thermisch gekoppelt ist. Insofern liegt der gleiche Aufbau vor wie in Bezug auf die 5 erläutert, so dass auf die diesbezüglichen Erläuterungen Bezug genommen wird.The 1 shows an embodiment of a printed circuit board assembly according to the invention. The printed circuit board assembly 1 comprises a printed circuit board 1 and an electrical module 2, wherein the electrical module 2 is provided with a heat sink (in the 1 not shown) is thermally coupled. In this respect, the structure is the same as with regard to the 5 explained, so that reference is made to the relevant explanations.

Insbesondere weist das elektrische Modul 2 an seiner Oberseite 21 erste elektrische Kontaktflächen 27 auf und weist die Leiterplatte 1 an ihrer Unterseite 12 zweite elektrische Kontaktflächen 13 auf, die über Lotverbindungen 6 miteinander verbunden sind. Dabei liegt zwischen der Oberseite 21 des elektrischen Moduls 2 und der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 ein Spalt 9 vor. Die ersten elektrischen Kontaktflächen 27 und die zweiten elektrischen Kontaktflächen 13 können als Lotpads ausgebildet sein.In particular, the electrical module 2 has first electrical contact surfaces 27 on its upper side 21 and the printed circuit board 1 has second electrical contact surfaces 13 on its lower side 12, which are connected to one another via solder connections 6. In this case, there is a soldering connection between the upper side 21 of the electrical module 2 and the lower side 12 of the printed circuit board 1. terplatte 1 a gap 9. The first electrical contact surfaces 27 and the second electrical contact surfaces 13 can be designed as solder pads.

Das elektrische Modul 2 ist in der 1 nur schematisch dargestellt. Sein innerer Aufbau entspricht beispielsweise dem Aufbau des elektrischen Moduls 2 der 5.The electrical module 2 is in the 1 shown only schematically. Its internal structure corresponds, for example, to the structure of the electrical module 2 of the 5 .

Anders als bei der Leiterplattenanordnung der 5 ist in der Leiterplatte 1 der 1 ein Loch 110 ausgebildet. Das Loch 110 ist dabei in einem Bereich 15 der Leiterplatte 1 ausgebildet, in dem sich keine Metalllagen 115 erstrecken. So umfasst die Leiterplatte 1 in an sich bekannter Weise Metalllagen 115, die insbesondere als Kupferlagen bzw. Kupferbahnen ausgebildet sind, und dazwischen liegende isolierende Lagen 116. Durch die Ausbildung des Lochs 110 in einem Bereich 15 der Leiterplatte 1, in dem diese keine Metalllagen 115 aufweist, wird die Funktionalität der Leiterplatte 1 durch das Loch 110 nicht beeinträchtigt.Unlike the circuit board arrangement of the 5 is in the circuit board 1 of the 1 a hole 110 is formed. The hole 110 is formed in a region 15 of the circuit board 1 in which no metal layers 115 extend. Thus, the circuit board 1 comprises, in a manner known per se, metal layers 115, which are designed in particular as copper layers or copper tracks, and insulating layers 116 lying between them. By forming the hole 110 in a region 15 of the circuit board 1 in which it has no metal layers 115, the functionality of the circuit board 1 is not impaired by the hole 110.

Das Loch 110 ist dabei derart in der Leiterplatte 1 positioniert, dass es einem Bereich 29 auf der Oberseite 21 des elektrischen Moduls 1, der zwischen den ersten elektrischen Kontaktflächen 27 liegt, gegenüberliegt. Hierdurch wird bewirkt, dass das Loch 110 sich in einen Bereich des Spalts 9 erstreckt, der mittig zwischen den ersten elektrischen Kontakten 27 auf der Oberseite 21 des elektrischen Moduls 2 liegt.The hole 110 is positioned in the circuit board 1 such that it faces a region 29 on the top side 21 of the electrical module 1, which lies between the first electrical contact surfaces 27. This causes the hole 110 to extend into a region of the gap 9, which lies centrally between the first electrical contacts 27 on the top side 21 of the electrical module 2.

Das Loch 110 es dafür vorgesehen und geeignet, Underfillmaterial 7 in den Spalt 9 zu applizieren. Dabei wird das Underfillmaterial 7 in das Loch 110 eingefüllt und breitet sich von der mittigen Position im Spalt 9 in alle Raumrichtungen gleichmäßig aus. Nach Befüllen des Spalts 9 wird weiter Underfillmaterial 7 das Loch 110 eingefüllt, bis das Loch 110 verschlossen ist. Das Underfillmaterial 7 erstreckt sich dann sowohl im Loch 110 als auch im Spalt 9.The hole 110 is intended and suitable for applying underfill material 7 into the gap 9. The underfill material 7 is filled into the hole 110 and spreads evenly from the central position in the gap 9 in all spatial directions. After the gap 9 is filled, further underfill material 7 is filled into the hole 110 until the hole 110 is closed. The underfill material 7 then extends both in the hole 110 and in the gap 9.

Als Underfillmaterial 7 können beliebige bekannte Underfillmaterialien eingesetzt werden, beispielsweise Epoxidharze.Any known underfill materials can be used as underfill material 7, for example epoxy resins.

Das Loch 110 wird beispielsweise durch Bohren, Fräsen oder Abtragen in die Leiterplatte 1 eingebracht.The hole 110 is made in the circuit board 1, for example, by drilling, milling or removing.

Das Befüllen des Spalts 9 von einer mittigen Position im Spalt 9 heraus wird in Bezug auf die 2 und 3 beispielhaft unter Berücksichtigung einer bestimmten Geometrie und Anordnung der ersten elektrischen Kontaktflächen 27 auf der Oberseite 21 des elektrischen Moduls 2 beschrieben.The filling of the gap 9 from a central position in the gap 9 is carried out with respect to the 2 and 3 described by way of example taking into account a specific geometry and arrangement of the first electrical contact surfaces 27 on the upper side 21 of the electrical module 2.

Gemäß der 2 umfassen die ersten elektrischen Kontaktflächen ein Lotpad 271 für einen Drain-Anschluss, ein Lotpad 272 für einen Gate-Anschluss und ein Lotpad 273 für einen Source-Anschluss des elektrischen Moduls 2. Dabei ist das Lotpad 271 für den Drain-Anschluss an einer Seitenkante 211 der rechteckigen Oberfläche 21 des elektrischen Moduls 2 angeordnet. Die beiden Lotpads 272, 273 für den Gate-Anschluss und für den Source-Anschluss sind nebeneinander an der gegenüberliegenden Seitenkante 213 der rechteckigen Oberfläche 21 angeordnet, wobei die Lotpads 271-273 jeweils rechteckförmig ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich, dass die Oberfläche 21 des elektrischen Moduls einen relativ breiten Bereich 29 zwischen den Lotpads 271-273 ausbildet, der nicht mit einer elektrischen Kontaktfläche versehen ist.According to the 2 The first electrical contact surfaces comprise a solder pad 271 for a drain connection, a solder pad 272 for a gate connection, and a solder pad 273 for a source connection of the electrical module 2. The solder pad 271 for the drain connection is arranged on a side edge 211 of the rectangular surface 21 of the electrical module 2. The two solder pads 272, 273 for the gate connection and for the source connection are arranged next to one another on the opposite side edge 213 of the rectangular surface 21, with the solder pads 271-273 each being rectangular. This results in the surface 21 of the electrical module forming a relatively wide region 29 between the solder pads 271-273 that is not provided with an electrical contact surface.

Gemäß der 3 ist das schematisch eingezeichnete Loch 110 der Leiterplatte 1 derart in der Leiterplatte 1 positioniert, dass es dem genannten Bereich 29 zwischen den Lotpads 271-273 gegenüberliegt. Das Loch 21 befindet sich dabei mittig zwischen den gegenüberliegenden Seitenkanten 212, 214 der Oberfläche 21. Damit erfolgt eine mittige Applikation des Underfillmaterials 7 in den Spalt 9 (siehe 1). Das Underfillmaterial kann sich gleichmäßig in alle Raumrichtungen gemäß den Pfeilen A, B, C ausbreiten, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Lufteinschlüssen verringert wird. Dies gilt insbesondere auch für den engen Spalt zwischen dem Lotpad 272 für den Gate-Anschluss und dem Lotpad 273 für den Source-Anschluss, in den Underfillmaterial sich gemäß dem Pfeil C ausbreiten kann.According to the 3 The schematically drawn hole 110 of the printed circuit board 1 is positioned in the printed circuit board 1 such that it is opposite the aforementioned area 29 between the solder pads 271-273. The hole 21 is located centrally between the opposite side edges 212, 214 of the surface 21. This results in a central application of the underfill material 7 into the gap 9 (see 1 ). The underfill material can spread evenly in all spatial directions according to arrows A, B, and C, thereby reducing the likelihood of air inclusions. This also applies in particular to the narrow gap between the solder pad 272 for the gate terminal and the solder pad 273 for the source terminal, into which the underfill material can spread according to arrow C.

Das Underfillmaterial füllt aufgrund seiner Kapillarwirkung zunächst nur den Spalt 9 und anschließend das Einfüllloch 110 der Leiterplatte 1 auf. Der Lochdurchmesser liegt dabei beispielsweise im Bereich von 2-3 mm. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Spalt zwischen dem elektrischen Modul 2 und der Leiterplatte 1 vollständig aufgefüllt werden kann.Due to its capillary action, the underfill material initially fills only the gap 9 and then the filling hole 110 of the circuit board 1. The hole diameter is, for example, in the range of 2-3 mm. This ensures that the gap between the electrical module 2 and the circuit board 1 can be completely filled.

Die 4 zeigt einen Ausschnitt der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 einer Leiterplattenanordnung gemäß der 1. Dabei sind auf der Unterseite 12 jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Modulen in mehreren Reihen angeordnet, wobei die elektrischen Module in der 4 nicht dargestellt sind. Zu sehen sind jedoch die zweiten elektrischen Kontaktflächen 13 gemäß der 1, die für jedes elektrische Modul drei Kontaktflächen 131, 132, 133 umfassen, die den ersten elektrischen Kontaktflächen 271, 272, 273 des elektrischen Moduls 2 gemäß den 2 und 3 in ihrer Form und Position entsprechen (und mit denen die elektrischen Kontaktflächen 271, 272, 273 der Module 2 verlötet werden).The 4 shows a section of the underside 12 of the printed circuit board 1 of a printed circuit board arrangement according to the 1 . In this case, a plurality of electrical modules are arranged in several rows on the underside 12, wherein the electrical modules in the 4 are not shown. However, the second electrical contact surfaces 13 according to the 1 , which comprise for each electrical module three contact surfaces 131, 132, 133, which correspond to the first electrical contact surfaces 271, 272, 273 of the electrical module 2 according to the 2 and 3 in their shape and position (and with which the electrical contact surfaces 271, 272, 273 of the modules 2 are soldered).

Es sind des Weiteren schematisch dargestellte Löcher 110 in der Leiterplatte 1 ausgebildet, die sich jeweils in einem Bereich der Leiterplatte erstrecken, der dem Bereich 29 der elektrischen Module 2 der 2 und 3 gegenüberliegt, wenn diese an der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 angeordnet sind. Da die ersten und zweiten elektrischen Kontaktflächen einander entsprechen, sind die Löcher 110 auch mittig zwischen der zweiten elektrischen Kontaktfläche 131 einerseits und den zweiten elektrischen Kontaktflächen 132, 133 andererseits der Leiterplatte 1 positioniert.Furthermore, schematically illustrated holes 110 are formed in the circuit board 1, each of which is located in an area of the circuit board which corresponds to the area 29 of the electrical modules 2 of the 2 and 3 opposite each other when they are arranged on the underside 12 of the printed circuit board 1. Since the first and second electrical contact surfaces correspond to each other, the holes 110 are also positioned centrally between the second electrical contact surface 131 on the one hand and the second electrical contact surfaces 132, 133 on the other hand of the printed circuit board 1.

Dabei sind in der 4 beispielhaft zwei unterschiedliche Geometrien der Löcher 110 dargestellt. In der oberen Reihe sind die Löcher als Langlöcher 110-1 bzw. rechteckförmig ausgebildet. In der unteren Reihe sind die Löcher als kreisförmige Löcher 110 ausgebildet. Grundsätzlich können die Löcher 110 eine beliebige Form besitzen, beispielsweise alternativ oval ausgebildet sein.In the 4 Two different geometries of the holes 110 are shown as examples. In the upper row, the holes are designed as elongated holes 110-1 or rectangular. In the lower row, the holes are designed as circular holes 110. In principle, the holes 110 can have any shape, for example, they can alternatively be oval.

Die 6 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung. Gemäß Schritt 61 wird mindestens ein Loch in der Leiterplatte an einer Position der Leiterplatte eingebracht, die einem Bereich auf der Oberseite des elektrischen Moduls, der zwischen mindestens zwei der ersten elektrischen Kontaktflächen liegt, gegenüberliegt. Anschließend wird gemäß Schritt 62 das mindestens eine Loch mit dem Underfillmaterial befüllt, wobei sich das Underfillmaterial in dem Spalt zwischen der Oberseite des elektrischen Moduls und der Unterseite der Leiterplatte durch Kapillarwirkung ausbreitet. Gemäß Schritt 63 wird das mindestens eine Loch weiter mit dem Underfillmaterial gefüllt, bis auch das Loch mit dem Underfillmaterial gefüllt ist. Auf diese Weise werden die strukturelle Integrität und die Isoliereigenschaften der Leiterplatte durch das Loch nicht beeinträchtigt.The 6 shows method steps of a method for producing a printed circuit board assembly. According to step 61, at least one hole is made in the printed circuit board at a position on the printed circuit board that is opposite a region on the top side of the electrical module that lies between at least two of the first electrical contact surfaces. Subsequently, according to step 62, the at least one hole is filled with the underfill material, wherein the underfill material spreads in the gap between the top side of the electrical module and the underside of the printed circuit board by capillary action. According to step 63, the at least one hole is further filled with the underfill material until the hole is also filled with the underfill material. In this way, the structural integrity and the insulating properties of the printed circuit board are not impaired by the hole.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.It should be understood that the invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements may be made without departing from the concepts described herein. It should also be understood that any of the described features may be used separately or in combination with any other features, provided they are not mutually exclusive. The disclosure extends to and includes all combinations and subcombinations of one or more features described herein. Where ranges are defined, these include all values within these ranges, as well as all subranges that fall within a range.

Claims

Printed circuit board arrangement, comprising: - a printed circuit board (1) having a top side (11) and a bottom side (12), - at least one electrical module (2) having a top side (21) and a bottom side (22) and a plurality of first electrical contact surfaces (27) on the top side (21), wherein the electrical module (2) is arranged with its top side (21) on the bottom side (12) of the printed circuit board (1) to form a gap (9), and - an underfill material (7) extending in the gap (9) between the top side (21) of the electrical module (2) and the bottom side (12) of the printed circuit board (1), characterized in that - at least one hole (110) is formed in the printed circuit board (1), which hole is provided and suitable for applying underfill material (7) into the gap (9) between the top side (21) of the electrical module (2) and the bottom side (12) of the printed circuit board (1), - wherein the at least one hole (110) is positioned in the printed circuit board (1) such that it is opposite a region (29) on the upper side (21) of the electrical module (1) which lies between at least two of the first electrical contact surfaces (27), and - the underfill material (7) extends in the hole (110) and in the gap (9).

PCB arrangement according to Claim 1 , characterized in that the first contact surfaces (27) comprise solder pads (271, 272, 273) for a drain connection, for a gate connection and for a source connection of the electrical module (2), wherein the at least one hole (110) is positioned opposite a region (29) between at least two of these solder pads (271, 272, 273).

PCB arrangement according to Claim 2 , characterized in that the at least one hole (110) is positioned opposite a region (29) between the solder pads (272, 273) for the gate connection and the source connection on the one hand and the solder pad (271) for the drain connection on the other hand, wherein the solder pads (272, 273) for the gate connection and the source connection on the one hand and the solder pad (271) for the drain connection on the other hand are arranged adjacent to opposite side edges (211, 212) of the upper side (21) of the electrical module (2).

Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one hole (110) is circular.

Printed circuit board arrangement according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the at least one hole (110) is designed as an elongated hole (110-1).

Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one hole (110) has a diameter in the range between 1.5 mm and 4 mm, in particular in the range between 2 mm and 3 mm.

Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one hole (110) is positioned in the printed circuit board (1) such that it is centered in the region (29) on the upper side (21) of the electrical module (2) which lies between at least two of the first electrical contact surfaces (27) with respect to at least two opposite side edges (212, 214) of the upper side (21) of the electrical module (1).

Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one hole (110) is formed in a region (15) of the printed circuit board (1) in which no metal layers (115) of the printed circuit board (1) extend.

Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the underside (12) of the printed circuit board (1) has a plurality of second electrical contact surfaces (13) which are electrically connected to the first electrical contact surfaces (27).

Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical module (2) comprises: - a ceramic circuit carrier (230) which has an insulating ceramic layer (23) and a metallization layer (24) arranged on the upper side of the ceramic layer (23), and - an electrical component (26) which is arranged on the upper side of the metallization layer (24) and is electrically connected thereto, - wherein the electrical component (26) is contacted by the first electrical contact surfaces (27).

PCB arrangement according to Claim 10 , characterized in that the electrical component (26) is a power semiconductor.

Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board arrangement comprises a plurality of electrical modules (2), each with at least one associated hole (110) in the printed circuit board (1), wherein the electrical modules (2) are arranged in at least one row on the printed circuit board (1).

Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board arrangement further comprises a heat sink (3) to which the electrical module (2) is thermally coupled.

A method for producing a printed circuit board assembly, comprising: - a printed circuit board (1) having a top side (11) and a bottom side (12), - at least one electrical module (2) having a top side (21) and a bottom side (22) and a plurality of first electrical contact surfaces (27) on the top side (21), wherein the electrical module (2) is arranged with its top side (21) on the bottom side (12) of the printed circuit board (1), forming a gap (9), and - an underfill material (7) extending in the gap (9) between the top side (21) of the electrical module (2) and the bottom side (12) of the printed circuit board (1), the method comprising the steps of: - forming (61) at least one hole (110) in the printed circuit board (1) at a position of the printed circuit board (1) corresponding to a region (29) on the top side (21) of the electrical module (2) that lies between at least two of the first electrical contact surfaces (27), opposite, - filling (62) the at least one hole (110) with the underfill material (7), wherein the underfill material (7) spreads in the gap (9) between the top side (21) of the electrical module (2) and the bottom side (12) of the printed circuit board (1), and - further filling (63) the at least one hole (110) with the underfill material (7) until the at least one hole (110) is also filled with the underfill material (7).

Procedure according to Claim 14 , characterized in that the at least one hole (110) is formed at a position of the printed circuit board (1) which is opposite a region (29) on the upper side (21) of the electrical module (2) which lies between first electrical contact surfaces (271, 272, 273) for a drain connection, for a gate connection and for a source connection of the electrical module (2).

Procedure according to Claim 14 or 15 , characterized in that the at least one hole (110) is formed as a circular hole.

Procedure according to Claim 14 or 15 , characterized in that the at least one hole (110) is formed as an elongated hole (110-1).

Method according to one of the Claims 14 until 17 , characterized in that the minimum at least one hole (110) is formed at a position of the circuit board (1) opposite a region (25) on the top side (21) of the electrical module (2) which is centered with respect to at least two opposite side edges (211, 212) of the top side (21) of the electrical module (2).

Method according to one of the Claims 14 until 18 , characterized in that the at least one hole (110) is formed in a region (15) of the printed circuit board (1) in which no metal layers (115) of the printed circuit board (1) extend.

Method according to one of the Claims 14 until 19 , characterized in that for a plurality of electrical modules (2) which are arranged in at least one row on the printed circuit board (1), at least one hole (110) is made in the printed circuit board (1) and the underfill material (7) is applied via the hole (110).