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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines MID-Bauteils sowie ein entsprechendes MID-Bauteil.
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Stand der Technik
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Als MID-Bauteil (MID = Molded Interconnected Device = Spritzgegossener Schaltungsträger) wird in der Regel ein elektronisches Bauteil bezeichnet, bei dem mindestens eine metallische Leiterbahn auf einem Kunststoffträger angeordnet ist. Aufgrund ihrer Robustheit und Grundkompaktheit werden MID-Bauteile häufig im Automobilbau verwendet. Derzeit werden MID-Bauteile in dreidimensionaler Gestaltung in unterschiedlichen Technologien gefertigt. So offenbart beispielsweise die
DE 10 2010 041 121 A1 einen Schaltungsträger mit einem Lead-Frame (Stanzgitter), der in eine Spritzform eingesetzt mit Kunststoff umspritzt wird, so dass die Leiterbahnen innerhalb des Kunststoffs verlaufen, wodurch durch nachträgliches Aufbringen von weiteren Leiterbahnen auf der Außenseite des Kunststoffteils mehrlagige Leiterbahnstrukturen realisiert werden können. Nachteilig bei den bekannten Technologien ist es, dass die komplette Elektronik aufwändig auf der dreidimensional gefertigten Oberfläche (Kunststoffüberfläche) des Bauteils montiert werden muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein MID-Bauteile bereitgestellt wird, bei welchem zumindest ein elektrisches/elektronisches Bauteil auf einfache Art und Weise integriert wird und das Herstellen mehrlagiger Leiterbahnen ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht hierzu vor, dass zunächst ein sogenannter Interposer bereitgestellt wird, der mehrere elektrische Kontaktstellen aufweist. Der Interposer ist bevorzugt ein Zwischenelement, das als Schaltungsträger eng aneinanderliegende Kontaktstellen mittels entsprechender Leiter zu weiter voneinander beabstandeten Kontaktstellen zur einfacheren Kontaktierung führt. Derartige Interposer werden beispielsweise zur Kontaktierung von Mikrochips verwendet. Auf den Interposer wird wenigstens ein elektrisches/elektronisches Bauteil aufgebracht, um einen bestückten Interposer herzustellen. Das elektrische/elektronische Bauteil wird vorzugsweise durch herkömmliche Verfahren, beispielsweise durch Flip-Chip-Montagetechnologie, auf den Interposer montiert. Der bestückte Interposer wird anschließend mit einem Kunststoff umspritzt, so dass auch das Bauteil durch den Kunststoff mit eingehaust wird. Dazu wird der bestückte Interposer zweckmäßigerweise in eine entsprechende Form, insbesondere Spritzgussform, eingesetzt und im Wesentlichen voll umfänglich mit dem Kunststoff umspritzt. Darauffolgend werden eine oder mehrere Öffnungen in den Kunststoff eingebracht, um elektrische Kontaktstellen des Interposers zu öffnen. Unter dem Öffnen von Kontaktstellen ist hier das Freigeben beziehungsweise Zugängigmachen der Kontaktstellen zu verstehen. Die Öffnungen werden daher an den Kontaktstellen des Interposers in den Kunststoff gezielt eingebracht. Dadurch lässt sich der Interposer und das darauf befindliche Bauteil auf einfache Art uns Weise von außen kontaktieren. Insgesamt ist das MID-Bauteil aufgrund der Kunststoffeinhausung robust und kompakt gestaltet. Außerdem lassen sich auf der Außenseite auf den Kunststoff weitere Leiterbahnen und/oder elektrische/elektronische Bauteile anordnen, um ein komplexes MID-Bauteil zu realisieren. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Interposer vorzugsweise einlagig, gemäß einer zweiten Ausführungsform bevorzugt zwei- oder mehrlagig ausgebildet.
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Besonders bevorzugt wird der Interposer als Interposerfolie gefertigt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Interposer flexibel ausgebildet ist, um eine gewünschte dreidimensionale Gestaltung des MID-Bauteils auf einfache Art und Weise zu realisieren. Das Bauteil wird vorzugsweise ebenfalls dünn, besonders bevorzugt flexibel gestaltet, um die Erzeugung der dreidimensionalen Form zu erleichtern. Alternativ zur Ausbildung als Interposerfolie ist es auch denkbar, ein sogenannten eWLP-Package anstelle des bestückten Interposers vorzusehen, ohne die sonst üblicherweise vorgesehenen Lötbumps oder Lötperlen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Kontaktstelle durch Laserbearbeitung geöffnet beziehungsweise die Öffnung durch Laserbearbeitung in den Kunststoff eingebracht wird. Durch die Laserbearbeitung lassen sich die Öffnungen besonders genau und verschleißfrei an der gewünschten Stelle fertigen. Vorzugsweise wird bei der Laserbearbeitung außerdem die Oberfläche des Kunststoffs vorstrukturiert, um eine anschließende Anordnung von wenigstens einer Leiterbahn oder eines weiteren Bauelements vorzubereiten.
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Vorzugsweise werden die in den Kunststoff eingebrachten Öffnungen metallisiert, so dass sie als Durchkontaktierungen ausgebildet sind. Das erleichtert das spätere elektrische Anbinden von auf der Außenseite des Kunststoff aufgebrachten Leiterbahnen und/oder Bauteilen.
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Bevorzugt wird wenigstens eine weitere Leiterbahn auf dem Kunststoff aufgebracht und insbesondere mit den Kontaktstellen des Interposers elektrisch verbunden. Dabei kann die elektrische Verbindung mittels der zuvor genannten Durchkontaktierungen oder auch direkt beim Fertigen der Leiterbahnen erfolgen.
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Vorzugsweise wird die wenigstens eine Leiterbahn durch Laserdirektstrukturierung, Galvanisierung, Jetauftragung und/oder Plasmaauftragung hergestellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf das MID-Bauteil mindestens ein weiteres elektrisches/elektronisches Bauteil von außen aufgebracht und insbesondere mit der mindestens einen weiteren elektrischen Leiterbahn elektrisch verbunden. Das weitere Bauteil wird dabei zweckmäßigerweise auf den Kunststoff und/oder die mindestens eine Leiterbahn aufgesetzt, und mit zumindest Letzterer elektrisch verbunden. Dabei kann die Montage des weiteren Bauteils auf herkömmliche Art erfolgen. Insgesamt wird dabei ein MID-Bauteil geboten, das aufgrund seiner Strukturierung eine mehrlagige Leiterbahnanordnung, insbesondere mit Leiterbahnkreuzungen, und das Vorsehen mehrerer elektrischer/elektronischer Bauteile sowohl integriert als auch von außen aufgesetzt erlaubt, um ein kompaktes und robustes MID-Bauteil zu bieten.
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Das erfindungsgemäße MID-Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 8 bietet die oben bereits genannten Vorteile. Insbesondere wird es durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt. Dabei weist es einen mit wenigstens einem elektrischen/elektronischen Bauteil bestückten Interposer auf, der mit einer Kunststoffumspritzung versehen ist, wobei die Kunststoffumspritzung zumindest eine Öffnung an mindestens einer Kontaktstelle des Interposers aufweist.
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Vorzugsweise ist die zumindest eine Öffnung metallisiert ausgebildet, so dass sie eine Durchkontaktierungen bildet, die eine spätere elektrische Verbindung zu außen an dem MID-Bauteil angebrachten Bauelementen, wie beispielsweise weitere Leiterbahnen und/oder elektrische/elektronische Bauteile, vereinfacht.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass auf der Außenseite des MID-Bauteils wenigstens eine weitere Leiterbahn und/oder wenigstens ein weiteres elektrisches/elektronisches Bauteil angeordnet ist. Die Leiterbahn und/oder das weitere Bauteil sind dabei bevorzugt elektrisch mit den Kontaktstellen des Interposers, beispielsweise mittels der Durchkontaktierungen elektrisch verbunden.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
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1 einen Interposer für ein MID-Bauteil in einer Draufsicht und
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2A bis 2D ein Verfahren zur Herstellung des MID-Bauteils in mehreren Schritten.
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1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht einen Interposer 1 für ein MID-Bauteil 2. Der Interposer 1 weist ein flächiges Substrat 3 auf, das vorzugsweise flexibel ausgebildet ist, um eine dreidimensionale Formgebung zu ermöglichen. Vorliegend ist der Interposer 1 daher als Interposerfolie ausgebildet, so dass das Substrat 3 durch eine entsprechende Folie gebildet wird. Auf dem Substrat 3 ist ein elektronisches Bauteil 4 angeordnet, das als integrierter Schaltkreis beziehungsweise als Chip ausgebildet ist. Das Bauteil 4 ist insbesondere mittig angeordnet und durch Leiterbahnen 5, von denen hier aus Übersichtlichkeitsgründen nur einige mit Bezugszeichen versehen sind, mit Kontaktstellen 6 verbunden, die als Kontaktplättchen ausgebildet sind. Auch von den Kontaktstellen 6 sind aus den zuvor genannten Gründen nur einige mit Bezugszeichen versehen. Die Kontaktstellen 6 sind am Außenrand des Substrats 3 angeordnet und dienen zur einfachen elektrischen Kontaktierung des Bauteils 4. Durch die Verlagerung der Kontaktstellen 6 nach außen, liegen sie weiter beabstandet zueinander und können selbst größer ausgebildet sein, wodurch die elektrische Kontaktierung des Bauteils 4 vereinfacht wird. Der Interposer 1 beziehungsweise das Substrat 3 ist gemäß einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel bevorzugt zwei- oder mehrlagig ausgebildet, um die Entflechtung der Kontaktstellen des Bauteils 4 und die Schaltkreisgestaltung zu erleichtern.
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Das Bauteil 4 wird beispielsweise durch Flip-Chip-Montagetechnologie auf dem Substrat aufgebracht. Natürlich können auch weitere elektrische/elektronische Bauteile auf dem Substrat 3 aufgebracht werden. Zweckmäßigerweise sind auch das oder die Bauteile dünn ausgebildet, um einen insgesamt dünnen Aufbau zu bieten und zum anderen eine Montageflexibilität zu gewährleisten. Die Kontaktstellen 6 beziehungsweise die Kontaktplättchen sind bevorzugt mit einer ebenen Oberfläche beschichtete, um anschließend beispielsweise mit einer Silber-Leitpaste kontaktiert werden zu können. Alternativ kann auch ein geeignetes bestehendes Package mit kompatibler Technologie für die Integration genutzt werden. Bevorzugt geeignet ist hierbei ein eWLP-Package, wenn dabei die Lötbumps/Lötperlen weggelassen werden.
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2A bis 2D zeigen ein Verfahren zur Herstellung des bereits genannten MID-Bauteils 2, das mit der Bereitstellung des Interposers 1 beginnt. Der mit dem Bauteil 4 bestückte Interposer 1 wird in ein Spritzwerkzeug 7, das eine Spritzgussform 8 aufweist, eingesetzt. Dabei wird der Interposer 1 in der Spritzgussform 8 derart gehalten, dass er im Wesentlichen vollumfänglich umspritzbar ist, wie in 2A in einer Schnittdarstellung gezeigt.
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Nach erfolgtem Spritzvorgang wird das MID-Bauteil 2 mit dem umspritzten Kunststoff 9 aus dem Spritzwerkzeug entnommen. Der bestückte Interposer ist zumindest im Wesentlichen vollumfänglich mit dem Kunststoff 9 umspritzt, wie in 2B gezeigt, so dass auch das Bauteil 4 durch den Kunststoff 9 eingehaust ist. Der Kunststoff 9 bildet insofern ein Gehäuse des MID-Bauteils 2. Als Kunststoff wird beispielsweise Flüssigkristallpolymer (LCP) verwendet.
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Bevorzugt nachdem der Kunststoff 9 ausgehärtet ist, wird gemäß 2C an den Kontaktstellen 6 der Kunststoff wieder entfernt. Dazu wird das MID-Bauteil 2 einer Laserbearbeitung mittels eines Laserwerkzeugs 11 unterzogen. Mittels des Laserwerkzeugs 11 wird das Gehäuse 10 an den Kontaktstellen 6 durch Laserbohren entfernt und dadurch entstehen an den Kontaktstellen Kunststofföffnungen 12, durch welche die Kontaktstellen 6 elektrisch kontaktiert werden können. Die Kontaktstellen 6 werden somit durch Laserbearbeitung geöffnet. Zusätzlich kann mit der Laserbearbeitung im Falle einer LDS-Technologie (Laserdirektstrukturierung) das Kunststoffteil beziehungsweise der Kunststoff 9 an den Stellen, wo später eine zusätzliche Metallisierung vorgesehen werden soll, strukturiert werden. Vorzugsweise werden die Öffnungen 12 aktiviert beziehungsweise metallisiert. Dazu wird bevorzugt ein Plasmaverfahren, Jetverfahren oder ein galvanisches Abscheideverfahren verwendet. Dadurch werden die Öffnungen 12 als Durchkontaktierungen ausgebildet. Der Laserprozess kann auch hier bei Anwendung unterschiedlicher MID-Strukturierungstechnologien erst nach der Metallisierung angewendet werden. Hier ist beispielsweise das Zweikomponenten-Spritzguss- oder Heißprägeverfahren eine mögliche Alternative. Durch die metallisierten Öffnungen 12 sind nunmehr die Kontaktstellen 6 des Interposers 1 frei zugängig. 2D zeigt hierbei beispielhaft die Herstellung der Durchkontaktierung mittels Jetverfahren durch ein entsprechendes Jetwerkzeug 14.
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Auf dem MID-Bauteil 2 mit integriertem Bauteil 4, dessen Kontakte über die Kontaktstellen Kontaktgeber sind, wird nun eine Metallisierung von Leiterbahnen auf der Außenseite 13 des MID-Bauteils 2 durchgeführt, und zwar auf der Seite, auf welcher auch die Öffnungen 12 vorgesehen sind, so dass die Öffnungen 12 insbesondere die Durchkontaktierungen direkt mit den Leiterbahnen verbunden werden können. Die Leiterbahnen können dabei durch Laserdirektstrukturierung, Galvanisierung, Jetauftragungsverfahren, Dosiertechnik oder Plasmaauftragungsverfahren hergestellt werden. Insbesondere wird dabei gleichzeitig der elektrische Kontakt zu den Kontaktstellen 6 direkt oder mittels der Durchkontaktierungen hergestellt.
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Bei dem Zweikomponenten-Spritzguss- und Heißprägen werden die Öffnungen 12 bevorzugt durch das Jetverfahren oder das Dosieren von Leitpasten gleichzeitig, vor oder nach der Herstellung der Leiterbahnen hergestellt. Alternativ kann durch eine Jetkontaktierung im Prozess der Herstellung der Leiterbahnen gleichzeitig die jeweilige Öffnung 12 durch Füllen mit elektrisch leitfähigem Material metallisiert werden. Bei Plasmaverfahren, insbesondere bei Plasmasprayen, wird der Kontakt zu der elektrischen Komponenten beziehungsweise zu der jeweiligen Kontaktstelle 6 automatisch mit hergestellt. Zusätzlich können diese Kontakte zum Beispiel auch durch Dosieren von Leitpaste oder galvanisch verstärkt werden. Wird eine Laserdirektstrukturierung mit galvanischer Herstellung der Leiterbahnen durchgeführt, so werden die elektrischen Kontakte zweckmäßigerweise in dem selben Galvanikprozess hergestellt wie auch bei der Abscheidung der Leiterbahnen. Voraussetzung dafür ist, dass die Metallplättchen oder Metallpads der Kontaktstellen 6 eine kompatible Metallisierung wie beispielsweise Kupfer, eine Nickel-Blei-Mischung oder plasmaabgeschiedenes Kupfer aufweist, insbesondere ohne dass die isolierten Seitenwände der Öffnungen 12 eine Bekeimung oder eine Plasmametallabscheidung aufweisen.
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Auf die Außenseite 13 können, wie bei herkömmlicher MID-Technologie, weitere elektrische/elektronische Bauteile und/oder Leiterbahnen aufgesetzt werden, unter Nutzung bekannter Technologien, wie Leitkleben, Löt- oder Drahtbunden.
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Das Substrat 3 beziehungsweise der Interposer 1 wird vorzugsweise planar hergestellt, wobei auch ein nachträgliches Verformen in eine 3D-Struktur aufgrund der flexiblen Ausbildung des Substrats 3 insbesondere vor dem Umspritzen möglich und bevorzugt ist, um ein dreidimensional geformtes MID-Bauteil 2 herzustellen. Hierdurch werden bei der Herstellung von dreidimensionalen MID-Bauteilen 2 Herstellungskosten reduziert. Durch das vorteilhafte MID-Bauteil 2 ist es außerdem möglich, Leitungskreuzungen in MID-Technologie durch den Einsatz des Interposers 1 zu erreichen. Als Substratmaterialen können auch Silikone oder Thermoplaste verwendet werden, um ein stretchbares oder plastisch verformbares Substrat 3 zu erhalten. Wird der Schichtaufbau des MID-Bauteils 2 derart ausgeführt, dass seine Formgebung durch plastisches Verformen, beispielsweise durch einen Prägeprozess realisiert werden kann, so ist die Realisierung des Interposers 1 in dreidimensionaler Form möglich und somit eine Ausbildung als angepassten Einlegeteil kostengünstig zur Verfügung gestellt. Durch den Interposer 1 wird darüber hinaus eine zusätzliche Fläche für großflächige Ankontaktierungsprozesse mit der elektronischen Umgebung, beispielsweise Steckverbinder, Klemmkontakt oder Dergleichen geboten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010041121 A1 [0002]
