DE102006036049A1

DE102006036049A1 - Elektronische Baugruppe, Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektronischen Baugruppe, sowie Strahlungssensor-Baugruppe mit einer derartigen elektronischen Baugruppe

Info

Publication number: DE102006036049A1
Application number: DE102006036049A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Waibel (FH)
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Eine Strahlungssensor-Baugruppe (1) mit einem Strahlungssensorelement (10) und einem Strahlungssendeelement (11), die beide als Einbau-Bauelemente ausgebildet sind, wird folgendermaßen hergestellt: Zunächst wird eine Roh-Leiterplatte bereitgestellt. Anschließend wird eine Ausnehmung (7) zur Aufnahme der Einbau-Bauelemente (9-11) ausgefräst. Dann wird eine Anschlussfläche an einem Boden (8) der Ausnehmung (7) aufgebracht und die Einbau-Bauelemente (9-11) werden in die Ausnehmung (7) eingesetzt. Die eingesetzten Einbau-Bauelemente (9-11) werden dann mit der Anschlussfläche gebondet. Schließlich wird eine Füllschicht (14) in die Ausnehmung (7) eingebracht. Dann wird eine Lötpaste auf eine die Ausnehmung (7) umgebende Leiterplatten-Oberfläche (12) aufgebracht und mindestens ein weiteres elektronisches Bauelement (16) als Aufbau-Bauelement auf die Leiterplatten-Oberfläche (12) gelötet. Es resultiert eine Strahlungssensor-Baugruppe, bei der nach dem elektrischen Kontaktieren erster elektronischer Bauelemente mit der Leiterplatte, nämlich der Einbau-Bauelemente, zusätzlich noch ein SMD-Prozess zum Aufbringen von Aufbau-Bauelementen möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektronischen Baugruppe und eine Strahlungssensor-Baugruppe mit einer derartigen elektronischen Baugruppe.
Strahlungssensor-Baugruppen sind als Fahrerassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Diese Fahrerassistenzsysteme weisen Sensoren auf, die das Umfeld von Kraftfahrzeugen überwachen und vermessen und auf diese Weise zum Beispiel Hindernisse oder den Verlauf einer Fahrbahn erkennen. Bekannte Fahrerassistenzsysteme haben eine Leiterplatte, die mit Surface Mounted Device-(SMD)-Bauteilen bestückt ist. Zu diesen Bauteilen gehören Strahlungssensor- und Strahlungssendeelemente, zum Beispiel von Radar- oder optischer Strahlung. Die Strahlungssensorelemente werden auch als Strahlungsempfangselemente bezeichnet. Diese Bauelemente liegen als Mikrochips vor, die zunächst in ein SMD-Gehäuse verbaut werden und dann auf eine Leiterplatte gelötet werden. Alternativ ist es bekannt, die Mikrochips direkt auf eine Oberfläche der Leiterplatte aufzubringen und dort zu bonden. Nach einer derartigen Bond-Verbindung lässt sich auf die Seite der Leiterplatte, die die gebondeten Mikrochips trägt, kein SMD-Bauteil mehr aufbringen, da dies bei den bekannten Baugruppen voraussetzt, dass eine Lötpaste aufgerakelt werden kann. Nach einem SMD-Prozess ist ein Bonden zusätzlicher Bauelemente auf die schon SMD-Bausteine tragende Leiterplatte nur mit hohem Aufwand möglich.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Baugruppe der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass nach dem elektrischen Kontaktieren erster elektronischer Bauelemente mit der Leiterplatte auf der Seite der Leiterplatte, die schon die elektronischen Bauelemente trägt, noch ein SMD-Prozess möglich ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Baugruppe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass dann, wenn die zunächst mit der Leiterplatte elektrisch zu kontaktierende elektronischen Bauelemente in einer Ausnehmung der Leiterplatte angeordnet sind, dies einen nachfolgenden SMD-Prozess nicht behindert, wenn die in die Ausnehmung eingebrachten elektronischen Bauelemente nicht über die die Ausnehmung umgebende Leiterplatten-Oberfläche überstehen. Insbesondere ein Aufrakeln von Lötpaste wird durch die elektronischen Bauelemente in der Ausnehmung nicht behindert. Durch die am Ort der Ausnehmung dünnere Leiterplatte ist zudem ein effizienter Wärmedurchgang von den elektronischen Bauelementen auf die der Ausnehmung gegenüberliegende Seite der Leiterplatte möglich. Dies begünstigt eine Wärmeabfuhr, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die in der Ausnehmung angeordneten elektronischen Bauelemente hohe Verlustwärme produzieren. Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen, die über die Leiterplatten-Oberfläche nicht überstehen, sind insbesondere ohne weiteres stapelbar und können gestapelt transportiert werden. Vor dem Aufbringen von Aufbau-Bauelementen, zum Beispiel durch einen SMD-Prozess, können die Einbau-Bauelemente zunächst getestet werden. Dies verringert vorteilhaft den Materialwert etwaiger Ausschuss-Baugruppen. SMD-Gehäuse für die Einbau-Bauelemente entfallen.
Eine Füllschicht nach Anspruch 2 schützt die in der Ausnehmung angeordneten elektronischen Bauelemente. Die Füllschicht muss, wenn sie die in der Ausnehmung angeordneten elektronischen Bauelemente bedeckt, natürlich für von den elektronischen Bauelementen abzugebende bzw. zu detektierende Strahlung zumindest teilweise transparent sein.
Da die Ausnehmung die Füllschicht wie eine Wanne aufnehmen kann, ist es möglich, niederviskose Füllschichten einzusetzen. Vorteilhaft sind hier insbesondere die Füllschichten nach Anspruch 3.
Ein Boden der Ausnehmung nach Anspruch 4 ermöglicht eine Bond-Kontaktierung der in der Ausnehmung angeordneten elektronischen Bauelemente.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe anzugeben.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 5 angegebenen Schritten.
Durch Ausfräsen kann eine präzise dimensionierte Ausnehmung in die Leiterplatte eingebracht werden. Zudem kann mittels Ausfräsen der Boden der Ausnehmung so vorbereitet werden, dass ohne weiteres hierauf eine bondfähige Anschlussfläche aufgebracht werden kann. Soweit eine fließfähige Füllschicht aufgebracht wird, muss diese nach dem Aufbringen noch ausgehärtet werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 6 gewährleistet die Herstellung einer elektronischen Baugruppe einerseits mit Einbau- und andererseits mit Aufbau-Bauelementen. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Strahlungssensor-Baugruppen, zum Beispiel nach Art eines Fahrerassistenzsystems in einem Kraftfahrzeug, von Vorteil.
Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 7 und 8 sind geeignet zur Massenfertigung.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit geringem Aufwand herstellbare Strahlungssensor-Baugruppe, die insbesondere als Fahrerassistenzsystem in einem Kraftfahrzeug genutzt werden kann, anzugeben.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Strahlungssensor-Baugruppe mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen.
Die Vorteile der Strahlungssensor-Baugruppe entsprechen denen, die vorstehend im Zusammenhang mit der elektronischen Baugruppe angegeben wurden.
Bei einer Strahlungssensor-Baugruppe nach Anspruch 10 lassen sich Strahlführungskomponenten noch nachträglich aufbringen.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Leiterplatte mit einer Strahlungssensor-Baugruppe mit einer erfindungsgemäßen, mehrere als Einbau-Bauelemente ausgeführte elektronische Bauelemente aufweisenden elektronischen Bauelement.
Eine in der Figur insgesamt mit 1 bezeichnete Strahlungssensor-Baugruppe ist Bestandteil eines Fahrerassistentsystems in einem Kraftfahrzeug. Mit einem derartigen Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise der Abstand des Kraftfahrzeugs zu einem Hindernis in oder entgegen der Fahrtrichtung bestimmt werden.
Die Strahlungssensor-Baugruppe 1 hat Aufbau-Bauelemente, von denen in der Figur gestrichelt die Aufbau-Bauelemente 2, 3 dargestellt sind. Bei den Aufbau-Bauelementen 2, 3 handelt es sich um Führungselemente zur Strahlungsführung bzw. zum Senden von Strahlung, also insbesondere um Optiken oder Antennen. Die Aufbau-Bauelemente 2, 3 stellen also Strahlführungskomponenten dar.
Wie schematisch jeweils bei 4 angedeutet, sind die Aufbau-Bauelemente 2, 3 mechanisch mit einer elektronischen Baugruppe 5 verbunden. Letztere umfasst eine Leiterplatte 6. Bei der Leiterplatte 6 handelt es sich um eine FR4-Leiterplatte, also um ein Epoxydharz, das mit einem Glasfasergewebe verstärkt ist und flammbeständig ist. Die Leiterplatte 6 hat eine oberflächenseitige Ausnehmung 7 in Form einer Ausfräsung. Neben der dargestellten Ausnehmung 7 kann die Leiterplatte 6 auch weitere derartige Ausnehmungen aufweisen. Diese weiteren Ausnehmungen können auf der gleichen Seite der Leiterplatte 6 oder auch auf der gegenüberliegenden Leiterplattenseite ausgeführt sein. Ein Boden 8 der Ausnehmung 7 ist als bondfähige Anschlussfläche ausgebildet. Der Boden 8 weist also an definierten Orten eine Mehrzahl von Bondpads auf.
In der Ausnehmung 7 sind mehrere elektronische Bauelemente angeordnet, von denen in der Figur drei elektronische Bauelemente 9, 10, 11 dargestellt sind.
Beim elektronischen Bauelement 10 handelt es sich um ein Strahlungssensor-Strahlungsempfangselement, welches unter dem Aufbau-Bauelement 2 angeordnet ist. Beim elektronischen Bauelement 11 handelt es sich um ein Strahlungssendeelement, welches unter dem Aufbau-Bauelement 3 angeordnet ist.
Die elektronischen Bauelemente 9 bis 11 sind auf den Boden 8 der Ausnehmung 7 aufgesetzt. Die elektronischen Bauelemente 9 bis 11 sind als Einbau-Bauelemente in der Ausnehmung 7 so angeordnet, dass sie über eine die Ausnehmung 7 umgebende Leiterplatten-Oberfläche 12 nicht überstehen. Mit Hilfe von Bonddrähten 13 sind die elektronischen Bauelemente 9 bis 11 mit den Bondpads auf dem Boden 8 der Ausnehmung 7 elektrisch kontaktiert.
Die elektronischen Bauelemente 9 bis 11 sind innerhalb der Ausnehmung in eine Füllschicht 14 eingebettet. Hierbei handelt sich um eine aushärtbare und zunächst niederviskose Vergussmasse. Die Füllschicht 14 füllt ein die elektronischen Bauelemente 9 bis 11 und die Bonddrähte 13 umgebendes freies Volumen der Ausnehmung 7 praktisch vollständig aus, so dass eine freie Oberfläche 15 der Füllschicht 14 mit der umgebenden Leiterplatten-Oberfläche 12 näherungsweise fluchtet. Die Füllschicht 14 ist nach dem Aushärten für die Strahlung, mit der die Strahlungssensor-Baugruppe 1 arbeitet, also für Radarstrahlung oder optische Strahlung, transparent.
Im Rahmen der Herstellung der Strahlungssensor-Baugruppe 1 wird zunächst die elektronische Baugruppe 5 hergestellt. Dies geschieht folgendermaßen: Zunächst wird eine die Ausnehmung 7 noch nicht aufweisende Roh-Leiterplatte bereitgestellt. Durch Ausfräsen wird dann die Ausneh mung 7 in die Roh-Leiterplatte eingebracht, so dass die Leiterplatte 6 entsteht. Alternativ kann eine die Ausnehmung 7 schon enthaltende Leiterplatte 6 bereitgestellt werden. Auf den Boden 8 der Ausnehmung 7 wird dann die Anschlussfläche in Form der Bondpads aufgebracht. Diese Schritte können auch separat bei der Herstellung der Leiterplatte 6 erfolgen. Nun werden die elektronischen Bauelemente 9 bis 11 in die Ausnehmung 7 eingesetzt. Die elektronischen Bauelemente 9 bis 11 werden dann über die Bonddrähte 13 und die Bondpads mit der Leiterplatte 6 elektrisch kontaktiert. Schließlich wird die Füllschicht 14 in die Ausnehmung 7 aufgebracht und ausgehärtet.
Nach dem Herstellen der elektronischen Baugruppe 5 wird mit folgenden weiteren Verfahrensschritten die Strahlungssensor-Baugruppe 1 hergestellt:
Zunächst wird eine Lötpastenschablone auf die Leiterplatte 6 aufgelegt. Anschließend wird eine Lötpaste auf die Leiterplatten-Oberfläche 12 aufgerakelt. Da die freie Oberfläche 15 der Füllschicht 14 mit der Leiterplatten-Oberfläche 12 fluchtet und da die Bauelemente 9 bis 11, die Bonddrähte 13 und die Füllschicht 14 nicht über die Leiterplatten-Oberfläche 12 überstehen, stören weder die Ausnehmung 7 noch die in der Ausnehmung 7 untergebrachten Komponenten beim Aufrakeln der Lötpaste. Schließlich werden im Rahmen eines Reflow-Lötprozesses weitere Surface Mounted Device-(SMD)-Bausteine, von denen in der Figur schematisch ein SMD-Baustein 16 dargestellt ist, als Aufbau-Bauelemente über die Lötpaste mit der Leiterplatte 6 elektrisch kontaktiert. Schließlich werden die weiteren Aufbau-Bauelemente 2, 3 mechanisch und gegebenenfalls elektrisch über die Verbindung 4 mit der Leiterplatte 6 verbunden.
Im Bereich der Ausnehmung 7 ist die Leiterplatte 6 entsprechend der Tiefe der Ausnehmung dünner als in der Umgebung der Ausnehmung 7. Dies begünstigt eine Wärmeabfuhr durch die Leiterplatte 6 im Bereich der Ausnehmung 7. Es ist daher möglich, Verlustwärme der Einbau-Bauelemente 9 bis 11 effizient auf die gegenüberliegende Seite der Leiterplatte 6 zu transferieren und dort über einen gegebenenfalls angeordneten Kühlkörper abzuleiten.

Claims

Elektronische Baugruppe (5) – mit mindestens einem elektronischen Bauelement (9-11), – mit einer Leiterplatte (6), welche das elektronische Bauelement (9- 11) trägt und mit der das elektronische Bauelement (9-11) über elektrische Kontakte (13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektronische Bauelement (9-11) in einer Ausnehmung (7) der Leiterplatte (6) als Einbau-Bauelement so angeordnet ist, dass es über eine die Ausnehmung (7) umgebende Leiterplatten-Oberfläche (12) nicht übersteht.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elektronische Bauelement (9-11) innerhalb der Ausnehmung (7) in eine Füllschicht (14) eingebettet ist, die ein freies Volumen der Ausnehmung (7) zumindest teilweise ausfüllt.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllschicht (14) als Vergussmasse ausgebildet ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden (8) der Ausnehmung (7) als bondfähige Anschlussfläche ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen einer Roh-Leiterplatte, – Ausfräsen der Ausnehmung (7) zur Aufnahme des mindestens einen Einbau-Bauelements (9-11), – Aufbringen der Anschlussfläche am Boden (8) der Ausnehmung (7), – Einsetzen des mindestens einen Einbau-Bauelements (9-11) in die Ausnehmung (7), – Bonden des mindestens einen Einbau-Bauelements (9-11) mit der Anschlussfläche, – vorzugsweise Einbringen der Füllschicht (14) in die Ausnehmung (7).
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte nach dem Einbringen der optimalen Füllschicht (14): – Aufbringen einer Lötpaste auf die Leiterplatten-Oberfläche (12), – Löten mindestens eines weiteren elektronischen Bauelements (16) als Aufbau-Bauelement auf die Leiterplatten-Oberfläche (12).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Lötpaste durch Aufrakeln erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlöten durch einen Reflow-Lötprozess erfolgt.
Strahlungssensor-Baugruppe (1) – mit einer elektronischen Baugruppe (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – mit mindestens einem Strahlungssensorelement (10), welches als Einbau-Bauelement ausgebildet ist, – mit mindestens einem Strahlungssendeelement (11), welches als Einbau-Bauelement ausgebildet ist.
Strahlungssensor-Baugruppe nach Anspruch 9, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit mindestens einer Strahlführungskomponente (2, 3), die als Aufbau-Bauelement ausgebildet ist.