DE102008003785A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Einhausung wenigstens eines elektronischen Bauelements - Google Patents

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Erzeugen einer Einhausung wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere Sensorelements (104), werden a) das wenigstens eine elektronische Bauelement (104) in einen Hohlraum (13), der von einer Wandung (18) umgeben ist und eine definierte Gestalt und/oder Geometrie aufweist, einer formgebenden Vorrichtung (11) eingebracht, b) in den Hohlraum (13) im Bereich zwischen dem elektronischen Bauelement und der Wandung (18) des Hohlraumes (13) eine fließfähige Masse, insbesondere Vergussmasse (110), gefüllt, die anschließend zu einer festen Einhausung (130), die mit dem elektronischen Bauelement verbunden ist, erstarrt oder aushärtet, c) die formgebende Vorrichtung (11) von der Einhausung (130) entfernt oder abgenommen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Einhausung wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere Halbleitersensorelementes
  • Im Bereich der Mikrosystemtechnik werden bei der Herstellung von Sensorsystemen zur Positionsbestimmung hinsichtlich vorhandener Abstände zwischen Sensorelement und einem Signalgeber besonders hohe Anforderungen gestellt. Aufgrund einer oftmals nur vergleichsweise geringen Signalstärke eines zur Verfügung stehenden Signalgebets sollte dieser Abstand möglichst gering ausfallen. Da die eigentlichen Sensorelemente meist eine sehr empfindliche Oberfläche aufweist, insbesondere wenn sie aus einem Halbleiter bestehen, ist zusätzlich darauf zu achten, dass gerade die Oberfläche des Sensorelementes besonders gut vor mechanischen und/oder chemischen Einwirkungen geschützt ist. Nur so kann eine maximale Lebensdauer gewährleistet werden. Deshalb werden die in der Regel auf einem Schaltungsträger oder einem Substrat, insbesondere einem Keramiksubstrat oder einer Leiterplatte, angeordneten Sensorelemente mittels einer Vergussmasse eingehaust, die aufgegossen, aufgespritzt oder aufgepresst wird. Das Sensorelement ist hierdurch von einer schützenden Einhausung aus Vergussmasse vor Umwelteinflüssen sehr gut geschützt. Als Vergussmasse kommen häufig Epoxidharze mit Füllstoffen zum Einsatz.
  • Bei herkömmlichen Verfahren, wie beispielsweise einem Glob-Top-Verfahren, wird ein flüssiges gefülltes Epoxidharz, insbesondere als Kera mik-Harz-Verbundwerkstoff bei einem Substrat aus Keramik, als Vergussmasse auf das Sensorelement und den umgebenden Bereich des Schaltungsträgers aufgetropft. Hierdurch wird das Sensorelement dauerhaft versiegelt beziehungsweise eingehaust, sobald das Kunstharz ausgehärtet ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Herstellen einer Einhausung wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere wenigstens eines Sensorelementes, anzugeben. Insbesondere soll eine Einhausung geschaffen werden, mit der ein definierter Abstand zwischen einem elektronischen Bauelement und einem Bezugsort, insbesondere zwischen einem Sensorelement und einem zugehörigen Signalgeber, möglich ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird zunächst durch ein Verfahren zum Erzeugen (oder: Herstellen) einer Einhausung wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere Halbleitersensorelementes, gelöst mit den folgenden Verfahrensschritten:
    • a) Anordnen (oder: Einbringen) des wenigstens einen elektronischen Bauelementes, insbesondere Halbleitersensorelementes, in einen Hohlraum (oder: Formraum), der von einer Wandung (oder: Hülle, Formraumwandung) umgeben ist und eine definierte Gestalt und/oder Geometrie (oder: Abmessungen) aufweist, einer formgebenden Vorrichtung (oder: Form),
    • b) Befüllen des Hohlraumes im Bereich zwischen dem elektronischen Bauelement und der Wandung des Hohlraumes mit einer fließfähigen Masse, insbesondere Vergussmasse, wobei die Masse anschließend zu einer festen Einhausung, die mit dem elektronischen Bauelement, insbesondere formschlüssig und/oder anhaftend, verbunden ist, erstarrt oder aushärtet,
    • c) Entfernen (oder: Abnehmen) der formgebenden Vorrichtung von der Einhausung und dem darin befindlichen Bauelement (nach Erstarren oder Aushärten der Masse zur Einhausung).
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Einhausung wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere Sensorelementes, wobei das wenigstens eine elektronische Bauelement insbesondere auf einem Substrat, insbesondere auf einem Schaltungsträger, angeordnet ist und wobei besagte Vorrichtung insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach der Erfindung bestimmt und geeignet ist, wobei die Vorrichtung umfasst
    • a) wenigstens eine formgebende Vorrichtung mit wenigstens einem Hohlraum, der von einer Wandung umgeben ist und eine definierte Gestalt und/oder Geometrie aufweist,
    • b) eine Einrichtung zum Anordnen der wenigstens einen formgebenden Vorrichtung oder des wenigstens einen Hohlraumes wenigstens teilweise um das wenigstens eine elektronische Bauelement und ggf. an dem Substrat,
    • c) eine Einrichtung zum Einfüllen einer fließfähigen Masse, insbesondere Vergussmasse, in den Hohlraum, insbesondere im Bereich zwischen dem elektronischen Bauelement und der Wandung des Hohlraumes und ggf. dem Substrat, wobei die eingefüllte Masse zu einer festen Einhausung, die mit dem elektronischen Baulement verbunden ist, erstarren oder aushärten kann.
  • Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass eine gemäß dem Stand der Technik im Glob-top-Verfahren erzeugte Einhausung eine unbestimmte Gestalt aufweist, welche im Wesentlichen davon abhängt, in welcher Gestalt das Kunstharz beginnt auszuhärten. Diese Gestalt und somit die Ausdehnung der Einhausung ist deshalb unbestimmt, so dass definierte Abstände, insbesondere zwischen einem Sensorelement und einem Signalgeber, in regelmäßiger Weise nicht gewährleistet werden können.
  • Im Gegensatz hierzu weist die erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß hergestellte Einhausung eine geometrisch bestimmte Gestalt auf, die sich insbesondere durch die definierte Gestalt oder Geometrie des Hohlraumes oder der dem Hohlraum zugewandten Innenseite von dessen Wandung ergibt oder aus dieser ableitet oder abbildet. Hierdurch können Abstände zwischen einem elektronischen Bauelement wie einem Sensor und weiteren Bauteilen, wie beispielsweise ein mit dem Sensor korrespondierender Signalgeber, sehr stark reduziert werden, ohne die Gefahr, dass es aufgrund einer undefinierten Einhausung zu einer Kollision zwischen der Einhausung und einem ihr gegenüberliegenden Bauteil kommt. Somit lassen sich vorliegend derartige Abstände wesentlich präziser vorher bestimmen oder einstellen und weiter reduzieren als bisher im Stand der Technik möglich. Dadurch kann bei einer Einhausung gemäß der Erfindung für ein Sensorelement insbesondere eine Kommunikation zwischen einem Sensorelement und einem Signalgeber signifikant verbessert werden.
  • Eine geometrisch bestimmte Gestalt ist bei bekannten Auftropfverfahren nicht möglich, da das aufgetropfte Harz in seinem Fließverhalten nur sehr eingeschränkt beeinflussbar ist und sich undefiniert auf dem Bau- bzw. Sensorelement beziehungsweise auf dem Schaltungsträger ausbreitet, bis es schließlich beginnt auszuhärten. Dies ist jedoch besonders in der Mikroaufbautechnik nachteilig, da hier besonders hohe Ansprüche an die Maßhaltigkeit aller Halbleiterbauteilbereiche gestellt werden.
  • Der Begriff „Einhausung" beschreibt im Sinne vorliegender Erfindung jegliches Gebilde, mittels welchem ein elektronisches Bauelement, insbesondere Sensorelement, schützend umgeben werden kann, und kann auch mit einem der Begriffe „Abdeckung", „Umhüllung", „Versiegelung" oder „Einbettung" beschrieben werden. Der Begriff „geometrisch bestimmte Gestalt" erfasst vorliegend insbesondere eine Oberflächengestalt der Einhausung, die von einer Freiformoberfläche, wie sie bei einem aufgetropften Werkstoff gebildet wird, verschieden ist.
  • Es versteht sich, dass ein eingehaustes oder einzuhausendes elektronisches Bauelement, insbesondere Sensorelement, vielfältig ausgebildet sein kann. Oftmals wird im Zusammenhang mit dem Begriff „Sensorelement" oder „Halbleitersensorelement" auch der Begriff „Die" verwendet.
  • Die vorstehend erläuterte Einhausung und das Verfahren werden insbesondere bei einer elektronischen Baugruppe und/oder einem Nutzen mit in Zeilen und Spalten angeordneten Bauelementen und mit zugehörigen Einhausungen, die insbesondere im Wesentlichen identisch zueinander sein können, eingesetzt. Die Bauelemente können durch die exakte geometrisch bestimmte Oberflächengestaltungen ihrer Einhausungen näher aneinander heran angeordnet werden können
  • Ein elektronisches Bauelement, insbesondere Sensorelement, kann besonders nahe beispielsweise an einen Signalgeber heran angeordnet werden, wenn die Einhausung und entsprechend die Wandung des Hohlraumes die Oberflächen aufweist, welche eben gestaltet sind. Weist die Einhausung oder der Hohlraum eine Kopffläche auf, welche im Wesentlichen parallel zu dem elektronischen Bauelement angeordnet verläuft, kann die Einhausung oberhalb des Bauelements mit einer gleichmäßigen Dicke ausgebildet werden. Hierdurch kann insbesondere ein Signalgeber an das Sensorelement kopfseitig besonders nahe angeordnet werden. Ist die Einhausung rechteckig ausgebildet, kann eine solche Kopffläche problemlos realisiert werden. Die Einhausung kann bei anderen Ausführungsvarianten aber auch andere Formen, beispielsweise eine runde bzw. kugelförmige oder polygonale Gestalt, aufweisen.
  • Es versteht sich, dass eine Einhausung mit einer geometrisch bestimmten Gestalt vielseitig herstellbar ist. Besonders einfach ist die solche Einhausung an einem Substrat herstellbar, wenn sie aus einer Vergussmasse besteht. Eine solche Vergussmasse kann baulich und verfahrenstechnisch einfach in die formgebende Vorrichtung eingefüllt werden.
  • Bei dem Schaltungsträger oder Substrat kann es sich beispielsweise um einen organischen oder keramischen Schaltungsträger oder Substrat handeln. Vorteilhaft ist es, wenn die fließfähige Masse oder Vergussmasse ein Kunstharz, insbesondere Epoxidharz, enthält oder daraus besteht, wobei vorzugsweise das Kunstharz mit wenigstens einem Füllstoff, der insbesondere an das Material des Substrats, insbesondere hinsichtlich des thermischen Ausdehnungsverhaltens, angepasst ist, angereichert oder gefüllt ist insbesondere mit einem Keramik-Füllstoff, wenn das Substrat eine Keramik umfasst, und/oder wenn die Masse in ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten an das Material des Substrats möglichst nahe angepasst ist.
  • Zur exakten Positionierung und Beabstandung sieht eine weitere Ausführungsvariante, dass zwischen dem Bauelement und dem Substrat oder einem Zwischenträger Verbindungsmittel mit formstabilen Gebilden oder Abstandhaltern, insbesondere mit kugelartigen, insbesondere gleich großen, Gebilden, angeordnet sind. Beispielsweise ist ein Kleber als Verbindungsmittel mit formstabilen Kügelchen versehen.
  • Das einzuhausende elektronische Bauelement ist insbesondere ein Positionssensor und/oder ein Halbleitersensorelement und/oder ein magnetoresistiver Sensor. Mit der Erfindung können Sensorsysteme zur Positionsbestimmung wesentlich verbessert werden.
  • Es versteht sich, dass die formgebende Vorrichtung vielfältig ausgestaltet sein kann. Beispielsweise bildet sie als Gießform, auf einem Substrat aufgesetzt, einen seitlich geschlossenen Kasten, der jedoch oben und unten offen gehalten sein kann, so dass eine Vergussmasse problemlos von oben in einen Hohlraum des Kastens eingegossen werden kann. Die Vorrichtung kann aber auch bis auf eine dem Substrat zugewandte Öffnung praktisch vollständig geschlossen sein, so dass die Vergussmasse in den Hohlraum der Vorrichtung nur über einen kleinen Einfüllkanal eingespritzt werden kann.
  • Da das Aushärten der Vergussmasse meist mit einer Schrumpfung der Vergussmasse einhergeht, ist es vorteilhaft, wenn weitere Vergussmasse während des Aushärtens der bereits eingefüllten Vergussmasse in die formgebende Vorrichtung nachgefüllt wird.
  • Die formgebende Vorrichtung weist insbesondere eine umlaufende Wandung um den Hohlraum auf und kann mit der Wandung auf das Substrat abgesetzt werden. Da im Bereich der Mikrosystemtechnik insbesondere die Halbleitersensorelemente sehr klein ausgebildet sein können und dementsprechend die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Formen ebenfalls entsprechend klein gewählt werden muss, lässt sich eine mechanische Dichtung zwischen der umlaufenden Wandung und dem Substrat nur unzureichend realisieren.
  • Deshalb ist es vorteilhaft, wenn an einer dem Substrat zugewandten Wandseite der Wandung beziehungsweise der formgebenden Vorrichtung eine Kohäsionsdichtung angeordnet ist.
  • Die Kohäsionsdichtung ist oder wird vorzugsweise als Graben oder Nut in die Vorrichtung eingebracht, insbesondere eingeätzt oder eingefräst oder erodiert werden. Es versteht sich jedoch, dass die Kohäsionsdichtung auch durch andere Maßnahmen an der vorgegebenen Einrichtung bereitgestellt werden kann. Die Nut kann etwa eine umlaufende schmale Nut an der umlaufenden Wandung sein, wodurch sich besonders gute Dichtungseigenschaften ergeben, die genutzt werden können, um ein Auslaufen der Vergussmasse aus dem Hohlraum im Kontaktbereich der Vorrichtung und des Substrats zu verhindern. Die Nut ist im Allgemeinen näher an dem Hohlraum angeordnet als an der vom Hohlraum abgewandten Außenseite.
  • Um eine solche Kohäsionsdichtung an einem Schaltungsträger problemlos bilden zu können, sieht eine weitere Verfahrensvariante vor, dass die formgebende Vorrichtung auf den Schaltungsträger oder das Substrat aufgesetzt wird, wobei dann eine Kohäsionsdichtung zwischen der formgebenden Vorrichtung und dem Schaltungsträger gegebenenfalls auch ohne Nut realisiert werden kann.
  • In einer Variante, in der ein zwischen der wenigstens einen Nut und dem Hohlraum angeordneter innenliegender Wandungsteil wenigstens einen inneren Spalt zur Substratoberfläche bildet, der zwischen dem Hohlraum und der Nut verläuft, dringt durch den inneren Spalt noch nicht erstarrte oder ausgehärtete Masse aus dem Hohlraum bis zu der Nut vor, insbesondere aufgrund von Kapillarwirkung, und dann kommt aufgrund von Kohäsion die noch nicht erstarrte oder ausgehärtete Masse an oder in der Nut zum Stehen und erstarrt dort oder härtet dort aus unter Ausbildung eines Kohäsionswulstes. Der wenigstens eine Spalt oder Zwischenraum zwischen der formgebenden Vorrichtung, insbesondere der Wandung des Hohlraumes, insbesondere dem innenliegenden Wandungsteil, einerseits und dem Substrat andererseits ist im Allgemeinen kleiner als 0,2 mm, insbesondere kleiner als 0,1 mm, ist und im Allgemeinen größer als 0,001 mm.
  • Die derart hergestellte Einhausung weist dann außen wenigstens teilweise einen Randbereich auf mit einem (charakteristischen) nach außen zeigenden konvex oder konkav gekrümmten Kohäsionswulst, wobei der Randbereich bevorzugt dünner als 0,2 mm, insbesondere dünner als 0,1 mm, ist und im Allgemeinen dicker als 0,001 mm ist.
  • Eine Variante sieht vor, dass mehrere formgebende Vorrichtungen an einer Matrize angeordnet sind, insbesondere in ein Matrizenmaterial eingebettet werden. Der Begriff „Matrize" beschreibt im vorliegenden Zusammenhang jegliche Einrichtungen, mittels welchen es gelingt, eine Vielzahl an Vorrichtungen zum Formen von Einhausungen räumlich definiert zueinander anzuordnen und zu halten.
  • Um eine mit mehreren Vorrichtungen ausgestattete Matrize problemlos an dem Nutzen einsetzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtungen an der Matrize identisch angeordnet sind wie die Bauelemente an dem Nutzen. Hierdurch können eine Vielzahl von Einhausungen gleichzeitig in einem Arbeitsgang an einem Nutzen hergestellt werden.
  • Während für die formgebende(n) Vorrichtung(en) insbesondere ihre Wandung ein Metall oder ein Kunststoff bevorzugte Materialien sind wegen ihrer guten Verarbeitbarkeit, wird für die Matrize vorzugsweise ein Material ge wählt, welches einen ähnlichen oder identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie der des Substrats, insbesondere ein Keramikmaterial, wenn das Substrat aus Keramik besteht.
  • Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass vor dem Auftragen der Vergussmasse das Halbleitersensorelement eingehaust wird. Es mag widersinnig zu erscheinen, ein Halbleitersensorelement zweimal einhausen zu wollen. Jedoch kann mittels einer ersten provisorischen Einhausung eine dauerhafte Einhausung mit einer geometrisch bestimmten Gestalt hinsichtlich der extrem kleinen Bauteile konstruktiv einfach realisiert werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
  • 1 eine Ansicht einer elektronischen Baugruppe mit einem Schaltungsträger, an welchem eine formgebende Einrichtung zum Erstellen einer geometrisch bestimmten Einhausung angeordnet ist,
  • 2 eine Detailansicht einer Wandung der formgebenden Einrichtung aus der 1 mit einer Kohäsionsdichtung,
  • 3 eine Ansicht einer weiteren Baugruppe mit einem Schaltungsträger, einem Sensorelement und mit einer darum angeordneten Einhausung, und
  • 4 eine Ansicht einer Matrize mit daran angeordneten formgebenden Einrichtungen zum Erstellen einer Einhausung eines Sensorelements
    jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechend Teile und Größen sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die in der 1 gezeigte elektronische Baugruppe 1 weist einen Schaltungsträger 2 auf, an dem ein Die 3 in Form eines Sensorelementes 4 mittels eines Bondingmittels 5 auf den Schaltungsträger 2 aufgebondet ist. Das Bondingmittel 5 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem geeigneten Kleber 6, in welchem kugelartige Gebilde 7 als Abstandshalter 8 angereichert sind.
  • Während der Kleber 6 für eine ausreichende Haftung des Sensorelementes 4 an dem Schaltungsträger 2 sorgt, gewährleisten die kugelartigen Gebilde 7, dass das Sensorelement 4 mit einem exakten Abstand auf dem Schaltungsträger 2 appliziert werden kann. Hierbei kann das Sensorelement 4 mittels einer bekannten Bondtechnologie mit Hilfe eines Bonddrahtes 9 oder auch mittels Flip-Chip-Technologie auf dem Schaltungsträger 2 elektrisch verbunden werden. Elektrisch verbunden ist der Schaltungsträger 2 mit dem Halbleitersensorelement 4.
  • Um das Sensorelement 4 mittels einer Vergussmasse 10 geometrisch bestimmt einhausen zu können, ist das Sensorelement 4 temporär von einer formgebenden Vorrichtung 11 umgeben, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Metallform 12 ausgebildet ist.
  • Die Metallform 12 ist mit einem Hohlraum 13 ausgestattet, in welchem die Vergussmasse 10 sukzessive eingegossen werden kann. Hierbei umschließt die Vergussmasse 10 das Sensorelement 4 einschließlich des Bonddrahtes 9 und der Bondingmittel 5, so dass dieser Bereich der Baugruppe 1 mit einer schützenden Schicht, nämlich der Vergussmasse 10, umgeben ist.
  • Da es insbesondere bei sehr kleinen Maßen problematisch ist, solche formgebenden Vorrichtungen 11 flüssigkeitsdicht abzudichten, ist an der dem Schaltungsträger 2 zugewandten Seite 14 der Metallform 12 eine Kohäsionsdichtung 15 vorgesehen.
  • In der Detailansicht 16 der 2 erkennt man an der Kohäsionsdichtung 15 eine umlaufende Nut 17, die in diesem Ausführungsbeispiel in die Wandung 18 der Metallform 12 eingeätzt ist, jedoch auch eingefräst oder erodiert sein kann. Zwischen der Nut 17 und dem Hohlraum 13 der Metallform 12 ist ein schmaler Spalt (Kapillarspalt) 19 ausgebildet, in welchen die Vergussmasse 10 aufgrund von Kapillarkräften hineingezogen werden kann. Im Bereich des zunehmend schmaler werdenden Adhäsionsspaltes 19 kann die Vergussmasse 10 auch schneller aushärten, so dass in dem Spalt 19 sich schnell eine ausgehärtete und damit abdichtende Vergussmasse 10 bilden kann.
  • Der Hohlraum 13 der Metallform 12 verjüngt sich zusehend mit größer werdendem Abstand von dem Schaltungsträger 2, so dass die Metallform 12 nach dem Aushärten der Vergussmasse 10 problemlos nach oben von der Vergussmasse 10 und damit auch von dem Schaltungsträger 2 abgehoben werden kann.
  • Bei der in der 3 gezeigten Baugruppe 101 ist eine solche Metallform (12, siehe 1) bereits von einem Schaltungsträger 102 abgenommen und ein Sensorelement 104 ist mit einer Einhausung 130 vor Einflüssen aus einer Umgebung 131 gut geschützt.
  • Die Einhausung 130 besteht ebenfalls aus einer bereits ausgehärteten Vergussmasse 110 und ist vorteilhafter Weise rechteckig ausgebildet, wobei die Einhausung 130 nach oben, zu ihrer Kopfseite 132 hin, verjüngend zuläuft. Alle Seiten der Einhausung 130 sind beispielsweise als plane Flächen oder eben ausgebildet, so dass die Einhausung 130 an allen ihren Oberflächen eine geometrisch bestimmte Gestalt aufweist. Insbesondere die Kopfseite 132 verläuft im Wesentlichen parallel zu dem Schaltungsträger 102 beziehungsweise zu dessen Schaltungsträgeroberfläche 135.
  • Mittels der geometrisch bestimmten Einhausung 130 gelingt es weiter, dass ein Abstand 136 zwischen dem Sensorelement 104 und der planen Ebene der Kopfseite 132 wesentlich geringer gestaltet werden kann als bisher üblich. Somit kann das Sensorelement 104 im Bedarfsfall näher an einen hier nicht weiter gezeigten Signalgeber angeordnet werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn der verwendete Signalgeber nur mit einer geringen Signalstärke arbeiten kann.
  • Elektrisch verbunden wird das Sensorelement 104 mit dem Schaltungsträger 102 durch einen Bonddraht 109, der seitlich des Halbleitersensorelementes 104 angeordnet ist, oder auch durch Flip-chip.
  • Um das Sensorelement 104 weitet beabstandet von der Schaltungsträgeroberfläche 135 an dem Schaltungsträger 102 platzieren zu können, ist zwischen dem Sensorelement 104 und dem Schaltungsträger 102 ein Zwischenträger 137 vorgesehen.
  • Sowohl das Sensorelement 104 an dem Zwischenträger 137 als auch der Zwischenträger 137 an dem Schaltungsträger 102 sind mit Bondingmittel 105 verbunden, wobei die Bondingmittel 105 aus einem Kleber 106 mit kugelartigen Gebilden 107 bestehen. Insbesondere die kugelartigen Gebilde 107 garantieren einen sehr exakten Abstand der einzelnen Bauteile zueinander.
  • Die in der 4 gezeigte Matrize 240 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Keramikmaterial 241. In diesem Keramikmaterial 241 sind insgesamt neun Metallformen 212 (hier nur exemplarisch beziffert) eingebettet. Die Metallformen 212 sind hierbei in Zeilen und Spalten angeordnet, in denen auch Sensorelemente (104, siehe 3) an einem Nutzen (hier nicht gezeigt) angeordnet sind, so dass die Metallformen 212 derart über die Sensorelemente 104 eines Nutzen geführt werden können, dass die Sensorelemente 104 in den Hohlräumen 213 (hier nur exemplarisch beziffert) der Metallformen 212 angeordnet werden können.
  • Das hier verwendete Keramikmaterial 241 weist einen ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf wie ein Schaltungsträger 102 der Baugruppe 101. Hierdurch wird verhindert, dass sich durch unterschiedliche Ausdehnungen der Matrize 240 und einer Baugruppe 101 insbesondere Sensorelemente 104 der Baugruppe 101 beschädigt werden, denn die Aushärtetemperaturen einer Vergussmasse 110 liegen meist in einem Temperaturbereich zwischen 25°C und 145°C.
    • 1
    elektronische Baugruppe
    2
    Schaltungsträger
    3
    Die
    4
    Sensorelement
    5
    Bondingmittel
    6
    Kleber
    7
    kugelartige Gebilde
    8
    Abstandshalter
    9
    Bonddraht
    10
    Vergussmasse
    11
    Formvorrichtung
    12
    Metallform
    13
    Hohlraum
    14
    zugewandte Seite
    15
    Kohäsionsdichtung
    16
    Teilansicht
    17
    Nut
    18
    Wandung
    19
    Fortsatz
    20
    innenliegender Wandungsteil
    21
    Kohäsionswulst
    22
    außenliegender Wandungsteil
    23
    Spalt
    25
    Substratoberfläche
    29
    Spalt
    101
    Bauteil
    102
    Schaltungsträger
    104
    Halbleitersensorelement
    105
    Bondingmittel
    106
    Kleber
    107
    kugelartige Gebilde
    109
    Bonddraht
    119
    Randfortsatz
    121
    Kohäsionswulst
    130
    Einhausung
    131
    Umgebung
    132
    Kopfseite
    133
    erster Seitenbereich
    134
    zweiter Seitenbereich
    135
    Schaltungsträgeroberfläche
    136
    Abstand
    137
    Zwischenträger
    212
    Metallform
    213
    Hohlraum
    240
    Matrize
    241
    Material

Claims (25)

  1. Verfahren zum Erzeugen einer Einhausung wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere Sensorelementes (104), bei dem a) das wenigstens eine elektronische Bauelement (104) in einen Hohlraum (13), der von einer Wandung (18) umgeben ist und eine definierte Gestalt und/oder Geometrie aufweist, einer formgebenden Vorrichtung (11) eingebracht wird, b) in den Hohlraum (13) im Bereich zwischen dem elektronischen Bauelement und der Wandung (18) des Hohlraumes (13) eine fließfähige Masse, insbesondere Vergussmasse (110), gefüllt wird, die anschließend zu einer festen Einhausung (130), die mit dem elektronischen Baulement verbunden ist, erstarrt oder aushärtet, c) die formgebende Vorrichtung (11) von der Einhausung (130) entfernt oder abgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor dem Erzeugen der Einhausung (130) das wenigstens eine elektronische Bauelement, insbesondere Sensorelement (104), bereits auf einem Substrat, insbesondere auf einem Schaltungsträger (102), angeordnet ist oder wird, insbesondere durch Bonden oder Flip Chip Technologie, und vorzugsweise bereits elektrische Verbindungen zwischen Substrat und Bauelement hergestellt sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem beim Erzeugen der Einhausung wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere Sensorelements (104), die formgebende Vorrichtung (11), insbesondere die Wandung (18) des Hohlraumes (13), auf das Substrat (2), insbesondere den Schaltungsträger (102), in einem das Bauelement umgebenden Bereich aufgesetzt wird, wobei insbesondere im Hohlraum (13) ein Zwischenraum zwischen dessen Wandung (18) oder dem innenliegenden Wandungsteil (20), dem Bauelement (104) und dem Substrat (102) mit der Masse befüllt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem zum Abdichten eines aufgrund nicht angepasster oder nicht anliegender Oberflächen, beispielsweise aufgrund von Oberflächenrauigkeiten oder Oberflächentoleranzen, zwischen der formgebenden Vorrichtung (11), insbesondere der Wandung (18) des Hohlraumes (13), und der Substratoberfläche (25) des Substrats (2), insbesondere Schaltungsträger (102), gebildeten Spaltes (22, 29) oder Zwischenraumes eine Kohäsionsdichtung (15) eingestellt oder vorgesehen wird, wobei die Kohäsionsdichtung (15) bewirkt, dass die noch nicht erstarrte oder ausgehärtete Masse (110) aus dem Hohlraum (13) aufgrund von Kohäsion, insbesondere noch zwischen Wandung (18) und Substratoberfläche (25), zum Stehen kommt und nicht weiter nach außen fließt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Kohäsionsdichtung (15) wenigstens eine, im Allgemeinen umlaufende, Nut (17) in der Wandung (18) des Hohlraumes (13) der formgebenden Vorrichtung (11) an der dem Substrat, insbesondere Schaltungsträger (102), zugewandten Seite umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein zwischen der wenigstens einen Nut (17) und dem Hohlraum (13) angeordneter innenliegender Wandungsteil (20) der Wandung (18) des Hohlraumes (13) wenigstens einen inneren Spalt (29) zur Substratoberfläche (25) bildet, der zwischen dem Hohlraum (13) und der Nut (17) verläuft, wobei durch den inneren Spalt (29) noch nicht erstarrte oder ausgehärtete Masse (110) aus dem Hohlraum (13) bis zu der Nut (17) vordringt, insbesondere aufgrund von Kapillarwirkung, und dann aufgrund von Kohäsion die noch nicht erstarrte oder ausgehärtete Masse (110) an oder in der Nut (17) zum Stehen kommt oder nicht weiter nach außen fließt, sondern an oder in der Nut (17) erstarrt oder aushärtet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Nut (17) in der Wandung (18) des Hohlraumes (13) näher an dem Hohlraum (13) angeordnet ist als an der vom Hohlraum abgewandten Außenseite oder bei dem der oder ein zwischen der Nut (17) und dem Hohlraum (13) angeordneter innenliegender Wandungsteil (20) der Wandung (18) dünner ist als der jenseits der Nut (17) zur vom Hohlraum abgewandten Außenseite hin liegende Wandungsteil (22).
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem der wenigstens eine Spalt oder Zwischenraum zwischen der formgebenden Vorrichtung (11), insbesondere der Wandung (18) des Hohlraumes (13), und dem Substrat (2), insbesondere Schaltungsträger (102), kleiner als 0,2 mm, insbesondere kleiner als 0,1 mm, ist und im Allgemeinen größer als 0,001 mm ist und/oder der wenigstens eine innere Spalt (29) zwischen dem innenliegenden Wandungsteil (20) und dem Substrat (2) kleiner als 0,2 mm, insbesondere kleiner als 0,1 mm, ist und im Allgemeinen größer als 0,001 mm ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem weitere Masse (110) während eines Erstarrens oder Aushärtens bereits eingefüllter Masse (110) in die formgebende Vorrichtung (11) oder den Hohlraum (13) nachgefüllt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Masse (110) ein Kunstharz, insbesondere Epoxidharz, enthält oder daraus besteht.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Masse in ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten an das Material des Substrats möglichst nahe angepasst ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 und Anspruch 11, bei dem das Kunstharz vorzugsweise mit wenigstens einem Füllstoff, der insbesondere an das Material des Substrats, insbesondere hinsichtlich des thermische Ausdehnungsverhaltens, angepasst ist, angereichert oder gefüllt ist insbesondere mit einem Keramik-Füllstoff, wenn das Substrat eine Keramik umfasst.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die oder jede formgebende Vorrichtung (11), insbesondere die Wandung (18) ihres jeweiligen Hohlraumes (13, 213) aus Metall oder einem Kunststoff besteht oder als Metallform (212) oder Kunststoffform ausgebildet ist.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mittels mehrerer formgebender Vorrichtungen (11, 212, 213) mehrere Einhausungen unterschiedlicher elektronischer Bauelemente zugleich erzeugt werden, wobei vorzugsweise die formgebenden Vorrichtungen (11, 212, 213) in eine gemeinsame Matrize (240), insbesondere in einer matrixförmigen Anordnung, eingebettet oder zusammengefasst werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Matrize (240) aus einem Material (241) besteht, welches einen ähnlichen oder identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie der des Substrats, insbesondere Schaltungsträgers (102), und/oder aus einem Keramikmaterial (241) gebildet ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der von Anspruch 2 abhängigen Ansprüche, bei dem das wenigstens eine elektronische Bauelement, insbesondere Sensorelement (104), auf dem Substrat, insbesondere Schaltungsträger (102), mittels eines Klebematerials befestigt wird, das mit Abstandshaltern (8), vorzugsweise mit kugelförmigen oder kugelartigen Abstandshaltern, angereichert ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der von Anspruch 2 abhängigen Ansprüche, bei dem das wenigstens eine elektronische Bauelement, insbesondere Sensorelement (104), auf einem Zwischenträger (137) und vorzugsweise auch der Zwischenträger (137) auf dem Substrat, insbesondere Schaltungsträger (102), jeweils mittels eines Klebematerials befestigt wird, das mit Abstandshaltern (8), vorzugsweise mit kugelförmigen oder kugelartigen Abstandshaltern, angereichert ist.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Hohlraum (13) oder die Einhausung (130) Oberflächen (132, 133, 134) aufweist, welche eben gestaltet sind und/oder eine Kopffläche (132) aufweist, welche im Wesentlichen parallel zu dem elektronischen Bauelement, insbesondere Sensorelement (102), angeordnet verläuft, und/oder rechteckig ausgebildet ist.
  19. Einhausung (130) wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere Sensorelementes (104), insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einhausung (130) eine geometrisch bestimmte Gestalt aufweist und vorzugsweise außen wenigstens teilweise einen Randbereich aufweist mit einem nach außen zeigenden konvex oder konkav gekrümmten Wulst, wobei der Randbereich bevorzugt dünner als 0,2 mm, insbesondere dünner als 0,1 mm, ist und im Allgemeinen dicker als 0,001 mm ist.
  20. Vorrichtung (11) zum Erzeugen einer Einhausung (130) wenigstens eines elektronischen Bauelements, insbesondere Sensorelementes (104), wobei das wenigstens eine elektronische Bauelement, insbesondere Sensorelement (104), insbesondere auf einem Substrat, insbesondere auf einem Schaltungsträger (102), angeordnet ist, besagte Vorrichtung insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Vorrichtung umfasst a) wenigstens eine formgebende Vorrichtung (11) mit wenigstens einem Hohlraum (13), der von einer Wandung (18) umgeben ist und eine definierte Gestalt und/oder Geometrie aufweist, b) eine Einrichtung zum Anordnen der wenigstens einen formgebenden Vorrichtung oder des wenigstens einen Hohlraumes wenigstens teilweise um das wenigstens eine elektronische Bauelement, insbesondere Sensorelement, und ggf. an dem Substrat, insbesondere Schaltungsträger (102), c) eine Einrichtung zum Einfüllen einer fließfähigen Masse, insbesondere Vergussmasse (110), in den Hohlraum (13), insbesondere im Bereich zwischen dem elektronischen Bauelement und der Wandung (18) des Hohlraumes (13) und ggf. dem Substrat, wobei die eingefüllte Masse (110) zu einer festen Einhausung, die mit dem elektronischen Baulement verbunden ist, erstarren oder aushärten kann.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der zum Abdichten eines Spaltes oder Zwischenraumes zwischen der Wandung (18) des Hohlraumes (13) und dem Substrat, insbesondere Schaltungsträger (102), eine Kohäsionsdichtung (15) vorgesehen ist, wobei die Kohäsionsdichtung bewirkt, dass die noch nicht erstarrte oder ausgehärtete Masse (110) aus dem Hohlraum (13) aufgrund von Kohäsion, insbesondere noch zwischen Wandung (18) und Substratoberfläche (25), zum Stehen kommt und nicht weiter nach außen fließt und/oder die Kohäsionsdichtung (15) wenigstens eine, im Allgemeinen umlaufende, Nut (17) in der Wandung (18) des Hohlraumes (13) der formgebenden Vorrichtung (11) an der dem Substrat, insbesondere Schaltungsträger (102), zugewandten Seite umfasst, wobei vorzugsweise ein zwischen der wenigstens einen Nut (17) und dem Hohlraum (13) angeordneter innenliegender Wandungsteil (20) der Wandung (18) des Hohlraumes (13) wenigstens einen inneren Spalt (29) zur Substratoberfläche (25) bildet, der zwischen dem Hohlraum (13) und der Nut (17) verläuft, wobei durch den inneren Spalt (29) noch nicht erstarrte oder ausgehärtete Masse (110) aus dem Hohlraum (13) bis zu der Nut (17) vordringt, insbesondere aufgrund von Kapillarwirkung, und dann aufgrund von Kohäsion die noch nicht erstarrte oder ausgehärtete Masse (110) an oder in der Nut (17) zum Stehen kommt oder nicht weiter nach außen fließt, sondern an oder in der Nut (17) erstarrt oder aushärtet.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Nut (17) in der Wandung (18) des Hohlraumes (13) näher an dem Hohlraum (13) angeordnet ist als an der vom Hohlraum abgewandten Außenseite oder bei dem der oder ein zwischen der Nut (17) und dem Hohlraum (13) angeordneter innenliegender Wandungsteil (20) der Wandung (18) dünner ist als der jenseits der Nut (17) zur vom Hohlraum abgewandten Außenseite hin liegende Wandungsteil (22) und/oder bei der der wenigstens eine Spalt oder Zwischenraum zwischen der formgebenden Vorrichtung (11), insbesondere der Wandung (18) des Hohlraumes (13), und dem Substrat (2), insbesondere Schaltungsträger (102), kleiner als 0,2 mm, insbesondere kleiner als 0,1 mm, ist und im Allgemeinen größer als 0,001 mm ist und/oder der wenigstens eine innere Spalt (29) zwischen dem innenliegenden Wandungsteil (20) und dem Substrat (2) kleiner als 0,2 mm, insbesondere kleiner als 0,1 mm, ist und im Allgemeinen größer als 0,001 mm ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei der die oder jede formgebende Vorrichtung (11), insbesondere die Wandung (18) ihres jeweiligen Hohlraumes (13, 213) aus Metall oder einem Kunststoff besteht oder als Metallform (212) oder Kunststoffform ausgebildet ist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23 mit mehreren formgebenden Vorrichtungen (11, 212, 213) in einer gemeinsamen Matrize (240), insbesondere in einer matrixförmigen Anordnung, eingebettet oder zusammengefasst sind, wobei die Matrize (240) vorzugsweise aus einem Material (241) besteht, welches einen ähnlichen oder identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie der des Substrats, insbesondere Schaltungsträgers (102), und/oder aus einem Keramikmaterial (241) gebildet ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei der das wenigstens eine elektronische Bauelement, insbesondere Sensorelement (104), auf dem Substrat, insbesondere Schaltungsträger (102), mittels eines Klebematerials befestigt ist, das mit Abstandshaltern (8), vorzugsweise mit kugelförmigen oder kugelartigen Abstandshaltern, angereichert ist, oder bei der das wenigstens eine elektronische Bauelement, insbesondere Sensorelement (104), auf einem Zwischenträger (137) und vorzugsweise auch der Zwischenträger (137) auf dem Substrat, insbesondere Schaltungsträger (102), jeweils mittels eines Klebematerials befestigt ist, das mit Abstandshaltern (8), vorzugsweise mit kugelförmigen oder kugelartigen Abstandshaltern, angereichert ist.
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