DE102010055627A1 - Elektrisches Modul zur Aufnahme durch Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums - Google Patents

Elektrisches Modul zur Aufnahme durch Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums Download PDF

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Michael Gerner
Felix Hudlberger
Dr. Rehme Frank
Thomas Klingl
Dr. Reitlinger Claus
Thomas von Kerssenbrock
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Epcos AG
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Abstract

Ein elektrisches Modul (100) zur Aufnahme durch Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums, umfasst ein Trägersubstrat (10), mindestens ein Bauelement (20, 21), das auf dem Trägersubstrat (10) angeordnet ist, und ein Abdeckelement (30), das über dem mindestens einen Bauelement (20, 21) angeordnet ist. Zwischen dem Abdeckelement (30) und dem mindestens einen Bauelement (21) ist eine Fixierungskomponente (40), durch die das Abdeckelement (30) an dem mindestens einen Bauelement (21) befestigt ist, angeordnet. Das Abdeckelement kann als eine formstabile, ebene Folie ausgeführt sein, durch die es ermöglicht wird, das Modul durch ein Bestückungsverfahren, mittels Vakuum anzusaugen und an einem Ort auf einer Leiterplatine zu platzieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Modul, das von einem Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums aufgenommen und auf einer Leiterplatine platziert werden kann. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Moduls, das von einem Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums aufgenommen und auf einer Leiterplatine platziert werden kann.
  • Ein Modul umfasst eine Vielzahl von miteinander verschalteten Bauelementen zur Realisierung verschiedenster Funktionen. Durch den Einsatz derartiger Module ist es nicht mehr erforderlich, für sämtliche Funktionen einer Anwendung ein eigenes Schaltungsdesign zu entwerfen. Das Modul lässt sich vielmehr als fertige Baugruppe in eine komplexe Schaltung integrieren.
  • Mit einem derartigen Modul lassen sich beispielsweise Duplexer- oder Filterbänke realisieren. Der Einbau von Modulen in einen größeren Schaltungskomplex kann beispielsweise mittels einer SMD(Surface Mounted Device)-Technik erfolgen. Bei der SMD-Technik ist auf einer Leiterplatine Lötpaste an einer Stelle vorgesehen, an der das Modul im späteren Herstellungsprozess mit der Leiterplatine verlötet wird. Das Modul wird zunächst mit seiner Unterseite auf das Lotmaterial aufgesetzt. Durch Erhitzen und Schmelzen der Lötpaste werden die Kontaktflächen des Moduls mit der Leiterplatine kontaktiert.
  • Zum Platzieren des Moduls auf den Stellen der Leiterplatine, an denen die Lötpaste aufgetragen ist, werden im allgemeinen Bestückungsautomaten verwendet. Derartige Bestückungsautomaten können das Modul beispielsweise mit Vakuumpipetten ansaugen, durch die beispielsweise auf einem Deckel des Moduls ein Vakuum erzeug wird, wodurch das Modul sicher an dem Bestückungsautomaten gehalten wird. Durch den Bestückungsautomat wird das Modul an die gewünschte Stelle der Leiterplatine bewegt und dort platziert, indem das Vakuum abgeschaltet wird.
  • Die auf einem Trägersubstrat aufgebrachten Bauelementen, beispielsweise Oberflächenwellen-Bauelementen, können auf dem Trägersubstrat mit einer Epoxidmasse umgeben sein und sind somit verkapselt. Über den Bauelementen des Moduls kann alternativ dazu ein geschlossener Deckel vorgesehen sein, der das Modul abdichtet und somit ein geschlossenes Gehäuse um die Bauelemente bildet. Durch die Epoxidmasse oder den Deckel kann eine ebene Oberfläche auf der Oberseite des Moduls geschaffen werden. Auf der ebenen Oberseite der Verkapselungsmasse oder des Deckels kann von einem Bestückungsautomaten ein Vakuum erzeugt werden. Dadurch können die Module von dem Bestückungsautomaten aufgenommen werden, um an einer bestimmungsgemäßen Stelle einer Leiterplatine platziert zu werden.
  • Die Verkapselung der Bauelemente mittels einer Verkapselungsmasse (Mold-Verfahren) ist ein sehr aufwendiger Prozess. Das Anbringen eines Deckels über den Bauelementen eines Moduls erfordert einen erhöhten Platzbedarf auf dem Trägersubstrat des Moduls. Die Verkapselung von Bauelementen durch eine Verkapselungsmasse beziehungsweise durch das Anbringen eines randseitig geschlossenen Deckelelements ist insbesondere für Module erwünscht, bei denen Bauteile, beispielsweise Flip-Chip-Bauteile, oder Drahtverbindungen zwischen den Bauteilen besonders geschützt werden müssen. Bei gehäusten Bauteilen, beispielsweise bei Oberflächenwellen-Bauelementen, ist ein Schutz der Bauelemente nicht zwingend erforderlich. Das Umspritzen der Bauelemente mittels eines Verkapselungsmaterials stellt daher einen aufwendigen und oftmals nicht zwingend erforderlichen Prozess dar. Das Aufbringen eines Deckels über bereits gehäuste Bauelemente eines Moduls ist ebenfalls nicht notwendig und erfordert zudem einen erhöhten Platzbedarf auf dem Trägersubstrat des Moduls.
  • Es ist wünschenswert, ein elektrisches Modul zur Aufnahme durch Vakuum-Bestückungsautomaten bereitzustellen, wobei das Modul auf einfache und zuverlässige Weise von einem Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums aufgenommen und auf einer Leiterplatine platziert werden kann. Des weiteren soll ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Moduls zur Aufnahme durch Vakuum-Bestückungsautomaten angegeben werden, wobei das Modul auf einfache und zuverlässige Weise von einem Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums aufgenommen und auf einer Leiterplatine platziert werden kann.
  • Ein elektrisches Modul zur Aufnahme durch Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums, umfasst ein Trägersubstrat, mindestens ein Bauelement, das auf dem Trägersubstrat angeordnet ist, und ein Abdeckelement, das über dem mindestens einen Bauelement angeordnet ist. Zwischen dem Abdeckelement und dem mindestens einen Bauelement ist eine Fixierungskomponente, durch die das Abdeckelement an dem mindestens einen Bauelement befestigt ist, angeordnet.
  • Das Abdeckelement kann sehr dünn, beispielsweise mit einer Dicke zwischen 10 μm und 150 μm ausgebildet sein. Das Abdeckelement kann beispielsweise als eine Folie aus mit Klebstoff beschichtetem Polyimid (PI), Polyethylenterephtalat (PET), Polyester oder anderen Polymeren ausgebildet sein. Zusätzlich kann das Abdeckelement eine ebene, formstabile Oberfläche aufweisen. Das Modul mit dem über den Bauelementen und dem Trägersubstrat angeordneten Abdeckelement mit ebener, formstabiler Oberfläche stellt somit eine platzsparende und kostengünstige Möglichkeit dar, das Modul mittels eines Bestückungsverfahrens durch Vakuum-Ansaugen (Pick-and-Place-Verfahren) an einer beliebigen Stelle einer Leiterplatte zu platzieren. Des weiteren kann durch eine leitfähige Beschichtung des Abdeckelements und das Anbringen eines leitfähigen Koppelelements zwischen dem Trägersubstrat und dem Abdeckelement eine elektromagnetische Abschirmung der auf dem Trägersubstrat angeordneten Bauelemente erzielt werden.
  • Im folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Moduls zur Aufnahme durch Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums angegeben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Trägersubstrats. Das Trägersubstrat wird mit mindestens einem Bauelement bestückt. Ein Abdeckelement wird über dem mindestens einen Bauelement durch ein Befestigen des Abdeckelements auf dem mindestens einen Bauelement mittels einer Fixierungskomponente angeordnet.
  • Weitere Ausgestaltungsformen des Moduls und des Verfahrens zum Herstellen des Moduls sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Ausführungsform eines elektrischen Moduls zur Aufnahme durch einen Bestückungsautomat mittels Erzeugung eines Vakuums,
  • 2 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines elektrischen Moduls zur Aufnahme durch einen Bestückungsautomat mittels Erzeugung eines Vakuums,
  • 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Moduls zur Aufnahme durch einen Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums,
  • 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Moduls zur Aufnahme durch einen Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums,
  • 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Moduls zur Aufnahme durch einen Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums,
  • 6 einen Bestückungsautomaten zur Platzierung eines Moduls auf einer Leiterplatine.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines elektrischen Moduls 100 einer Länge L und einer Breite B. Das Modul weist ein Trägersubstrat 10 auf, auf dem eine Vielzahl von Bauelementen 20 angeordnet sind. Die Bauelemente können beispielsweise Widerstände, Induktivitäten, Kapazitäten oder Oberflächenwellen-Bauelemente sein, die auf dem Trägersubstrat aufgelötet sind. Die Bauelemente können ein Gehäuse aufweisen. In dem Gehäuse kann ein Chip angeordnet sein. Über dem Trägersubstrat 10 und den Bauelementen 20 ist ein Abdeckelement 30 angeordnet. Zur Befestigung des Abdeckelements über den Bauelementen beziehungsweise dem Trägersubstrat ist eine Fixierungskomponente 40 vorgesehen, die auf mindestens einem der Bauelemente angebracht ist.
  • Die Bauelemente 20 können eine unterschiedliche Bauhöhe aufweisen. Bauelemente 21 weisen beispielsweise eine höhere Bauhöhe als Bauelemente 22 auf. Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist die Fixierungskomponente 40 bevorzugt auf den Bauelementen 21, die die höchste Bauhöhe auf dem Modul aufweisen, angeordnet. Die Fixierungskomponente kann daher auf einem oder mehreren Bauelementen vorgesehen sein. Insbesondere ist es nicht erforderlich, die Fixierungskomponente auf allen Bauelementen des Moduls anzubringen. Ebenfalls ist es nicht erforderlich, die Fixierungskomponente auf allen Bauelementen 21, die eine höhere Bauhöhe als andere Bauelemente aufweisen, anzubringen. Beispielsweise kann die Fixierungskomponente nur auf den auf dem Trägersubstrat 10 randseitig angeordneten Bauelementen 21a oder auf den mittigen, zwischen den randseitigen Bauelementen angeordneten Bauelementen 21b vorgesehen sein.
  • Zur Gewährleistung eines sicheren Halts der Bauelemente 21, auf denen das Abdeckelement 30 fixiert ist, können die Bauelemente 21 zusätzlich auf dem Trägersubstrat mittels der Fixierungskomponente 40 befestigt sein. Die Fixierungskomponente kann dazu nicht nur auf der Oberseite der Bauelemente 21 sondern auch an den Seitenflächen der Bauelemente 21 und auf dem Trägersubstrat angeordnet sein.
  • Neben dem Aufbringen der Fixierungskomponente auf die Bauelemente kann dazu alternativ das Abdeckelement 30 auf einer Unterseite mit einer Fixierungskomponente 40 beschichtet sein. Bei einem Zusammenfügen von Abdeckelement und Trägersubstrat mit den darauf angeordneten Bauelementen wird das Abdeckelement auf den höchsten Bauelementen 21 fixiert. Das Zusammenfügen kann beispielsweise durch ein Anpressen des Abdeckelements auf die Bauelemente erfolgen.
  • Die Fixierungskomponente 40 kann beispielsweise als eine Kleberschicht ausgebildet sein. Die Kleberschicht 40 kann ein Epoxid oder ein Silikon enthalten. Geringe Höhenunterschiede zwischen den höchsten Bauelementen 21 werden durch den Kleber bei dem Klebeverfahren ausgeglichen. Als Klebermaterial kann beispielsweise ein 2-Komponenten-Harzsystem verwendet werden. Das Klebermaterial härtet bei Raumtemperatur oder bei einer höheren Temperatur zwischen 100°C bis 150°C aus. Die Erwärmung des Moduls auf eine derartige Temperatur kann beispielsweise in einem Ofen erfolgen, in dem das Modul erwärmt wird. Dadurch ist das Abdeckelement 30 mit den höchsten Bauelementen 21 verbunden. Zwischen den niedrigeren Bauelementen 22 und dem Abdeckelement 30 kann ein Luftspalt oder ein Füllmaterial angeordnet sein.
  • Neben einer Kleberschicht kann als Fixierungskomponente auch ein Lotmaterial verwendet werden, das auf die Bauelemente 21 aufgebracht wird. Durch ein Aufschmelzen des Lotmaterials bei hohen Temperaturen und infolge eines anschließenden Erstarrens des Lotmaterials wird das Abdeckelement 30 auf den höchsten Bauelementen 21 befestigt.
  • Das Trägersubstrat 10 kann als ein Laminat, insbesondere ein Laminat auf Epoxid-Basis oder auf Basis eines Harzes, ausgebildet sein. Als Epoxid-basiertes Laminat kann beispielsweise ein FR4-Substrat verwendet werden. Des weiteren können BT(Bismaleimide-Triazine)-Substrate verwendet werden. Das Laminat weist mehrere dünne Schichten auf, die zu einem Stapel miteinander verpresst sind. Das Trägersubstrat kann auch ein Material aus einer Keramik aufweisen. Das Trägersubstrat des Moduls kann beispielsweise eine Dicke zwischen 0,15 mm bis 0,3 mm aufweisen. Eine Glasübergangstemperatur des Materials des Substrats kann bei ca. 180°C liegen. Ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Substratmaterials kann ungefähr 17 ppm pro Kelvin betragen.
  • Das Abdeckelement 30 ist derart ausgebildet, dass es eine ebene, formstabile Oberfläche aufweist, so dass auf der Oberseite O30 des Abdeckelements von einem Bestückungsautomaten ein Vakuum erzeugt werden kann, wodurch das Modul an einer Vakuumpipette des Bestückungsautomaten sicher und zuverlässig haften kann. Des weiteren kann die Oberseite O30 des Abdeckelements derart ausgebildet sein, dass sie beschriftbar ist. Zur Beschriftung kann beispielsweise ein Laser verwendet werden. Das Abdeckelement kann ein Material aus einem Polymer, insbesondere aus Polyimid (PI), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyester, enthalten.
  • Bevorzugt sind das Abdeckelement 30 und das Trägersubstrat 10 aus dem gleichen Material ausgebildet. Für das Abdeckelement kann auch ein ähnliches Material wie für das Trägersubstrat verwendet werden. Bevorzugt wird für das Abdeckelement 30 ein Material verwendet, das zumindest gleiche beziehungsweise ähnliche thermomechanische Eigenschaften wie das Material des Trägersubstrats aufweist. Beispielsweise wird für das Abdeckelement 30 ein Material mit einer Glasübergangstemperatur zwischen 140°C und 200°C verwendet. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Abdeckelements liegt vorzugsweise zwischen 17 ppm pro Kelvin und 25 ppm pro Kelvin. Das Material des Abdeckelements kann ein Elastizitätsmodul zwischen 500 MPa und 650 MPa aufweisen.
  • Das Abdeckelement weist bevorzugt eine Dicke zwischen 10 μm bis 150 μm auf. Aufgrund der geringen Dicke des Abdeckelements weist das Modul 100 eine flache Bauform auf. Da zur Fixierung des Abdeckelements über den Bauelementen und dem Trägersubstrat lediglich ein Kleberauftrag auf einigen der Bauelemente erfolgt beziehungsweise die Unterseite des Abdeckelements mit einer Kleberschicht beschichtet wird, kann das Abdeckelement sehr kostengünstig montiert werden. Die Bauelemente 21 dienen als Träger beziehungsweise Stützen für das Abdeckelement 30. Somit ist es nicht erforderlich, auf dem Trägersubstrat Bereiche vorzusehen, die zum Aufbringen von Stützelementen erforderlich wären, so dass kein zusätzlicher Platzverbrauch auf dem Trägersubstrat entsteht.
  • Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform eines elektrischen Moduls weist das Abdeckelement 30 einen äußeren Rand 31 und einen restlichen Bereich 32 auf. Der äußere Rand 31 umgibt den restlichen Bereich 32 des Abdeckelements. Das Abdeckelement 30 ist derart ausgebildet, dass zumindest ein Abschnitt 33 des Abdeckelements, der den äußere Rand 31 des Abdeckelements umfasst, in einem Abstand D zu dem Trägersubstrat 10 angeordnet ist. Im Unterschied zu einem geschlossenen Deckel, der auf dem Trägersubstrat aufgebracht wird, ist somit zwischen Abschnitten 33 des Randes des Abdeckelements ein Luftspalt S vorhanden. Der Abschnitt 33 des Randes 31 des Abdeckelements ist somit durch den Luftspalt S beabstandet zu dem Trägersubstrat angeordnet. Da das Abdeckelement im Gegensatz zu einem Deckel keine Seitenelemente aufweist, die auf dem Trägersubstrat fixiert werden müssen, können die Bauelemente 20 bis nahe an die Sägespur, entlang derer ein Modul aus einer bestückten Trägersubstratfläche (Nutzen) vereinzelt wird, auf dem Trägersubstrat aufgelötet werden.
  • Ein Vorteil eines Moduls der in 1 gezeigten Ausführungsform gegenüber einer Verkapselung der Bauelemente mit einem Verkapselungsmaterial besteht darin, dass der Stress, der bei Temperaturzyklen vom Verkapselungsmaterial auf die Bauelemente und Verbindungen der Bauelemente ausgeübt wird, entfällt. Ebenso vorteilhaft ist das verminderte Risiko von Kurzschlüssen unter den Bauelementen 20 gegenüber dem Verfahren mit Verkapselung. Bei dem Aufbringen des Verkapselungsmaterials können kleine Hohlräume im Verkapselungsmaterial entstehen. Beim erneuten Aufschmelzen (Reflow) bei der Bestückung von Schaltungen mit den Modulen können an diesen Stellen Kurzschlüsse auftreten, die zu Modulausfällen führen. Da die Fixierungskomponente lediglich auf den Bauelementen aufgetragen ist und somit nicht die Bauelemente umschließt beziehungsweise unter die Bauelemente fließt, können derartige Kurzschlüsse bei dem Anbringen eines Abdeckelements über den Bauelementen nicht auftreten.
  • Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des elektrischen Moduls angegeben. Zunächst wird ein Trägersubstrat, beispielsweise ein Panel oder ein Laminat, bereitgestellt. Das Trägersubstrat 10 wird mit Bauelementen 20 bestückt, wobei die Bestückung beispielsweise mittels einer SMD-Montage erfolgt. Dazu werden die Bauelemente auf ausgewiesene Bereiche des Trägersubstrats, die mit einer Lötpaste beschichtet sind, aufgesetzt. Unter Einwirkung von Temperatur, beispielsweise einer Temperatur von ca. 260°C, wird das Lotmaterial aufgeschmolzen und die Bauelemente 20 auf dem Trägersubstrat fixiert.
  • Anschließend wird auf mindestens eines der Bauelemente, bevorzugt auf die höchsten Bauelemente 21, eine Fixierungskomponente 40, beispielsweise ein Klebermaterial, aufgebracht. Die Fixierungskomponente kann auf jedes der Bauelemente 21, die höher sind als andere Bauelemente, aufgebracht werden. Die Fixierungskomponente kann aber auch nur auf einigen der höchsten Bauelemente, beispielsweise auf den auf dem Trägersubstrat randseitig platzierten Bauelementen 21a oder den auf dem Trägersubstrat mittig zwischen den Bauelementen 21a platzierten Bauelementen 21b angeordnet werden. Die Fixierungskomponente 40 kann auch derart angeordnet werden, dass sie sowohl auf der Oberseite der Bauelemente als auch an den Seitenflächen der Bauelemente und auf dem Trägersubstrat angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ermöglicht die Fixierungskomponente 40 neben der Befestigung des Abdeckelements auf den Bauelementen auch eine sichere Fixierung der Bauelemente auf dem Trägersubstrat.
  • Alternativ zu dem Aufbringen des Klebers auf den höchsten Bauelementen 21 kann auch die Unterseite U30 des Abdeckelements mit dem Klebermaterial 40 beschichtet werden. Anschließend wird das Abdeckelement 30 auf die höchsten Bauelemente 21 aufgesetzt. Der Kleber härtet bei Raumtemperatur oder während eines Heizvorgangs in einem Ofen bei einer Temperatur zwischen 100°C und 200°C aus. Nach dem Aushärten des Klebermaterials ist das Abdeckelement 30 auf den Bauelementen 21 fixiert.
  • Auf die höchsten Bauelemente 21 kann als Fixierungskomponente 40 auch ein Lotmaterial aufgebracht werden. Das Lotmaterial wird erhitzt und aufgeschmolzen. Anschließend erfolgt eine Abkühlung und ein Erstarren des Lotmaterials, wodurch das Abdeckelement 30 auf den höchsten Bauelementen 21 fixiert ist.
  • Auf einer größeren Trägersubstratfäche, beispielsweise einer Trägersubstratfläche von 100 mm × 100 mm, können viele solcher Module parallel gefertigt werden. Mittels eines Sägeprozesses werden die einzelnen Module aus dem bestückten Trägersubstratmaterial (Nutzen) vereinzelt. Das Sägen des Nutzens in die einzelnen Module kann durch Sägen mittels eines Sägeblatts, durch Wasserstrahlsägen oder durch Lasersägen erfolgen. Der Sägeprozess kann als einstufiger Prozess ausgeführt werden, bei dem sowohl das Abdeckelement als auch das Trägersubstrat in einem Prozessschritt geschnitten werden. Bei einem zweistufigen Sägeprozess wird zunächst das Abdeckelement ausgeschnitten und anschließend das Trägersubstrat geschnitten. Nach dem Vereinzeln der Module aus dem Nutzen kann jeweils auf die Oberseite O30 des Abdeckelements eines Moduls eine Beschriftung aufgebracht werden. Die Beschriftung kann beispielsweise mittels eines Laserstrahls erfolgen.
  • 2 zeigt einen Querschnitt eines elektrischen Moduls, bei dem das Vereinzeln der Module aus einem Nutzen durch einen zweistufigen Sägeprozess erfolgt ist. Daher weist das Abdeckelement 30 eine Breite auf, die geringfügig kleiner als die Breite des Trägersubstrats ist. Bei einem einstufigen Sägeprozess reicht der Rand 31 des Abdeckelements 30 bis zu einem Rand 11 des Trägersubstrats.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform eines elektrischen Moduls mit einem Abdeckelement 30, das über einem Substrat 10 und Bauelementen 20 angeordnet ist. Als Fixierungskomponente 40 ist eine Kleberschicht an einer Unterseite U30 des Abdeckelements 30, die dem Trägersubstrat 10 zugewandt ist, aufgetragen. Durch Aufsetzen und Anpressen des Abdeckelements 30 auf die Bauelemente 20 kann das Abdeckelement auf den höchsten Bauelementen 21 des Moduls fest geklebt und somit fixiert werden. Das Abdeckelement 30 weist eine ebene, flache und formstabile Oberfläche an der Oberseite O30 auf, so dass auf dem Abdeckelement von einem Bestückungsautomaten ein Vakuum erzeugt werden kann, wodurch das gesamte Modul von dem Bestückungsautomaten gehalten werden kann.
  • Die Kleberschicht 40 kann ein elektrisch isolierendes Material aufweisen. Somit kommen die Bauelemente nicht elektrisch in Kontakt mit dem Abdeckelement. Ein Abdeckelement aus einem Metall, das sich auf einem schwebenden Potential befindet, würde ansonsten als Antenne wirken und könnte die bestimmungsgemäße Funktionsweise der Bauelemente stören. Wenn eine elektromagnetische Abschirmung der Bauelemente 20 gefordert ist, kann die Unterseite U30 des Abdeckelements 30 mit einer leitfähigen Schicht 50 beschichtet sein. Das Abdeckelement 30 kann beispielsweise an seiner Unterseite U30 mit einem Metall oder mit leitfähigen Partikeln beschichtet sein. Das Abdeckelement kann auch ein metallisches Material 34 enthalten.
  • Um eine Abschirmung zu erzielen, wird das Abdeckelement 30 beziehungsweise die leitfähige Schicht 50 elektrisch durch ein Koppelelement 60 mit dem geerdeten Trägersubstrat 10 verbunden. Als Koppelelemente können auf dem Trägersubstrat Stützen aus einem leitfähigen Material aufgebracht werden. Die Stützen können durch einen leitfähigen Kleber gebildet werden, der beispielsweise tropfenförmig auf das Trägersubstrat aufgebracht wird. Die Koppelelemente können auch als metallische Stützen (Posts), beispielsweise als Stützen aus Kupfer ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante weisen die Koppelelemente 60 eine kugelförmige Gestalt auf. Insbesondere können die Koppelelemente als Lotkugeln ausgebildet sein.
  • Das Aufbringen von kugelförmigem Koppelelementen, beispielsweise von Lotkugeln, kann kostengünstig durch ein so genanntes Gang-Ball-Placement-Verfahren erfolgen. Dabei wird über dem Trägersubstrat eine Schablone, die Öffnungen aufweist, angeordnet. Die Öffnungen werden mit den kugelförmigen Koppelelementen gefüllt. Anschließend werden alle Koppelelemente in einem einzigen Fertigungsschritt auf dem Trägersubstrat aufgesetzt und mit dem Trägersubstrat verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise durch einen Lötprozess erfolgen, bei dem die kugelförmigen Elemente mit dem Trägersubstrat verlötet werden. Die dafür benötigte Fläche ist aufgrund der geringen Auflage der Lotkugeln sehr gering.
  • Nach dem Verlöten der kugelförmigen Koppelelemente auf dem Trägersubstrat kann eine schnelle Montage des Abdeckelements durch einen anschließenden Reflow-Lötprozess erfolgen, bei dem die Koppelelemente mit dem Abdeckelement verlötet werden. Beim Zusammenfügen von Abdeckelement und Trägersubstrat setzen die Koppelelemente 60 auf das Abdeckelement 30 auf. Dabei wird auf das Abdeckelement und die Koppelelemente ein Druck derart aufgebracht, dass die elektrisch isolierende Kleberschicht 40 durch eine plastische Verformung durchstoßen beziehungsweise verdrängt wird. Die Koppelelemente sind vorzugsweise plastisch verformbar ausgebildet. Durch die plastische Verformung der Lotkugeln 50 beim Aufsetzen des Abdeckelements wird gleichzeitig eine Höhenanpassung des Abdeckelements 30 ermöglicht.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Moduls 100, bei dem mittels des Abdeckelements 30 eine elektromagnetische Abschirmung der Bauelemente 20 erzielt wird. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Ausführungsform ist am Rand des Trägersubstrats 10 im Bereich der Sägespur, entlang der das Modul aus einem Nutzen vereinzelt worden ist, und der Koppelelemente 60 eine Schicht 70 zur Fixierung der Koppelelemente zwischen dem Abdeckelement und dem Trägersubstrat geformt. Die Schicht 70 kann als eine Wandung (Glob-Top-Wandung) mittels einer Siebdruckmaske auf das Trägersubstrat, beispielsweise die bestückten Panels, aufgebracht werden. Auf die noch weiche Wandung 70 wird das Abdeckelement 30 aufgebracht, so dass ein geschlossener Raum um die Bauelemente 20 auf dem Trägersubstrat entsteht. Im Anschluss daran wird das Material der Glob-Top-Schicht 70 ausgehärtet.
  • In einer Ausführungsform werden durch einen SMD-Prozess die Koppelelemente 60 auf das Trägersubstrat aufgebracht und mittels der Schicht 70 fixiert. Die Koppelelemente 60 stellen nach dem Aufbringen des Abdeckelements eine elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen Material 34 des Abdeckelements beziehungsweise der leitfähigen Schicht 50 und dem geerdeten Trägersubstrat 10 her.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden keine Lotkugeln verwendet. Das Abdeckelement kann dabei aus einem metallisierbaren Kunststoff gebildet werden. Gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform sind in der Schicht 70 zur Fixierung der Koppelelemente Kavitäten 80 vorgesehen, die in die Schicht 70 eingebracht werden können. Die Vertiefungen 80 können beispielsweise durch Laserbohrungen in die Schicht 70 der Wandung eingebracht werden. Die gebohrten Löcher können sich durch das Abdeckelement 30 und die Schicht 70 erstrecken. Ein elektrischer Kontakt kann dann durch die lasergebohrten Löcher 80 durch Abdeckelement und Wandung mit anschließender Galvanisierung des Abdeckelements und der Laserbohrung realisiert werden.
  • Zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem leitfähigen Material 34 des Abdeckelements 30 beziehungsweise der leitfähigen Schicht 50 und dem geerdeten Trägersubstrat 10 kann in die Kavitäten 80 ein leitfähiges Material eingebracht werden, durch das ein Koppelelement 50 zwischen dem Abdeckelement 30 und dem Trägersubstrat 10 gebildet wird. Das leitfähige Material kann beispielsweise ein leitfähiger Kleber 61 sein. In den Kavitäten 80 kann alternativ dazu ein leitfähiger Lack 62 eingebracht werden. Eine weitere Möglichkeit der elektrischen Kontaktierung zwischen dem Abdeckelement 30 und dem geerdeten Trägersubstrat besteht in der Abscheidung von Metallen 63 in den Löchern 80.
  • Das Abdeckelement 30 kann auch bei den in den 3, 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen als eine dünne Folie mit einer Dicke zwischen 10 μm und 150 μm ausgebildet sein. Die Folie kann, ähnlich der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, zum Beispiel mit Klebstoff beschichtetes Polyimid (PI), Polyethylenterephtalat (PET), Polyester oder anderen Polymeren, die temperaturstabil sind, um einen Lötprozess unbeschadet zu bestehen, enthalten.
  • 6 zeigt einen Bestückungsautomaten 200, der mittels Vakuumpipetten 210 das Modul 100 auf einer Leiterplatine 300 platziert. Die Leiterplatine 300 ist auf einem Täger 400 befestigt. Das Ansaugen des Moduls erfolgt, indem die Vakuumpipetten auf der Oberfläche des ebenen, formstabilen Abdeckelement des Moduls ein Vakuum erzeugen, durch das das Modul an einem Arm 220 des Bestückungsautomaten sicher gehalten werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Trägersubstrat
    20
    Bauelemente
    30
    Abdeckelement
    31
    Rand des Abdeckelements
    32
    innerer Bereich des Abdeckelements
    33
    Abschnitt des Abdeckelements
    34
    leitfähiges Material des Abdeckelements
    40
    Fixierungskomponente
    50
    leitfähige Schicht
    60
    Koppelelement
    70
    Schicht zur Fixierung des Koppelelements
    80
    Kavität

Claims (15)

  1. Elektrisches Modul zur Aufnahme durch Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums, umfassend: – ein Trägersubstrat (10), – mindestens ein Bauelement (20, 21), das auf dem Trägersubstrat (10) angeordnet ist, – ein Abdeckelement (30), das über dem mindestens einen Bauelement (20, 21) angeordnet ist, – wobei zwischen dem Abdeckelement (30) und dem mindestens einen Bauelement (21) eine Fixierungskomponente (40), durch die das Abdeckelement (30) an dem mindestens einen Bauelement (21) befestigt ist, angeordnet ist.
  2. Elektrisches Modul nach Anspruch 1, umfassend: – mindestens ein weiteres Bauelement (22), das eine geringere Bauhöhe als das mindestens eine Bauelement (21) aufweist, – wobei die Fixierungskomponente (40) auf dem mindestens einen Bauelement (21) aufgebracht ist, – wobei zwischen dem mindestens einen weiteren Bauelement (22) und dem Abdeckelement (30) ein Luftspalt oder ein Füllmaterial angeordnet ist.
  3. Elektrisches Modul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Abdeckelement (30) über dem Trägersubstrat (10) derart angeordnet ist, dass ein Abschnitt (33) des Abdeckelements, der den äußeren Rand (31) des Abdeckelements umfasst, durch einen Luftspalt (S) beabstandet zu dem Trägersubstrat (10) angeordnet ist.
  4. Elektrisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fixierungskomponente als eine Kleberschicht (40), insbesondere als eine Kleberschicht aus einem Epoxid oder einem Silikon, ausgebildet ist.
  5. Elektrisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Fixierungskomponente (40) ein elektrisch isolierendes Material aufweist.
  6. Elektrisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Abdeckelement (30) ein leitfähiges Material (34) aufweist.
  7. Elektrisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, – wobei das Abdeckelement (30) auf einer dem Trägersubstrat (10) zugewandten Seite (U30) mit einem leitfähigen Material (50) beschichtet ist, – wobei das leitfähige Material (50) zwischen der Kleberschicht (40) und dem Abdeckelement (30) angeordnet ist.
  8. Elektrisches Modul nach einem der Ansprüche 6 oder 7, umfassend: – ein Koppelelement (60) zum Herstellen einer elektrischen Kopplung zwischen dem leitfähigen Material (34, 50) und dem Trägersubstrat (10), – wobei das Koppelelement (60) auf dem Trägersubstrat (10) angeordnet ist.
  9. Elektrisches Modul nach Anspruch 8, umfassend: – eine Schicht (70) zur Fixierung des Koppelelements (60) zwischen dem Trägerelement (10) und dem Abdeckelement (30), – wobei die Schicht (70) zur Fixierung des Koppelelements (60) ein Material, das hochohmiger als das Material des Koppelelements (60) ist, enthält, – wobei die Schicht (70) zur Fixierung des Koppelelements (60) auf dem Trägersubstrat (10) angeordnet ist.
  10. Elektrisches Modul nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Koppelelement (60) einen leitfähigen Kleber (61) oder einen leitfähigen Lack (62) oder ein Material aus Metall (63) aufweist.
  11. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Moduls zur Aufnahme Bestückungsautomaten mittels Erzeugung eines Vakuums, umfassend: – Bereitstellen eines Trägersubstrats (10), – Bestücken des Trägersubstrats (10) mit mindestens einem Bauelement (20, 21), – Anordnen eines Abdeckelements (30) über dem mindestens einen Bauelement (21) durch ein Befestigen des Abdeckelements (30) auf dem mindestens einen Bauelement (21) mittels einer Fixierungskomponente (40).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, umfassend: – Bestücken des Trägersubstrats (10) mit mindestens einem weiteren Bauelement (22), wobei das mindestens eine weitere Bauelement (22) eine geringere Bauhöhe als das mindestens eine Bauelement (21) aufweist, – Aufbringen der Fixierungskomponente (40), insbesondere einer Kleberschicht, auf das mindestens eine Bauelement (21).
  13. Verfahren nach Anspruch 11, umfassend: Aufbringen einer Kleberschicht (40) auf eine Seite (U30) des Abdeckelements (30), die nach dem Schritt des Anordnens des Abdeckelements über dem mindestens einen Bauelement (21) dem Trägersubstrat (10) zugewandt ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, umfassend: – Beschichten einer Seite (U30) des Abdeckelements (30), die nach dem Schritt des Anordnens des Abdeckelements über dem mindestens einen Bauelement (21) dem Trägersubstrat (10) zugewandt ist, mit einem leitfähigen Material (50), – Anordnen eines Koppelelements (60) auf dem Trägersubstrat (10) zum Herstellen einer elektrischen Kopplung zwischen dem leitfähigen Material (50) und dem Trägersubstrat (10), – Anpressen des Abdeckelements (30) auf das Koppelelement (60) derart, dass das Koppelelement (60) die Fixierungskomponente (40) an einer Stelle verdrängt und das Koppelelement (60) an der Stelle mit dem leitfähigen Material (50) kontaktiert ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, umfassend: – Aufbringen einer Schicht (70) zur Fixierung des Koppelelements (60) zwischen dem Trägersubstrat (10) und dem Abdeckelements (30) auf dem Trägersubstrat (10), – Einbringen einer Kavität (80) in die Schicht (70) zur Fixierung des Koppelelements, – Einbringen des Koppelelements (60) in die Kavität (80).
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