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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Modul nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Solche
Module sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 10 2005 040 781
A1 eine Sensorvorrichtung bekannt, umfassend ein Gehäuse
mit einem mikromechanischen Sensorelement, einem Auswerteelement
und einem Trägerelement, wobei das Sensorelement an dem
Gehäuse angebracht ist, wobei das Auswerteelement an dem
Trägerelement angebracht ist, wobei das Trägerelement
in dem Gehäuse angeordnet ist und wobei das Sensorelement
und das Auswerteelement in elektrischer Verbindung miteinander stehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Modul und das erfindungsgemäße
Verfahren zur Herstellung eines Moduls gemäß den
nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem
Stand der Technik den Vorteil, dass thermomechanischer und mechanischer
Stress von dem zweiten Bauelement fern gehalten wird. Dies wird
dadurch erreicht, dass das Premold-Element in der Ausnehmung des
Trägerstreifens angeordnet ist und daher von dem Trägerstreifen,
welcher üblicherweise ein Metall umfasst, deutlich beabstandet
ist, so dass unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Trägerstreifen und dem zweiten Bauelement
nicht zum Stresseintrag in das zweite Bauelement führen
und somit insbesondere die Sensiergenauigkeit eines als Sensorelement
ausgebildeten zweiten Bauelements nicht beeinträchtigen.
Darüberhinaus lässt sich der als Premold-Element
ausgebildete Kunststoffboden optimal an die Anforderungen des zweiten
Bauelements anpassen und erreicht eine höhere Resistenz
gegen aggressi ve Medien. Vorzugsweise ermöglicht ein solcher
Kunststoffboden zudem eine Rückseitenzuführung
für Medien an das zweite Bauelement, beispielsweise für
den Anschluss einer Zuführungsleitung. Ferner ist die Dicke
des Premold-Elements vorzugsweise frei wählbar, so dass
in einfacher Weise eine gewünschte Anpassung der Bodensteifigkeit, der
Bodeneigenfrequenz, der Höhenlage des zweiten Bauelements
und dergleichen realisierbar ist. Dies ist insbesondere bei vibrationsempfindlichen Anwendungen
von großer Bedeutung. Das erfindungsgemäße
Modul, bei welchem das erste Bauelement einen gegenüber
dem Moldgehäuse unbedeckten Anschlussbereich aufweist,
hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das
erste und das zweite Bauelement unmittelbar über das Verbindungselement
elektrisch leitfähig miteinander kontaktierbar sind. Die
Realisierung eines zusätzlichen Bondpads, wie im Stand
der Technik vorgeschlagen wird, ist hierbei nicht erforderlich.
Das Verbindungselement umfasst vorzugsweise einen Bonddraht, welcher
unmittelbar von einem Bondpad am ersten Bauelement zu einem Bondpad
am zweiten Bauelement führt, so dass der elektrische Kontakt
in vergleichsweise bauraumkompakter und kostengünstiger
Weise realisierbar ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen,
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Premold-Element
kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Trägerstreifen
verbunden ist, so dass in vorteilhafter Weise eine mechanisch stabile
Verbindung zwischen dem Premold-Element und dem Trägerstreifen
hergestellt wird, wobei gleichzeitig eine Einkopplung von mechanischen
Stress in das Premold-Element vorzugsweise durch die Anordnung des
Premold-Elements in der Ausnehmung des Trägerstreifens
verhindert wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Premold-Element einen
Teilbereich des Moldgehäuses umfasst. In vorteilhafter
Weise ist das Modul somit vergleichsweise kostengünstig
herstellbar, da das Premold-Element im Herstellungsprozess des Moldgehäuses
gleichzeitig mit dem Moldgehäuse erzeugt wird. Mit anderen
Worten: Das zweite Bauelement wird erst nach dem Umspritzen des
ersten Bauelements und dem Aushärten der Moldmasse platziert,
so dass lediglich für das zweite Bauelement der Teilbereich
des Moldgehäuses ein Premold-Element umfasst. Das erfindungsgemäße
Modul umfasst somit ein Moldgehäuse für das erste
Bauelement und ein Premold-Gehäuse für das zweite
Bauelement, so dass für das erste Bauelement die Vorteile
der Mold-Technologie, wie guter Schutz gegen Umgebungseinflüsse
und einfacher Kontaktierung über den Trägerstreifen,
und für das zweite Bauteil die Vorteile der Premold-Technologie,
wie geringerer thermomechanischer und mechanischer Stress durch
die Entkopplung zwischen Trägerstreifen und Bauelement,
sowie optional einfachere Realisierung einer Gaszuführung,
realisierbar sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite
Bauelement und/oder das Premold-Element in einer Aussparung des
Moldgehäuses angeordnet ist. In vorteilhafter Weise wird
somit der thermomechanische und mechanische Stresseintrag vom Moldgehäuse
auf das zweite Bauelement reduziert, da das zweite Bauelement nicht
vollständig von dem Moldgehäuse eingeschlossen
ist, sondern lediglich mit einer Seite auf dem Teilbereich des Moldgehäuses
bzw. dem Premold-Element angeordnet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Trägerstreifen
einen Anschlussbereich aufweist, welcher in der Aussparung angeordnet
ist, so dass innerhalb der Aussparung der elektrisch leitfähige
Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Bauelement realisierbar
ist. Die Aussparung wird vorzugsweise mit einem elastischen Gel
aufgefüllt, so dass dieses Gel nicht nur das zweite Bauelement,
sondern in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch das Verbindungselement
vor Korrosion und dergleichen schützt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite
Bauelement zumindest teilweise innerhalb der Ausnehmung des Trägerstreifens
angeordnet ist, so dass in vorteilhafter Weise ein vergleichsweise
bauraumkompaktes Modul realisierbar ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Ausnehmung
eine Vertiefung oder eine Durchgangsöffnung im Trägerstreifen
umfasst. Mit anderen Worten: Die Tiefe der Ausnehmung erstreckt
sich insbesondere lediglich über einen Teilbereich der
Materialstärke des Trägerstreifens oder über
die gesamte Materialstärke des Trägerstreifens.
In vorteilhafter Weise ist über die Tiefe der Ausnehmung
die Entkopplung des zweiten Bauelements vom Trägerstreifen
in gewünschter Weise und entsprechend der Anforderungen
an das Modul individuell konfigurierbar.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Premold-Element einen
Kanal aufweist, welcher zum zweiten Sensorelement führt.
Vorzugsweise umfasst die Ausnehmung des Trägerelements
in diesem Fall eine Durchgangsöffnung, so dass der Kanal
in einfacher Weise von der Rückseite des Moduls an die
Unterseite des zweiten Bauelements, welches in diesem Fall beispielsweise
einen Gasdetektor und/oder einen Drucksensor umfasst, heranführbar
ist, so dass das zweite Bauelement mit einem Messmedium beaufschlagbar
ist. Alternativ umfasst das zweite Bauelement vorzugsweise einen
Lichtsensor und/oder eine Lichtquelle, wobei der Kanal als entsprechender Lichtleiter
fungiert.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Herstellung eines Moduls, wobei in einem ersten Herstellungsschritt
das erste Bauelement angeordnet auf dem Trägerstreifen bereitgestellt
wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt das erste Bauelement
zur Herstellung des Moldgehäuses zumindest teilweise umspritzt wird
und wobei in einem dritten Herstellungsschritt das zweite Bauelement
auf dem Premold-Element angeordnet wird, wobei ferner der zweite
Herstellungsschritt derart durchgeführt wird, dass das
Premold-Element in der Ausnehmung des Trägerstreifens hergestellt
wird und/oder dass ein gegenüber dem Moldgehäuse
unbedeckter Anschlussbereich des ersten Bauelements erzeugt wird.
In vorteilhafter Weise wird, wie oben bereits ausführlich
ausgeführt wurde, somit eine Stressentkopplung zwischen
dem zweiten Bauelement und dem Trägerstreifen realisiert
und/oder eine vergleichsweise einfache und kostengünstige
Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen
dem ersten und dem zweiten Bauelement erzielt. Vorzugsweise wird
in einem zusätzliche Herstellungsschritt zwischen dem zweiten
und dem dritten Herstellungsschritt die Aussparung im Moldgehäuse
ausgespart.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass in einem vierten
Herstellungsschritt der Anschlussbereich und das zweite Bauelement
mittels des Verbindungselements elektrisch leitfähig miteinander
verbunden werden. Dies wird beispielsweise mittels eines Drahtbondprozesses durchgeführt.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass in einem fünften
Herstellungsschritt das zweite Bauelement und/oder das Verbindungselement
mit einem elastischen Gel als Schutzelement abgedeckt wird.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen
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1a und 1b eine
schematische Schnittbildansicht und eine schematische Aufsicht eines
Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
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2a, 2b, 2c und 2d schematische
Ansichten einer ersten und zweiten Vorläuferstruktur zur
Herstellung eines Moduls gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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3a bis 3e schematische
Ansichten von Modulen gemäß zweiter, dritter,
vierter, fünfter und sechster Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und
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4a und 4b eine
schematische Schnittbildansicht und eine schematische Aufsicht eines
Moduls gemäß einer siebten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen
Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils
nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1a und 1b sind
eine schematische Schnittbildansicht und eine schematische Aufsicht
auf ein Modul 1 gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Modul 1 umfasst
einen Trägerstreifen 1 (auch als Leadframe bezeichnet),
auf welchem ein erstes Bauelement 2, beispielsweise ein
Auswertechip in Form eines ASIC's (Application Specific Integrated
Circuit) angeordnet ist. Das erste Bauelement 2 ist von
einem Moldgehäuse 5 umhüllt und mittels
Bonddrähten 13 elektrisch leitfähig mit
dem Trägerstreifen 4 verbunden. Der Trägerstreifen 4 weist
eine als Durchgangsöffnung 7'' ausgebil dete Ausnehmung 7 auf,
in welcher ein Premold-Element 6 für ein zweites
Bauelement 3 angeordnet ist. Das Premold-Element 6 wird insbesondere
beim Umspritzen des ersten Bauelements 2 zur Bildung des
Moldgehäuses 5 hergestellt und bildet daher einen
Teilbereich des Moldgehäuses 5. Das Premold-Element 6 ist
stoff- und formschlüssig mit dem Trägerstreifen 4 verbunden
und bildet einen Kunststoffboden für das zweite Bauelement 3,
so dass senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene 100 des
Moduls 1 keine Überlappung zwischen Trägerstreifen 4 und
dem zweiten Bauelement 3 besteht, so dass das zweite Bauelement 3,
welches vorzugsweise ein empfindliches mikromechanisches Sensorelement
umfasst, nicht durch temperaturbedingte Verbiegungen des Trägerstreifens 4 beeinträchtigt wird,
welche im Bereich des ersten Bauelements 2 beispielsweise
durch unterschiedliche Temperaturkoeffizienten zwischen dem Moldgehäuse 5 und
dem Trägerstreifens 4 entstehen können.
Eine hohe Sensiergenauigkeit des Sensorelements kann somit über einen
im Vergleich zum Stand der Technik deutlich größeren
Temperaturbereich gewährleistet werden. Zudem ist das zweite
Bauelement 3 in einer Aussparung 11 des Moldgehäuses 5 angeordnet,
in welche ebenfalls ein weiterer Anschlussbereich 12 des
Trägerstreifens 4 ohne Bedeckung durch das Moldgehäuse 5 hineinragt.
Das Modul 1 weist ferner ein Verbindungselement 8,
insbesondere einen Bonddraht auf, welcher eine elektrisch leitfähige
Verbindung zwischen dem Anschlussbereich 12 und dem zweiten
Bauelement 3 und somit eine elektrisch leitfähige Verbindung
zwischen dem ersten und dem zweiten Bauelement 2, 3 herstellt.
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In 2a, 2b, 2c und 2d sind schematische
Ansichten einer ersten und zweiten Vorläuferstruktur 14, 15 zur
Herstellung eines in 1a und 1b illustrierten
Moduls 1 gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 2a ist
eine Schnittbildansicht und in 2b eine
Aufsicht der ersten Vorläuferstruktur 14 abgebildet,
wobei anhand der ersten Vorläuferstruktur 14 ein
erster Herstellungsschritt illustriert wird, in welchem der Trägerstreifen 4 und
das erste Bauelement 2 bereitgestellt werden. Das Bauelement 12 ist
dabei auf dem Trägerstreifen 4 befestigt und mittels
Bonddrähten 13 elektrisch leitfähig mit dem
Trägerstreifen 4 bzw. mit Leiterbahnen des Trägerstreifens 4 verbunden.
Der Trägerstreifen 4 umfasst zudem eine als Durchgangsöffnung 7'' ausgebildete
Ausnehmung 7. In 2c ist
eine Schnittbildansicht und in 2d eine
Aufsicht der zweiten Vorläuferstruktur 15 abgebildet,
wobei anhand der zweiten Vorläuferstruktur 15 ein
zweiter Herstellungsschritt illustriert wird, in wel chem das erste
Bauelement 2 der ersten Vorläuferstruktur 14 zur
Herstellung des Moldgehäuses 5 mit einer Moldmasse,
insbesondere einer Kunststoffmasse umspritzt wird. In der Ausnehmung 7 wird
dabei gleichzeitig das Premold-Element 6 hergestellt. Zudem
wird der zweite Herstellungsschritt derart ausgeführt,
dass im Bereich des Premold-Elements 6 eine Aussparung 11 im
Moldgehäuse 5 entsteht, wobei ein weiterer Anschlussbereich 12 des
Trägerstreifens 4 in die Aussparung 11 hineinragt.
In einem nachfolgenden dritten Herstellungsschritt wird das zweite
Bauelement 3 auf dem Premold-Element 6 angeordnet
und in einem nachfolgenden vierten Herstellungsschritt mit Verbindungselementen 8 elektrisch
leitfähig mit dem weiteren Anschlussbereich 12 und
somit mit dem ersten Bauelement 2 elektrisch leitfähig
verbunden, so dass das in den 1a und 1b illustrierte
Modul 1 gemäß der ersten Ausführungsform
erzeugt wird.
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In 3a bis 3g sind schematische Ansichten von Modulen 1 gemäß zweiter,
dritter, vierter, fünfter, sechster und siebter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweiten, dritten,
vierten, fünften und sechsten Ausführungsform
im Wesentlichen der ersten Ausführungsform gleichen. Das
Modul 1 gemäß der in 3a dargestellten
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist
ein Premold-Element 6 auf, welches senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 eine
größere Dicke als der Trägerstreifen 4 umfasst, um
beispielsweise die Steifigkeit und die Eigenfrequenz des Premold-Elements 6 zu
erhöhen. Das Modul 1 gemäß der
in 3b dargestellten dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist ein Premold-Element 6 auf,
welches parallel zur Haupterstreckungsebene 100 den Trägerstreifen 4 teilweise überlappt.
Das Modul 1 gemäß der in 3c dargestellten
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist
ein Premold-Element 6 auf, welches senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 eine
geringere Dicke als der Trägerstreifen 4 umfasst,
um beispielsweise die Bondhöhe anzupassen. Das Modul 1 gemäß der
in 3d dargestellten fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist ein Premold-Element 6 auf,
in welches ein Kanal 9 integriert ist. Der Kanal 9 erstreckt
sich im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 über
die gesamte Dicke des Premold-Elements 6 und dient dazu,
ein Medium von der Unterseite des Moduls 1 zum zweiten
Bauelement 3 zu leiten. Das Modul 1 gemäß der
in 3e dargestellten sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist ein Premold-Element 6 auf,
welches in einer Ausnehmung 7 des Trägerstreifens 4 angeordnet
ist, wobei die Ausnehmung 7 als Vertiefung 7' im
Trägerstreifen 4 und nicht als Durchgangsöffnung 7'' ausgebildet
ist. Die Dicke des Premold-Elements 6 bzw. die Tiefe der Ausnehmung 7 senkrecht
zur Haupterstreckungsebene 100 erstreckt sich somit nur über
einen Teilbereich der Materialstärke des Trägerstreifens 4.
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In 4a und 4b sind
eine schematische Seitenansicht und eine schematische Aufsicht eines
Moduls 1 gemäß einer siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die siebte Ausführungsform
im Wesentlichen der in 1a und 1b illustrierten
ersten Ausführungsform gleicht, wobei das Premold-Element 6 nicht
in einer Ausnehmung 6 des Trägerstreifens 4 angeordnet
ist, sondern das erste Bauelement 2 einen unbedeckten Anschlussbereich 10 aufweist,
welcher in die Aussparung 11 im Moldgehäuse 5 hineinragt,
wobei der Anschlussbereich 10 nicht mit Moldmasse des Moldgehäuses 5 bedeckt
ist, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung unmittelbar
zwischen dem ersten Bauelement 2 und dem zweiten Bauelement 3 realisierbar
ist. Das Verbindungselement 8 umfasst dazu einen Bonddraht,
welche direkt vom ersten Bauelement 2 zum zweiten Bauelement 3 bzw.
genau umkehrt gebondet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005040781
A1 [0002]