DE102005035809A1

DE102005035809A1 - Elektronisches Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102005035809A1
Application number: DE200510035809
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. Oed (FH); Jürgen Dipl.-Ing. Bäumler (FH)
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit wenigstens einem bedrahteten elektronischen Bauelement (1) und wenigstens einer Steuereinheit (4) auf einem keramischen Schaltungsträger (3) und ein Herstellungsverfahren für das elektronische Bauteil. Erfindungsgemäß ist das Bauelement (1) mittels einer Bauelementaufnahme (2) mit dem Schaltungsträger (3) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff von Anspruch 7.

Keramische Schaltungsträger finden in der Elektronik überall dort Anwendung, wo ihre elektrisch isolierende Eigenschaft, ihre Temperaturbeständigkeit und ihre mechanische Stabilität gefragt sind. Sie bestehen in der Regel aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid. Auf dem Schaltungsträger sind beispielsweise im Siebdruckverfahren hergestellte Leiterbahnen integriert. Die auf dem Träger angeordneten Schaltungen umfassen aktive Bauelemente, wie Leistungsmodule, passive Bauelemente, wie Widerstände oder Kondensatoren, und in der Regel eine Steuereinheit zur Signalerfassung, -auswertung und – ansteuerung.

Die moderne Technik stellt hohe Anforderungen an kompakte Bauformen, erfordert also einen hohen Integrationsgrad, und niedrige Herstellungskosten, was einen möglichst hohen Automatisierungsgrad bedeutet. Dies ist zum Beispiel bei sogenannten integrierten Schichtschaltungen der Fall. Dabei werden die verschiedenen, vorzugsweise passiven, Bauelemente in Schichten in einem Herstellungsprozess auf den Schaltungsträger aufgebracht. Schaltungen mit zusätzlichen, nicht in Schichttechnik gefertigten Bauelementen nennt man auch Hybridschaltungen. Derartige Bauelemente können gehäuste, ungehäuste oder passive Bauelemente oder auch Prozessoren sein. Diese sogenannten Hybridbauelemente werden durch Löten oder Drahtbonden elektrisch kontaktiert und/oder mechanisch fixiert.

Elektromechanische Aktoren wandeln insbesondere elektrische Energie in mechanische Energie um. Sensoren liefern Signale an eine Steuereinheit, diese wertet die Signale aus und steuert die Bewegung des Aktors. Bei kompakten Aktoren sind Sensoren und Steuereinheit in einem gemeinsamen Aktorgehäuse integriert. Ein solcher Aktor kann ein Tauchspulenaktor sein, als Beispiel für einen translatorisch wirkenden Aktor, der einen Verriegelungsmechanismus antreibt. Als Beispiel für einen rotatorisch wirkenden Aktor sei ein Elektromotor angeführt, der die Welle des Zündverteilers in einem Kraftfahrzeug antreibt.

Zur Ermittlung und Regelung der Istposition des Aktors werden in beiden Fällen in der Regel Bauelemente wie Sensoren verwendet. Die Sensierung kann am Abtrieb, z. B. an einem nachgeschalteten Getriebe passieren, oder durch Verwertung der Sensorsignale der im Elektromotor integrierten, zur Kommutierung benötigten Sensoren.

Bei der Nutzung der im Aktor integrierten Sensoren ist keine zusätzliche Sensierung beispielsweise eines zusätzlichen Signalgebers mehr notwendig. Nachteilig dabei ist aber, dass die Sensoren und die Steuerelektronik örtlich voneinander getrennt sind und die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen beiden mit einem erheblichen Mehraufwand an Kosten und Material einhergeht.

Kostensenkend und bauraumsparend würde sich eine Anbringung des Sensors auf dem Schaltungsträger auswirken, falls dort die Istposition des Aktors auch ermittelt werden kann. Jedoch werden viele Elektronikbauteile, zum Beispiel Sensoren mit spezielle Eigenschaften, wie der Messung der magnetischen Flussdichte, nur als bedrahtete Komponenten angeboten. Eine Sonderausführung für die Hybridbestückung ist zu teuer, oder wird von den Elektroniklieferanten erst gar nicht angeboten.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Bauteil zu schaffen, bei dem bedrahtete Komponenten bauraumsparend angeordnet sind und das zudem kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektronisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Das erfindungsgemäße elektronische Bauteil umfasst wenigstens ein bedrahtetes elektronisches Bauelement und wenigstens eine Steuereinheit auf einem keramischen Schaltungsträger. Erfindungsgemäß ist das Bauelement mittels einer Bauelementaufnahme mit dem Schaltungsträger verbunden.

Die Bauelementaufnahme ist vorzugsweise auf dem Schaltungsträger aufgeklebt. Insbesondere ist als Kleber zur Herstellung der Verbindung zwischen der Bauelementaufnahme und dem Schaltungsträger ein Epoxidkleber vorgesehen. Im Gegensatz zu einem Silikonkleber treten beim Epoxidkleber beim Aushärten keine nachteiligen Ausgasungen verschiedener flüchtiger Bestandteile mehr aus, welche nachfolgende Bondprozesse negativ beeinflussen könnten. Vorzugsweise wird die Bauelementaufnahme auf einem leiterbahnfreien Bereich des Schaltungsträgers aufgeklebt. Wird aus Platzgründen die Bauelementaufnahme auf einen mit einer Leiterbahn versehenen Bereich geklebt, so ist darauf zu achten, dass ein elektrisch isolierender Epoxidkleber verwendet wird.

Vorteilhafterweise ist das Bauelement durch die Bauelementaufnahme auf dem Schaltungsträger fixiert und gleichzeitig in X, Y und Z-Richtung positioniert.

Insbesondere weist der Schaltungsträger wenigstens eine Leiterbahn auf, wobei das Bauelement mittels Leitkleber mit der Leiterbahn elektrisch verbunden ist. Über die Leiterbahn ist das Bauelement auch mit der Steuereinheit elektrisch verbunden.

Zur Herstellung der Verbindung zwischen dem bedrahteten Bauelement und der Leiterbahn hat sich ein elektrisch leitender Epoxidkleber, vor allem ein silbergefüllter Epoxidkleber als besonders geeignet erwiesen.

Ein weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen elektronischen Bauteils zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit wenigstens einem bedrahteten elektronischen Bauelement und wenigstens einer Steuereinheit auf einem keramischen Schaltungsträger wird das Bauelement in eine Bauelementaufnahme eingebracht.

Auf dem Schaltungsträger mit wenigstens einer Leiterbahn wird vorzugsweise zum Verbinden der Bauelementaufnahme mit dem Schaltungsträger an entsprechenden Stellen ein Kleber aufgebracht. Im selben Arbeitsgang wird vorzugsweise Leitkleber zum Verbinden des Bauelements mit der Leiterbahn auf den dafür vorgesehenen Stellen aufgetragen.

Mit Vorteil wird die Bauelementaufnahme mit dem Bauelement auf den Schaltungsträger aufgesetzt, wobei die Bauelementaufnahme auf den Schaltungsträger und wenigstens ein Bauelementbeinchen des bedrahteten Bauelements auf die entsprechende Leiterbahn geklebt wird. Damit ist auch die elektrische Verbindung zwischen dem Bauelement und der Steuereinheit hergestellt.

Insbesondere wird das Bauelement beim Einbringen in die Bauelementaufnahme fixiert und gleichzeitig mit der Verbindung der Bauelementaufnahme mit dem Schaltungsträger auf dem Schaltungsträger in X-, Y- und Z-Richtung positioniert.

Durch die direkte Anbindung der bedrahteten Elektronikbauelemente an den keramischen Schaltungsträger kann auf konstruktive Teile wie Zwischenleiterplatte, Kunststoffträger mit umspritzten Leiterbahnen und eingespritzten Sensoren sowie Kontaktierungsmodule wie Stecker, die den Kontakt zwischen Sensor und Schaltungsträger oder Steuereinheit herstellen, verzichtet werden.

Der Bauraum, den das elektronische Bauteil beansprucht, wird kompakter, der Herstellungsprozess einfacher und kostengünstiger. Zudem erfolgt die Niveauregulierung des Sensors zum zu sensierenden Teil über die Bauelementaufnahme direkt auf dem Schaltungsträger.

In der nachfolgenden Beschreibung werden die Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:
1 den Stand der Technik;
2 einen Längsschnitt durch das elektronische Bauteil;
3 eine Explosionszeichnung des bedrahteten elektronischen Bauelements mit entsprechender Bauelementaufnahme;
4 eine dreidimensionale Ansicht des eingebauten Bauelements auf dem Schaltungsträger.
1 zeigt die Anordnung eines Sensors als bedrahtetes elektronisches Bauelement 1 an einem Aktor wie sie im Stand der Technik üblicherweise vorkommt. Sensiert wird hier die Drehzahl einer Motorwelle 11 eines nicht gezeigten Elektromotors über einen fest mit der Motorwelle 11 verbundenen Magneten 10. Als Lagerung 12 der Motorwelle 10 dient beispielsweise ein herkömmliches Kugellager. Der Sensor beziehungsweise das Bauelement 1 ist auf einer im Elektromotor fest montierten separaten Leiterplatte 9 aufgelötet.
Diese Leiterplatte 9 umfasst lediglich den Sensor 1, eine nicht gezeigte elektrische Schnittstelle zur Steuereinheit, beispielsweise einen aufgelöteten Stecker, und die ebenfalls nicht gezeigten Leiterbahnen zum Sensor 1 als elektrische Verbindung desselben zum Stecker. Die Steuereinheit, welche die vom Sensor 1 gesendeten Signale auswertet und den Motor regelt, stellt üblicherweise eine eigene Baugruppe dar.
2 zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße elektronische Bauteil. Das elektronische Bauteil umfasst ein bedrahtetes elektronisches Bauelement 1 und wenigstens eine Steuereinheit 4 auf einem keramischen Schaltungsträger 3. Die Leiterbahnen 5 zur elektrischen Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten sind insbesondere bereits vor der Aufbringung der Komponenten auf den Schaltungsträger aufgedruckt. Vorzugsweise sitzt das Bauelement 1 in einer dafür vorgesehenen Bauelementaufnahme 2. Das bedrahtete elektronische Bauelement 1 kann beispielsweise ein Hallsensor oder auch eine Vorrichtung zur Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen einem nicht dargestellten Elektromotor eines Aktors und dessen Versorgung sein.
Die Bauelementaufnahme 2 ist vorzugsweise mithilfe eines Klebers 7 insbesondere auf einem leiterbahnfreien Bereich des Schaltungsträgers 3 aufgeklebt. Besonders vorteilhaft hat sich dabei die Verwendung eines Epoxidklebers herausgestellt, da dieser beim Aushärten wenig ausgast und so die Qualität nachfolgender Bond- oder Lötprozesse durch mögliche Verunreinigungen nicht beeinträchtigt. Wird die Bauelementaufnahme 2 aus Platzgründen nicht auf einem leiterbahnfreien Bereich des Schaltungsträgers 3 platziert, muss natürlich ein elektrisch isolierender Epoxidkleber verwendet werden.
Insbesondere ist das Bauelement 1 mit dem Aufkleben der Bauelementaufnahme 2 auf dem Schaltungsträger in X, Y und Z-Richtung positioniert. Dies ist in der weiteren Anwendung des elektronischen Bauteils von großem Vorteil, da bei der Sensierung der Istposition eines Aktors die Lage des Bauelements 1, beispielsweise Sensors, zum Aktor entscheidend eingeht.
Wenigstens ein Bauelementbeinchen 8 des bedrahteten Bauelements 1 ist vorzugsweise mit dem Leitkleber 6 mit der zugehörigen Leiterbahn 5 verklebt. Somit ist das Bauelement 1 mit der Steuereinheit 4 über die Leiterbahn 5 elektrisch verbunden.
Für diese Anwendung ist ein elektrisch leitender Epoxidkleber besonders geeignet. Vorteilhafterweise wird ein silbergefüllter Epoxidkleber wegen seiner besonders hohen elektrischen Leitfähigkeit verwendet.
3 zeigt die Bauelementaufnahme 2 und das bedrahtete Bauelement 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung. Nachdem das Bauelement 1 in die Aufnahme 2 eingebracht ist, kann es optional zusätzlich mit einer Abdeckung 13, die vorzugsweise mithilfe eines Rastmechanismus mit der Aufnahme verbunden ist, in der X-Y-Ebene fixiert werden. Diese zusätzliche Fixierung kann auch durch eine Klebung realisiert werden.
4 zeigt ein Beispiel der Bauelementaufnahme 2, des Bauteils 1 und der Abdeckung 13 im montierten Zustand. Die Bauelementaufnahme 2 ist hier mit dem Kleber 7 auf einen leiterbahnfreien Bereich des Schaltungsträgers 3 aufgeklebt. Das bedrahtete Bauelement 1 ist mit dem Leitkleber 6 mit der entsprechenden Leiterbahn 5 auf dem Schaltungsträger 3 elektrisch verbunden. Am anderen Ende der Leiterbahn 5 ist in nicht gezeigter Weise insbesondere die Steuereinheit 4 zum Beispiel über Bonddrähte mit der Leiterbahn 5 elektrisch kontaktiert beziehungsweise verbunden.
Ein Verlöten der Bauelementaufnahme 2 und des Bauelements 1 anstelle des Klebeprozesses wäre an dieser Stelle nicht gut geeignet, da beim Lötprozess die Bondflächen verschmutzt würden, und so der eventuell nachfolgende Bondprozess negativ beeinträchtigt werden würde. Ein Abkleben der Bondflächen vor dem Löten, und das nachträgliche Entfernen der Abklebung, wäre zu kostenintensiv.
Zusammenfassend stellt das erfindungsgemäße elektronische Bauteil eine raum- und kostensparende Anordnung eines bedrahteten Bauelements 1, insbesondere eines Sensors, und einer Steuereinheit 4 auf einem keramischen Schaltungsträger 3 dar. Das Verfahren zur Herstellung des Bauelements 1 ist materialsparend ausgelegt und kann vorteilhafterweise vollautomatisch ausgeführt werden, was sich zusätzlich kostensenkend auswirkt.

1: Bedrahtetes elektronisches Bauelement,
: beispielsweise Sensor
2: Bauelementaufnahme
3: Keramischer Schaltungsträger
4: Steuereinheit
5: Leiterbahn
6: Leitkleber
7: Kleber an Bauelementaufnahme
8: Bauelementbeinchen
9: Leiterplatte
10: Magnet
11: Motorwelle des Aktors
12: Lagerung der Motorwelle
13: Abdeckung des Bauelements

Claims

Elektronisches Bauteil mit wenigstens einem bedrahteten elektronischen Bauelement (1) und wenigstens einer Steuereinheit (4) auf einem keramischen Schaltungsträger (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) mittels einer Bauelementaufnahme (2) mit dem Schaltungsträger (3) verbunden ist.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Bauelementaufnahme (2) auf dem Schaltungsträger (3) aufgeklebt ist.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass als Kleber (7) zur Herstellung der Verbindung zwischen der Bauelementaufnahme (2) und dem Schaltungsträger (3) ein Epoxidkleber vorgesehen ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) in X, Y und Z-Richtung durch die Bauelementaufnahme (2) positioniert ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (3) wenigstens eine Leiterbahn (5) aufweist, wobei das Bauelement (1) mittels Leitkleber (6) mit der Leiterbahn (5) und über die Leiterbahn (5) mit der Steuereinheit (4) elektrisch verbunden ist.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkleber (6) zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Bauelement (1) und der Leiterbahn (5) ein elektrisch leitender Epoxidkleber ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit wenigstens einem bedrahteten elektronischen Bauelement (1) und wenigstens einer Steuereinheit (4) auf einem keramischen Schaltungsträger(3), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) in eine Bauelementaufnahme (2) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Schaltungsträger (3) wenigstens eine Leiterbahn (5) vorgesehen wird, wobei Kleber (6, 7) zum Verbinden der Bauelementaufnahme (2) mit dem Schaltungsträger (3) und zum Verbinden des Bauelements (1) mit der Leiterbahn (5) auf den entsprechenden Stellen des Schaltungsträgers (3) und der Leiterbahn (5) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelementaufnahme (2) mit Kleber (7) auf dem Schaltungsträger (3) und gleichzeitig wenigstens ein Bauelementbeinchen (8) des Bauelements (1) mit Leitkleber (6) auf der Leiterbahn (5) verklebt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) beim Einbringen in die Bauelementaufnahme (2) gleichzeitig auf dem Schaltungsträger (3) in X-, Y- und Z-Richtung positioniert wird.