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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltungsträger sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schaltungsträgers.
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Schaltungsträger, wie z. B. Molded Interconnected Devices (MID), werden im Stand der Technik in verschiedenen Ausgestaltungen verwendet. Bekannte Schaltungsträger weisen üblicherweise auf einer Flachseite Leiterbahnen auf, welche mit elektronischen Bauteilen bestückt werden. Eine Fixierung der elektronischen Bauteile auf den Schaltungsträgern kann dabei mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs zur elektrischen Verbindung und mittels eines Fixierklebstoffs zur mechanischen Verbindung erfolgen. Ein Einsatzgebiet derartiger Schaltungsträger sind beispielsweise Sensoren, welche in Fahrzeugen verwendet werden. Ein derartiger Schaltungsträger ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 031 980 A1 bekannt, wobei der Schaltungsträger an einem Trägerbauteil angeordnet ist und nur einseitig bestückbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Schaltungsträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass er zumindest eine weitere Ebene aufweist, in der Leitungen verlaufen und/oder elektronische Bauteile o. ä. anordenbar sind. Hierbei befindet sich erfindungsgemäß eine Ebene in Form von Leiterbahnen an einer der Flachseiten eines Basiskörpers und die zweite Ebene befindet sich in einem plattenförmigen Leadframe, welches im Inneren des Basiskörpers verläuft. Hierdurch können sehr kurze Leitungswege zwischen dem Leadframe und der äußeren Leiterbahn erreicht werden, was sich sehr positiv auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) auswirkt und auch zur besseren Entflechtung des Schaltungsträgers dient.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise weist der Basiskörper wenigstens eine Ausnehmung auf, welche von der Flachseite, an der die Leiterbahn aufgebracht ist, bis zum Leadframe reicht. Dabei verläuft ein Teil der Leiterbahn auch in die Ausnehmung hinein zum Leadframe, um einen elektrischen Kontakt zum Leadframe herzustellen. Vorzugsweise ist die Ausnehmung so groß ausgebildet, dass auch elektronische Bauteile darin angeordnet werden können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an einer zweiten Flachseite des Basiskörpers eine dritte Ebene mit einer Leiterbahn vorgesehen. Somit umfasst dieser bevorzugte Schaltungsträger insgesamt drei Ebenen mit Leitfunktionen, nämlich die beiden äußeren Leiterbahnen sowie das innere Leadframe.
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Besonders bevorzugt ist der Basiskörper ein einstückiges Spritzgussteil aus Kunststoff. Das einstückige Spritzgussteil kann auch aus zwei oder mehr verschiedenen Kunststoffen hergestellt werden. Hierdurch kann der Basiskörper einfach um das Leadframe herum gespritzt werden.
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Weiter bevorzugt ist ein elektrisch leitfähiges Material, z. B. Leitkleber oder Lote oder aufgeschmolzenes Metallpulver, welches aufgetragen wird, an einem Lochende der Ausnehmung angeordnet, um einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen dem Leadframe und der in die Ausnehmung hineinragenden Leiterbahn herzustellen. Das in das Lochende eingebrachte elektrisch leitfähige Material kann insbesondere bei Temperaturänderungen am Schaltungsträger einen sicheren elektrischen Kontakt gewährleisten, da das Leadframe und der Basiskörper üblicherweise unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wodurch im Extremfall Risse an den Grenzflächen zwischen den beiden Bauteilen entstehen können, was zu einer Unterbrechung des elektrischen Kontakts führen könnte.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Teilbereich des Leadframes an einer Schmalseite des Basiskörpers umgebogen. Besonders bevorzugt ist dieser Teilbereich des Leadframes an der Schmalseite dabei um 90° umgebogen. Hierdurch kann ein schmalseitiger Kontakt am Schaltungsträger vorgesehen werden, was zu einer weiteren Reduktion der Anzahl von Bauteilen führt.
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Weiter bevorzugt ist die im Basiskörper gebildete Ausnehmung derart vorgesehen, dass sie vollständig durch den Basiskörper hindurchgeht. Dabei geht die Ausnehmung auch durch das im Inneren des Basiskörpers angeordnete Leadframe an einer entsprechend gebildeten Ausnehmung im Leadframe hindurch. Mittels der durchgehenden Ausnehmung kann ein elektrischer Kontakt von beiden Flachseiten des Basiskörpers her mit dem Leadframe hergestellt werden oder es kann ein durch das Leadframe hindurchgehender Kontakt ohne die Verbindung zum Leadframe zwischen den beiden Flachseiten hergestellt. werden.
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Zur Reduzierung der Teilezahl ist der Basiskörper vorzugsweise einstückig hergestellt. Es ist jedoch auch möglich, dass zwei Basiskörperteile, welche das Leadframe zwischen sich aufnehmen, zusammengefügt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers weist den Vorteil auf, dass es sehr einfach und kostengünstig durchführbar ist und ein Schaltungsträger mit einer verbesserten elektromagnetischen Verträglichkeit bereitgestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines plattenförmigen Leadframes mit zwei Flachseiten, das Umgeben des Leadframes mit einem Basiskörper derart, dass das Leadframe zumindest teilweise an den beiden Flachseiten vom Basiskörper umgeben ist und im Inneren des Basiskörpers angeordnet ist, und das Aufbringen einer Leiterbahn an einer äußeren Flachseite des Basiskörpers. Hierbei sei angemerkt, dass das Leadframe mit dem Basiskörper umspritzt werden kann oder dass zwei Basiskörperteile vorgesehen werden können, welche das Leadframe zwischen sich aufnehmen und die beiden Basiskörperteile dann, z. B. mittels Kleben, miteinander verbunden werden.
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Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen zusätzlichen Schritt des Einbringens von Ausnehmungen in den Basiskörper, wobei die Ausnehmungen zumindest bis zum Leadframe reichen und wobei Teile der Leiterbahnen auch in der Ausnehmung gebildet sind, um einen elektrischen Kontakt mit dem Leadframe herzustellen. Die Ausnehmungen können beispielsweise mittels Laserbohren einfach und kostengünstig hergestellt werden, da das Leadframe aufgrund seines hohen Reflexionsgrades als natürliche Barriere dient. Eine Tiefe der Ausnehmung beträgt dabei vorzugsweise bis zu 1 mm. Die Ausnehmungen können dabei von beiden Flachseiten des Basiskörpers her eingebracht werden. Ferner ist es auch möglich, dass die Ausnehmungen als Durchgangsöffnungen hergestellt werden, welche durch die gesamte Dicke des Basiskörpers verlaufen.
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Weiter bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Leiterbahn an der Flachseite des Basiskörpers zuerst den Schritt, dass Leiterbahnspuren mittels eines Lasers auf dem Basiskörper angelegt werden und dann die Leiterbahnen auf den derart angelegten Leiterbahnspuren aufgalvanisiert werden. Alternativ werden die Leiterbahnen mittels eines aufeinanderfolgenden 2-Komponenten-Spritzvorgangs hergestellt, wobei der Spritzvorgang mit einem ersten, nicht-galvanisierbaren Kunststoff und einem zweiten, galvanisierbaren Kunststoff ausgeführt wird und die Leiterbahn dann auf den zweiten, galvanisierbaren Kunststoff aufgalvansiert wird. Hierbei kann zuerst der erste nicht-galvanisierbare Kunststoff gespritzt werden und auf den so hergestellten Zwischenkörper der zweite, galvanisierbare Kunststoff entsprechend den gewünschten Strukturen der Leiterbahn, aufgespritzt werden und dann die Leiterbahnen aufgalvanisiert werden. Alternativ kann aber auch zuerst der zweite, galvanisierbare Kunststoff gespritzt werden und dann in einem weiteren Schritt der erste, nicht-galvanisierbare Kunststoff an den zweiten Kunststoff angespritzt werden.
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Um eine sichere elektrische Verbindung bereitzustellen, umfasst das Verfahren ferner noch einen Schritt des Aufbringens von elektrisch leitfähigem Material, insbesondere Leitklebstoff oder Lot oder aufgeschmolzenes Metallpulver, in Lochenden der Ausnehmungen im Basiskörper, so dass eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Leadframe und den Leiterbahnen erhalten wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein über den Basiskörper überstehender Bereich des Leadframes umgebogen, vorzugsweise um 90° umgebogen, so dass der überstehende Teil des Leadframes an einer Schmalseite des Basiskörpers anliegt. Hierdurch kann ein zusätzlicher elektrischer Kontakt gebildet werden. Alternativ können überstehende Bereiche des Leadframes auch, z. B. durch Biegen oder Stanzen oder Sägen, entfernt werden. Das Umbiegen kann vor Herstellung des Basiskörpers oder nach Herstellung des Basiskörpers erfolgen. Zusätzlich oder alternativ können überstehende Bereiche an anderen Schmalseiten abgetrennt werden.
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Eine mittels eines Lasers hergestellte Ausnehmung weist z. B. einen Durchmesser von ca. 500 μm auf. Die Ausnehmung kann dabei zylindrisch sein oder sich alternativ in Richtung zum Leadframe verjüngen, insbesondere konisch verjüngen.
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Der erfindungsgemäße Schaltungsträger kann dann in üblicher Weise mittels elektronischen Bauteilen, die z. B. mittels Leitkleber an den Leiterbahnen befestigt werden, bestückt werden.
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Der erfindungsgemäße Schaltungsträger wird besonders bevorzugt in einem Sensor in Fahrzeugen verwendet.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Schaltungsträgers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine perspektivische Ansicht eines im Schaltungsträger von 1 verbauten Leadframes,
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3 bis 6 schematische Ansichten von Herstellungsschritten des in 1 gezeigten Schaltungsträgers, und
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7 eine schematische Ansicht eines Schaltungsträgers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 ein Schaltungsträger 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Schaltungsträger 1 einen einstückigen Basiskörper 2 mit einer ersten Flachseite 21 und einer zweiten Flachseite 22 sowie vier Schmalseiten, von denen in 1 nur zwei mit den Bezugszeichen 23 und 24 bezeichnet sind. Der Schaltungsträger 1 umfasst ferner ein Leadframe 3, welches im Inneren des Basiskörpers 2 angeordnet ist, eine erste Leiterbahn 4 an der ersten Flachseite 21 des Basiskörpers und eine zweite Leiterbahn 5 an der zweiten Flachseite 22 des Basiskörpers.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die erste Leiterbahn 4 in einer ersten Ebene 11, das Leadframe 3 in einer zweiten Ebene 12 und die zweite Leiterbahn 5 in einer dritten Ebene 13 angeordnet. Die zweite Ebene 12, in welcher das Leadframe 3 angeordnet ist, ist dabei mittig im Basiskörper 2 angeordnet. Die drei Leitungsebenen sind dabei parallel zueinander angeordnet.
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Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, sind mehrere Ausnehmungen 8 im Basiskörper 2 vorgesehen. Die Ausnehmungen 8 sind mittels Laserbohren, z. B. mittels eines CO2-Lasers, hergestellt und weisen eine sich nach innen konisch verjüngende Form auf. Das Laserbohren hat dabei den Vorteil, dass aufgrund des hohen Reflexionsgrades des Leadframes 3 dieses als natürliche Barriere wirkt. Die Ausnehmungen 8 werden von beiden Seiten des Basiskörpers her vorgesehen und Teile 4a und 5a der Leiterbahnen 4 und 5 verlaufen am Rand der Ausnehmungen 8 bis zum Lochende an das Leadframe 3. Das Lochende der Ausnehmungen 8 ist, wie aus 1 ersichtlich ist, mittels eines Leitklebers 9 verfüllt, wodurch unterschiedliche Wärmedehnungen bei Temperaturänderungen zwischen dem Basiskörper 2 und dem Leadframe 3 durch den Leitkleber 9 ausgeglichen werden können, ohne dass ein elektrischer Kontakt unterbrochen wird.
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Ferner umfasst der Schaltungsträger 1 mehrere elektronische Bauteile 6, welche mittels Leitkleber 7 auf die erste Leiterbahn 4 und die zweite Leiterbahn 5 (nicht dargestellt) aufgeklebt sind.
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Der erfindungsgemäße Schaltungsträger 1 weist somit eine mittlere zweite Ebene 12 auf, welche mittels sehr kurzen Leitungsabschnitten mit der ersten Leiterbahn 4 in der ersten Ebene 11 und der zweiten Leiterbahn 5 in der zweiten Ebene 13 verbunden werden können. Aufgrund der sehr kurzen Umverdrahtung zwischen den Ebenen kann ein sehr positiver Einfluss auf das elektromagnetische Verhalten des Schaltungsträgers 1 erhalten werden. Es sei angemerkt, dass gegebenenfalls die Ausnehmungen 8 auch vollständig durch den Basiskörper 2 vorgesehen sein können, so dass die erste Leiterbahn 4 mit der zweiten Leiterbahn 5 direkt durch die Ausnehmung 8 verbunden werden kann. Somit kann erfindungsgemäß auch eine bessere Entflechtung der Layouts der Leiterbahn ermöglicht werden.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren eines Schaltungsträgers 1, wie in 1 gezeigt, beschrieben.
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2 zeigt das als Ausgangselement vorgesehene Leadframe 3, welches beispielsweise 0,2 mm dick ist und aus einem elektrisch leitenden Material, wie z. B. Kupfer oder einer Kupfer-Zinn-Verbindung, hergestellt ist. In einem nächsten Schritt wird das Leadframe 3 in ein Spritzwerkzeug eingespannt und dann wird der Basiskörper 2 aus einem Kunststoffmaterial an das Leadframe 3 herum angespritzt. Die Umspritzung kann dabei derart erfolgen, dass das Leadframe vollständig vom Basiskörper umgeben ist oder, wie in 3 gezeigt, dass Randbereiche 3a des Leadframes aus dem Basiskörper 2 vorstehen. Das Leadframe 3 ist dabei parallel zu den Flachseiten 21, 22 des Basiskörpers 2 und mittig im Basiskörper 2 angeordnet. Wie in 3 durch den Pfeil A angedeutet, werden in einem nächsten Schritt die Randbereiche 3a des Leadframes 3 umgebogen und abgebrochen. Dann wird ein Zwischenprodukt wie in 4 gezeigt, erhalten. Das Zwischenprodukt von 4 ist somit der quaderförmige Basiskörper mit eingegossenem Leadframe 3.
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In einem nächsten Schritt werden, wie in 5 gezeigt, Ausnehmungen 8 mittels Laserbohren eingebracht, wobei die Ausnehmungen 8 bis zum Leadframe 3 reichen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Ausnehmungen 8 schon während des Spritzvorgangs zum Herstellen des Basiskörpers 2 durch entsprechende Ausgestaltung des Spritzgusswerkzeugs hergestellt werden. Anschließend werden mittels eines Lasers Leiterbahnspuren auf die Oberflächen der ersten und zweiten Flachseiten 21, 22 des Basiskörpers 2 und in die Ausnehmungen aufgebracht und anschließend die erste und zweite Leiterbahn vorder- und rückseitig durch Galvanisieren mittels Kupfer, Nickel oder Gold aufgebracht. Hierbei werden auch die Leiterbahnbereiche 4a, 5a in den Ausnehmungen 8 gebildet (vgl. 6). Anschließend wird der Leitkleber 9 in die Lochenden der Ausnehmungen 8 eingebracht und dann die gewünschten elektronischen Bauteile 6 auf der ersten und zweiten Leiterbahn 4, 5 aufgebracht.
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Alternativ kann der Schaltungsträger 1 auch derart hergestellt werden, dass ein 2-Komponenten-Spritzgussvorgang mit einem ersten, nicht-galvanisierbaren Kunststoff und einem zweiten galvanisierbaren Kunststoff ausgeführt wird. Hierbei kann zuerst der erste oder zweite Kunststoff eingespritzt werden. Die Ausnehmungen 8 im Basiskörper können dabei durch entsprechende Spritzgussformen während des Spritzvorgangs hergestellt werden oder alternativ durch Bohren nach dem Spritzvorgang hergestellt werden. Anschließend erfolgt eine Galvanisierung der durch den zweiten Kunststoff bereitgestellten Leiterbahnstrukturen. Die weiteren Schritte wie das Vorsehen des Leitklebers 9 in den Lochenden sowie das Bestücken mit elektronischen Bauteilen erfolgt dann wie in der vorherig beschriebenen Alternative.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit ein Schaltungsträger 1 bereitgestellt werden, welcher mehrere parallel zueinander angeordnete Leitungsebenen 11, 12, 13 aufweist. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit. Auch können durch die drei parallelen Ebenen eine verbesserte Entflechtung der Leitungsstrukturen ermöglicht werden.
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7 zeigt einen Schaltungsträger 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Der Schaltungsträger 1 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels, wobei im Unterschied dazu beim Spritzgießen des Basiskörpers 2 um das Leadframe 3 herum verbleibende Überstände um 90° zu einer zusätzlichen Kontaktfläche 30 umgebogen werden. Somit kann über die Kontaktfläche 30 ein einfacher und sicherer Kontakt mit dem Schaltungsträger 1 hergestellt werden, so dass gegebenenfalls auf kontaktgebende Bauteile, wie z. B. Kontaktnieten, verzichtet werden kann. In diesem in 7 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche des Kontaktbereichs 30 in einer Ebene mit der Fläche der Schmalseite 23. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kontaktfläche 30 um ihre Dicke von der Schmalseite 23 vorsteht. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Auch die im vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen beiden alternativen Herstellungsverfahren können bei dem zweiten Ausführungsbeispiel angewandt werden.
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Zu beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass auch mehr als drei leitende Ebenen vorgesehen werden können. Z. B. können zwei oder mehrere Leadframes vom Basiskörper umgeben werden und über Ausnehmungen miteinander und/oder mit Leiterbahnen an den Flachseiten verbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007031980 A1 [0002]
