DE10120256C1 - Anschlußgehäuse für ein elektronisches Bauelement - Google Patents

Anschlußgehäuse für ein elektronisches Bauelement

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Abstract

Das Anschlußgehäuse besitzt einen Grundkörper (1) mit oberseitig ringsum laufenden Seitenwänden (2), welche das einzusetzende Bauelement (6) sowie zwischen dem Bauelement und mindestens einer Seitenwand angeordnete Innenkontakte (8) umschließen. Auf der Unterseite sind angeformte Polymerhöcker (3) zur Bildung von Außenkontakten (4) angeformt. Die Verbindung zwischen den Innenkontakten (8) der Oberseite und den Außenkontakten (4) der Unterseite erfolgt über Mikrobohrungen (11), die im Mittelbereich des Grundkörpers (1) unterhalb des Bauelementes (6) angeordnet sind. Auf diese Weise erhält man ein Gehäuse mit geringem Platzbedarf auf einer Leiterplatte, welches in wirtschaftlicher Weise, vorzugsweise unter Anwendung des Laserstrukturierens, herstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anschlußgehäuse für mindestens ein elektronisches Bauelement mit einem wannenförmigen, aus Iso­ lierstoff geformten Grundkörper, der auf seiner von Seiten­ wänden umschlossenen Oberseite eine Auflagefläche für das Bauelement sowie mindestens auf einer Seite des Bauelementes zwischen dessen Auflagefläche und dem Rand des Grundkörpers Innenkontakte zur elektrischen Verbindung mit Bauteilan­ schlüssen des Bauelementes und auf seiner Unterseite aus Iso­ lierstoff angeformte, zumindest teilweise zur Bildung von Au­ ßenkontakten mit Kontaktmetall beschichtete Höcker aufweist, wobei die Innenkontakte über Leiterbahnen mit jeweils zuge­ ordneten Außenkontakten verbunden sind.
Aus der US 5 069 626 ist ein aus Isolierstoff geformtes An­ schlußgehäuse der eingangs genannten Art für elektrische Bau­ elemente, vorzugsweise integrierte Schaltkreise, bekannt, auf dessen Unterseite im Randbereich umlaufend eine große Zahl von zinnenartigen Höckern angeordnet ist, die mit einer Me­ tallbeschichtung als Außenkontakte dienen. Auf der Oberseite ist im Mittelbereich ein Chip angeordnet, dessen Anschlüsse über Bonddrähte mit Leiterbahnen verbunden sind, die strah­ lenförmig in nutartigen Vertiefungen des Grundkörpers zum Au­ ßenrand verlaufen und dort über senkrechte Nuten oder Durch­ gangslöcher mit den Außenkontakten verbunden sind. Dieses Ge­ häuse, das nach oben mit einer Kappe abschließbar ist, be­ sitzt im Vergleich zum eigentlichen Bauelement eine sehr gro­ ße Ausdehnung, die dann gerechtfertigt ist, wenn ein Bauele­ ment, zum Beispiel ein IC, mit sehr vielen Anschlüssen kon­ taktiert werden muß.
Aus der EP 0 782 765 B1 ist ebenfalls bereits ein spritzgegosse­ nes, dreidimensionales Substrat aus einem elektrisch isolie­ renden Polymer bekannt, auf dessen Unterseite beim Spritzgie­ ßen mitgeformte Polymerhöcker flächig angeordnet sind. Diese Technologie wird als PSGA (Polymer Stud Grid Array) bezeich­ net. Die Polymerhöcker sind mit einer lötbaren Endoberfläche versehen und bilden so Außenanschlüsse, die über integrierte Leiterzüge mit Innenanschlüssen für eine auf dem Substrat an­ geordnete Halbleiterkomponente verbunden sind. Die Polymer­ höcker dienen als elastische Abstandshalter des Moduls gegen­ über einer Leiterplatte und sind so in der Lage, unterschied­ liche Ausdehnungen zwischen Leiterplatte und Zwischenträger auszugleichen. Die Halbleiterkomponente kann entweder auf der Unterseite des Zwischenträgers über Bonddrähte kontaktiert und über Leiterbahnen mit den auf der gleichen Seite ange­ formten Polymerhöckern verbunden sein. Möglich ist aber auch eine Anordnung des Chips auf der Oberseite des Zwischenträ­ gers, wobei eine Verbindung mit der Unterseite und den Poly­ merhöckern über Durchkontaktierungs-Löcher in Betracht kommt. Für die Durchkontaktierung werden Mikrobohrungen mit einem Durchmesser von weniger als 200 µm (sog. Vias oder µ-Vias) vorgesehen, die mit einer leitenden Oberfläche beschichtet werden. Da derartige Mikrobohrungen mit mechanischen Bohrern kaum noch erzeugt werden können, ist man dazu übergegangen, diese durch Laserbohren zu erzeugen. Allerdings können durch Spritzgießen nur Grundkörper mit einer bestimmten Mindestdic­ ke geformt werden, die bisher einen wirtschaftlichen Einsatz eines Lasers zum Einbringen der erforderlichen Mikrobohrungen nicht gestattet.
Aus der EP 0 645 953 A1 sind weiterhin ein Verfahren zur Her­ stellung eines Substrates und eine Anordnung mit Merkmalen des eingangs genannten Anschlußgehäuses bekannt, bei dem das Substrat mit einer Mulde versehen wird, in welcher das Bau­ element versenkt angeordnet ist, um die Gesamtdicke des Mo­ duls gering zu halten. Die Durchgangsbohrungen zur elektri­ schen Verbindung der unterschiedlichen Substratebenen liegen allerdings im Bereich der vollen Dicke des Substrats, während unterhalb des Bauelements lediglich relativ weite, beim Spritzgießen angeformte Löcher zur Wärmeabfuhr vorgesehen sind. Die Form und Kontaktierung der Außenkontakte ist aller­ dings dort nicht im einzelnen dargestellt.
In der US 5 998 875 ist eine Flip-Chip-Montage eines Halblei­ ters auf Elastomer-Höckern eines Substrats gezeigt. Die Höc­ ker dienen zur Kontaktierung und zur vertikalen Positionie­ rung des Chips, während ein elastischer Rahmen des Substrats für die horizontale Ausrichtung sorgt.
Der Ausgleich von temperaturbedingten Spannungen über Poly­ merhöcker ist auch in der WO 00/03571 A1 beschrieben. Dort werden die Querverbindungen zwischen Leiterstrukturen auf der Oberseite und auf der Unterseite des Substrats über schräge Randkonturen geführt, wobei die Leiterstrukturen mittels La­ serstrahl strukturiert werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Anschlußgehäuse der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Kontaktie­ rung von dem Bauelement über die Innenanschlüsse auf der Oberseite zu den Außenanschlüssen auf der Unterseite platz­ sparend und wirtschaftlich hergestellt werden können. Außer­ dem soll das Gehäuse auf einfache Weise sicher abgeschlossen und abgedichtet werden können.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Grundkörper im Bereich der Auflagefläche für das Bauelement als Durchkontaktierungen dienende Mikrobohrungen aufweist und daß jede Mikrobohrung auf der Oberseite über eine Leiterbahn mit einem Innenkontakt und auf der Unterseite über eine Lei­ terbahn mit einem Außenkontakt verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße geometrische Gestaltung, bei der auf der Oberseite neben dem Bauelement lediglich die erfor­ derliche Anzahl von Innenkontakten vorgesehen ist und die Durchkontaktierungen zur Unterseite in den Bereich unterhalb des Bauelementes verlegt sind, kann die Gesamtfläche des Ge­ häuses wenig größer als die des Bauelementes selbst gehalten werden, so daß auf einer Leiterplatte nur wenig Platz bean­ sprucht wird. Durch die Führung der Leiterbahnen im Innenbe­ reich sind diese auch gut gegen Einflüsse von außen ge­ schützt, wobei thermische Einflüsse auch weniger zur Geltung kommen. Vor allem aber sind Leiterstrukturen auf der Obersei­ te und der Unterseite des Grundkörpers einschließlich von Mi­ krobohrungen mit sehr hoher Geschwindigkeit durch Laserstruk­ turieren und Laserbohren herzustellen, so daß eine wirt­ schaftliche Fertigung möglich ist.
Die Innenkontakte, die bei Bauelementen mit relativ wenig An­ schlüssen zweckmäßigerweise lediglich auf einer Seite im Randbereich angeordnet sind, werden in einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung durch zumindest teilweise mit Kon­ taktmetall beschichtete Nocken des Grundkörpers gebildet, wo­ bei die Leiterbahnen zu den Mikrobohrungen über dachförmig abgeschrägte Seitenwände dieser Nocken verlaufen. Durch diese schrägen Seitenwände können auch derartige Leiterbahnen in einem Arbeitsgang durch Laserstrukturieren geformt werden.
In weiterer Ausgestaltung weist der Grundkörper im Bereich der Mikrolöcher durch eine Vertiefung eine verminderte Dicke des Bodens auf, wobei die Leiterbahnen jeweils über rampen­ förmig abgeschrägte Seitenwände der Vertiefung verlaufen. Vorzugsweise ist die Vertiefung auf der Unterseite des Grund­ körpers vorgesehen. Sie kann nachträglich durch eine Verguß­ masse gefüllt sein, um die Mikrobohrungen abzudichten. Im Be­ reich der verringerten Wandstärke sind die Mikrobohrungen nicht nur wesentlich einfacher und wirtschaftlicher herzu­ stellen als bei einem normal dicken Grundkörper, sondern die aufzubringende Kontaktbeschichtung ist auch wegen der gerin­ geren Länge der Bohrungen einfacher und zuverlässiger herzu­ stellen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen erfindungsgemäß gestalteten Anschlußträger mit Deckel, in dem ein nicht sichtbares Bauelement angeordnet ist,
Fig. 2 eine Ansicht von oben auf den Anschlußträger von Fig. 1 (ohne Bauelement),
Fig. 3 eine Ansicht auf die Unterseite des Anschlußträgers von Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt IV-IV durch den Anschlußträger mit Bau­ element in Fig. 1,
Fig. 5 eine Schnittansicht V-V aus Fig. 4 und
Fig. 6 einen vergrößerter Ausschnitt VI aus Fig. 4 (ohne Bauelement).
Der in der Zeichnung dargestellte Anschlußträger besteht aus einem Grundkörper 1, der dreidimensional aus einem polymeren Kunststoff spritzgegossen ist. Im gezeigten Beispiel besitzt dieser Grundkörper zur Oberseite hin seitlich umlaufende Sei­ tenwände 2. An seiner Unterseite ist er mit ebenfalls aus dem gleichen Material angeformten Höckern 3 versehen. Diese Höc­ ker sind zumindest auf ihren Endflächen mit Anschlußkontakten 4 in Form einer Metallbeschichtung versehen. Außerdem sind sie an ihren Flanken zumindest teilweise metallisiert, um später noch zu beschreibende Leiterbahnen zu bilden.
Im Inneren weist der Grundkörper 1 eine Auflagefläche 5 für ein Bauelement 6 (siehe Fig. 4 und 5) auf, das beispielswei­ se ein Oberflächenwellenfilter oder irgendein anderes elek­ tronisches Bauelement sein kann. In einem von dem Bauelement 6 nicht belegten Seitenabschnitt sind zwischen der Auflage­ fläche 5 für das Bauelement 5 und einer Seitenwand 2 jeweils Nocken 7 in einer der Anzahl der Bauelementanschlüsse ent­ sprechenden Zahl vorgesehen. Die Nocken 7 besitzen zumindest eine schräg abfallende Seitenflanke 7a. Auf ihrer Oberseite sind die Nocken 7 jeweils mit Innenkontakten 8 in Form einer Metallbeschichtung versehen. Die Metallbeschichtung zieht sich in Form einer Leiterbahn zumindest über eine der schrä­ gen Seitenflanken 7a auf den Grund der Auflagefläche 5. Für Bauelemente mit einer größeren Anzahl von Anschlüssen könnten natürlich auch weitere Nocken mit Innenkontakten entlang der übrigen Längsseiten des Grundkörpers 1, also zwischen dem Bauelement 6 und den Seitenwänden 2, vorgesehen werden.
Der Grundkörper 1 besitzt in seinem Mittelbereich auf der Un­ terseite eine Vertiefung 9, die schräg abfallende Seitenwände 9a besitzt und so einen Durchkontaktierungsbereich 10 im Bo­ den des Grundkörpers 1 bildet, dessen Dicke d2 wesentlich ge­ ringer ist als die Dicke d1 des eigentlichen Grundkörpers 1(siehe Fig. 6). In diesem Durchkontaktierungsbereich 10 ist eine Reihe von Mikrobohrungen 11 vorgesehen, deren Innenwände mit einer Kontaktbeschichtung 12 versehen sind, die sich am unteren Ende in Form einer Leiterbahn 13 über die schräge Seitenwand 9a der Vertiefung 9 fortsetzt und auf der Unter­ seite des Grundkörpers 1 zu einem zugehörigen Höcker 3 bzw. zu dem von dem Höcker getragenen Außenkontakt 4 erstreckt. Auf der Oberseite setzt sich diese Kontaktbeschichtung 12 in Form einer Leiterbahn 14 zu einem zugehörigen Innenkontakt 8 auf einem Nocken 7 fort.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Anschlußträgers wird zunächst der Grundkörper durch Spritzgießen einschließ­ lich der Seitenwände 2, der Höcker 4 und der Vertiefung 9 auf der Unterseite sowie der Nocken 7 auf der Oberseite ausge­ formt. Im Bereich der Vertiefung 9 bzw. des Durchkontaktie­ rungsbereiches 10 werden dann die erforderlichen Mikrobohrun­ gen 11 mittels Laserbohrung erzeugt. Diese Mikrobohrungen oder Vias besitzen beispielsweise einen Durchmesser von 200 µm oder vorzugsweise weniger. Danach werden die Mikrobohrun­ gen mit einer Beschichtung aus Kontaktmetall ausgekleidet. Außerdem werden sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Grundkörpers 1 mit Kontaktmetall beschichtet. Danach wer­ den diese Metallschichten auf der Oberseite und auf der Un­ terseite des Grundkörpers mit einem Laser so strukturiert, daß voneinander isolierte Leiterbahnen 13 und 14 und die In­ nenkontakte 8 auf den Nocken 7 sowie die Außenkontakte 4 auf den Höckern 3 freigespart und gegeneinander isoliert sind. Diese Strukturierung kann mit einem Laser allein erfolgen. Möglich ist aber auch ein bekanntes Verfahren, bei dem die Metallschicht zunächst mit einem Ätzresist bedeckt, die Lei­ terbahnstrukturen mit dem Laser durch Abtragen des Ätzresists freigelegt und nicht benötigte Metallbereiche weggeätzt wer­ den.
Das Bauelement 6 wird dann auf die Auflagefläche 5 des Grund­ körpers gelegt, und seine Bauteilanschlüsse werden über Bond­ drähte 15 mit zugehörigen Innenkontakten 8 verbunden. Wie an­ hand von Fig. 4 und 5 zu sehen ist, sind die Seitenwände 2 des Grundkörpers höher als das einzulegende Bauelement 6. Da­ durch wird über dem Bauelement ein vorgegebener Hohlraum 16 freigehalten, der mit einem Deckel 17 abgeschlossen wird. Dies ist beispielsweise für Bauelemente wie Oberflächenwel­ lenfilter und dergleichen von Bedeutung. Der Hohlraum 16 kann aber auch mit einem Material mit vorgegebenen Eigenschaften, etwa für eine bestimmte Wellenausbreitung, gefüllt werden. In diesem Fall könnte der Abschluß in der gewünschten Höhe über dem Bauelement auch ohne zusätzlichem Deckel 17 erhalten wer­ den.
Die Vertiefung 9 an der Unterseite kann ebenfalls mit einer Vergußmasse gefüllt und abgedichtet werden. Wie bereits frü­ her erwähnt, könnte anstelle oder zusätzlich zu der Vertie­ fung 9 an der Unterseite eine entsprechende Vertiefung an der Oberseite des Grundkörpers 1 vorgesehen werden. Natürlich ist es auch möglich, mehrere Vertiefungen nebeneinander vorzuse­ hen und dadurch mehrere Durchkontaktierungsbereiche im Grund­ körper auszubilden.
Wie in Fig. 3 weiterhin zu sehen ist, sind bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel die Höcker 3 lediglich in einer Reihe auf einer Seite des Grundkörpers mit Außenkontakten 4 versehen. Die ge­ genüberliegenden Höcker 3 dienen somit lediglich als Abstand­ halter, um eine symmetrische Auflage und gegebenenfalls Befe­ stigung des Grundkörpers auf einer Leiterplatte zu gewährlei­ sten.
Natürlich sind auch andere Ausführungsformen und Abwandlungen gegenüber dem dargestellten und beschriebenen Beispiel mög­ lich. So ist es auch denkbar, die Mikrobohrungen anstatt durch das beschriebene Laserbohren mit einem geeigneten me­ chanischen Stanz- oder Bohrverfahren zu erzeugen.

Claims (11)

1. Anschlußgehäuse für mindestens ein elektronisches Bauele­ ment (6) mit einem wannenförmigen, aus Isolierstoff geformten Grundkörper (1), der auf seiner von Seitenwänden (2) um­ schlossenen Oberseite eine Auflagefläche (5) für das Bauele­ ment (6) sowie Innenkontakte (8) mindestens auf einer Seite des Bauelementes (6) zwischen dessen Auflagefläche und einer Seitenwand des Grundkörpers zur elektrischen Verbindung mit Bauteilanschlüssen des Bauelementes (6) und auf seiner Unter­ seite aus Isolierstoff angeformte, zumindest teilweise zur Bildung von Außenkontakten (4) mit Kontaktmetall beschichtete Höcker (3) aufweist, wobei die Innenkontakte (8) über Leiter­ bahnen (14) mit jeweils zugeordneten Außenkontakten (4) ver­ bunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund­ körper (1) im Bereich der Auflagefläche (5) für das Bauele­ ment (6) als Durchkontaktierung dienende Mikrobohrungen (11) aufweist und daß jede Mikrobohrung (11) auf der Oberseite über eine Leiterbahn (14) mit einem Innenkontakt und auf der Unterseite über eine Leiterbahn (13) mit einem Außenkontakt (4) verbunden ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ kontakte (8) durch eine Metallbeschichtung von angeformten Nocken (7) des Grundkörpers (1) gebildet sind, wobei die Lei­ terbahnen (14) zu den Mikrobohrungen über dachförmig abge­ schrägte Seitenwände (7a) der Nocken (8) verlaufen.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund­ körper im Bereich der Mikrobohrungen (11) durch eine Vertie­ fung (9) eine verminderte Dicke (b2) aufweist, wobei die Lei­ terbahnen (13) über rampenförmig abgeschrägte Seitenwände (9a) der Vertiefung geführt sind.
4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ tiefung (9) in der Unterseite des Grundkörpers (1) vorgesehen ist.
5. Gehäuse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ tiefung nachträglich mit Vergußmasse gefüllt ist.
6. Mit einem Bauelement bestücktes Anschlußgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bau­ element (6) mit seiner Anschlußseite nach oben auf der Aufla­ gefläche (5) des Grundkörpers (1) angeordnet ist und daß An­ schlußelemente des Bauelementes (6) über Bonddrähte (15) mit den Innenkontakten (8) des Gehäuses verbunden sind.
7. Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bau­ element (6) ein für Oberflächenwellen empfindliches Bauele­ ment ist.
8. Gehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sei­ tenwände (2) des Grundkörpers die Höhe des Bauelementes (6) übersteigen und daß der Raum über dem Bauelement (6) durch einen flachen, mit den Oberkanten der Seitenwände (2) verbun­ denen Deckel (17) verschlossen ist.
9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Deckel über dem Bauelement ein leerer Hohlraum (16) gebildet ist.
10. Gehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum über dem Bauelement (6) mit einem Material vorgegebener Wel­ lenausbreitung gefüllt ist.
11. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite des Grundkörpers symmetrisch einander gegenüber­ liegende Höcker vorgesehen sind, wobei lediglich ein Teil der Höcker (3) Außenanschlüsse (4) trägt, während die übrigen Höcker (3) als Abstandhalter dienen.
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