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Die Erfindung betrifft eine Substratstruktur, insbesondere eine gestapelte Substratstruktur, die bei gedruckten Leiterplatten zum Einsatz kommt.
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Mit der rasanten Entwicklung von elektronischen Konsumgütern ist eine Vielzahl von elektronischen Produkten in Anpassung an unterschiedliche Bedürfnisse der Verbraucher durch ständige Innovation auf dem Markt gebracht worden. Um die Funktionen von elektronischen Produkten zu erweitern sowie die Kauflust von Verbrauchern zu erregen, geht der Trend bei den elektronischen Produkten zur leichten, dünnen, kompakten und kleinen Konstruktion. Daher werden bei gedruckten Leiterplatten hochintegrierte Schaltungen, eine gestapelte Mehrschichtkonstruktion, eine kompakte Bauform, Mehrfachfunktionen sowie miniaturisierte Plättchen eingesetzt. Bei der Gestaltung der gedruckten Leiterplatten sind daher die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung und die Gewährleistung der Signalintegrität zu berücksichtigen, um zu verhindern, dass Stromkreis-Störungen oder schlechte Signalübertragung auftreten.
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Wie in 1 gezeigt, ist ein erstes Substrat 11 und ein zweites Substrat 12 mit mehreren elektronischen Elementen 13 verschaltet. Beim Aufliegen des ersten Substrats 11 auf dem zweiten Substrat 12 ist ein Rahmenkörper 14 zwischen dem ersten Substrat 11 und dem zweiten Substrat 12 vorgesehen, um einen Kurzschluss zu verhindern, wenn die elektronischen Elemente 13 des ersten und des zweiten Substrats 11, 12 in Berührung kommen. Zwischen dem ersten Substrat 11 und dem zweiten Substrat 12 ist der Rahmenkörper 14 vorgesehen, der als Hohlkörper ausgeführt ist, sodass zwischen dem ersten Substrat 11 und dem zweiten Substrat 12 ein Aufnahmeraum ausgebildet ist, in dem sich die elektronischen Elemente 13 des ersten Substrats 11 und des zweiten Substrats 12 befinden. Der Rahmenkörper 14 ist ober- und unterseitig mit einer Mehrzahl von Lötinseln 15 versehen. Das erste Substrat 11 ist über Lötinseln 15 und Lötzinn 16 und Rahmenkörper 14 elektrisch mit dem zweiten Substrat 12 verbunden.
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Bei der bekannten konformen Abschirmungstechnik wird nach der Verbindung des ersten Substrats 11 und des zweiten Substrats 12 mit dem Rahmenkörper 14 eine nicht näher dargestellte Einkapselungsschicht vorgesehen. Um zu verhindert, dass leitende Stoffe in einen Zwischenraum zwischen dem ersten/zweiten Substrat 11, 12 und dem Rahmenkörper 14 eindringen, wenn eine nachträgliche Beschichtung einer Leitschicht durchgeführt wird, wird dieser Zwischenraum zwischen dem ersten/zweiten Substrat 11, 12 und dem Rahmenkörper 14 mit isolierender Kunststoffmasse 17 gefüllt, die aus Epoxidharz oder duroplastischem Kolloid hergestellt ist. Damit werden Risse an der Außenseite der Lötinseln 15 und Spalten zwischen dem ersten/zweiten Substrat 11, 12 und dem Rahmenkörper 14 verschlossen. Auf diese Weise wird vermieden, dass die leitenden Stoffe mit den Lötinseln 15 in Berührung kommen, wenn die nachträgliche Beschichtung der Leitschicht durchgeführt wird. Da das Einfüllen von Kunststoffmasse 17 zusätzliche Verfahrensschritte erfordert, werden daher die Anforderungen an wirtschaftliche Fertigung nicht erfüllt. Beim Einfüllen von Kunststoffmasse ist der Füllvorgang nur schwierig zu kontrollieren. Mit der Erfindung wird daher versucht, ein Verfahren zur Vereinfachung von Verfahrenschritten und zum Verzicht auf das Einfüllen von Kunststoffmasse vorzuschlagen und somit die Produktionseffizienz in erheblichem Maße zu verbessern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gestapelte Substratstruktur zu schaffen, bei der Lötinseln umschließend zwischen dem Substrat und dem Rahmenkörper angeordnet sind, um auf die Kunststoffmasse verzichten zu können, die beim Stand der Technik eingesetzt wird, wodurch das Verfahren zum Einfüllen von Kunststoffmasse nicht mehr notwendig ist, was die Verfahrenschritte vereinfacht und somit die Produktionseffizienz in erheblichem Maße verbessert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gestapelte Substratstruktur, die die im Anspruch 1 bzw. 6 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Gemäß der Erfindung wird eine gestapelte Substratstruktur bereitgestellt, die eine Substrateinheit, einen ersten Rahmenkörper, eine Leitereinheit und eine Sperreinheit aufweist. Die Substrateinheit weist ein erstes Substrat und ein zweites Substrat auf, wobei dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat jeweils mehrere elektronische Elemente zugeordnet sind. Der erste Rahmenkörper ist zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat vorgesehen. Die Leitereinheit weist mehrere erste Kontakte und mehrere zweite Kontakte auf. Die ersten Kontakte verbinden das erste Substrat und den ersten Rahmenkörper, während die zweiten Kontakte das zweite Substrat und den ersten Rahmenkörper verbinden. Die ersten Kontakte sind elektrisch mit den jeweiligen zweiten Kontakten verbunden. Die Sperreinheit weist wenigstens zwei erste Sperrelemente und wenigstens zwei zweite Sperrelemente auf. Diese ersten Sperrelemente umschließen die ersten Kontakte, während diese zweiten Sperrelemente die zweiten Kontakte umschließen. Diese ersten Sperrelemente sind durch Lötzinn in dichtender Weise zwischen dem ersten Substrat und dem ersten Rahmenkörper vorgesehen, während diese zweiten Sperrelemente durch Lötzinn in dichtender Weise zwischen dem zweiten Substrat und dem ersten Rahmenkörper angeordnet sind. Die auf dem ersten. Substrat angeordneten, ersten Kontakte und die auf dem zweiten Substrat angeordneten, zweiten Kontakte sind über Lötzinn [als Metall-Legierung aus Zinn, Silber oder Kupfer] durch die Oberflächenmontagetechnik [SMT] elektrisch mit den auf dem ersten Rahmenkörper angeordneten, ersten Kontakten und den auf dem ersten Rahmenkörper angeordneten, zweiten Kontakten verbunden.
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Gemäß der Erfindung wird ferner eine gestapelte Substratstruktur bereitgestellt, die Folgendes aufweist:
eine Substrateinheit, die mehrere elektronische Elemente aufweist;
einen ersten Rahmenkörper, der an einer Seite des ersten Substrats angeordnet ist;
eine Mehrzahl von ersten Kontakten, die das erste Substrat und den ersten Rahmenkörper verbindet; und
wenigstens zwei erste Sperrelemente, die die ersten Kontakte umschließen und durch Lötzinn in dichtender Weise zwischen dem ersten Substrat und dem ersten Rahmenkörper vorgesehen sind.
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Die auf dem Substrat angeordneten, ersten Kontakte sind über Lötzinn [als Metall-Legierung aus Zinn, Silber oder Kupfer] durch die Oberflächenmontagetechnik [SMT] elektrisch mit den auf dem ersten Rahmenkörper angeordneten, ersten Kontakten verbunden.
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Zusammengefasst lassen sich mit der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
- 1. Bei der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur ist das Sperrelement zwischen dem Substrat und dem Rahmenkörper angeordnet. Auf diese Weise wird vermieden, dass leitende Stoffe in einen Zwischenraum zwischen dem Substrat und dem Rahmenkörper eindringen, wenn eine nachträgliche Beschichtung einer Leitschicht durchgeführt wird. Außerdem wird vermieden, dass Stromkreis-Störungen oder schlechte Signalübertragung auftreten.
- 2. Das erste Sperrelement und die Kontakte können in einem gleichen Verfahren hergestellt werden. Daher kann auf die Kunststoffmasse verzichtet werden, die beim Stand der Technik eingesetzt wird. Daher ist das Verfahren zum Einfüllen von Kunststoffmasse nicht mehr notwendig, was die verfahrenschritte vereinfacht und somit die Produktionseffizienz in erheblichem Maße verbessert.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen Schnitt durch eine gestapelte Substratstruktur nach dem Stand der Technik;
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2 in perspektivischer Explosionsdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur;
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3 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur;
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4A die Vorgehensweise zum Anbringen von Lötzinn an dem zweiten Kontakt und dem zweiten Sperrelement der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur im Schnitt;
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4B im Schnitt des ersten Rahmenkörpers und des zweiten Substrats der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur im zusammengebauten Zustand;
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4C die Vorgehensweise zum Anbringen von Lötzinn an dem ersten Kontakt und dem ersten Sperrelement der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur im Schnitt;
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4D im Schnitt des ersten Rahmenkörpers und des ersten Substrats der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur im zusammengebauten Zustand;
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5 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur zusätzlich mit einer Einkapselungsschicht;
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6 einen Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur (gemäß 5) zusätzlich mit einer elektromagnetischen Abschirmungseinheit;
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7 in perspektivischer Explosionsdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur;
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8 einen Schnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur;
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9 in perspektivischer Explosionsdarstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur; und
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10 einen Schnitt durch das dritte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich, weist eine erfindungsgemäße gestapelte Substratstruktur eine Substrateinheit 20, einen ersten Rahmenkörper 25, eine Leitereinheit 27 und eine Sperreinheit 28 auf Die Substrateinheit 20 umfasst ein erstes Substrat 21 und ein zweites Substrat 22. In 2a ist das erste Substrat 21 dargestellt, während das zweite Substrat 22 in 2c dargestellt ist. Das erste Substrat 21 ist oberhalb des zweiten Substrats 22 angeordnet. Dem ersten Substrat 21 und dem zweiten Substrat 22 sind jeweils mehrere elektronische Elemente 24 zugeordnet. Das erste Substrat 21 ist oberhalb des zweiten Substrats 22 sind als gedruckte Leiterplatte ausgeführt.
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Zwischen dem ersten Substrat 21 und dem zweiten Substrat 22 ist der erste Rahmenkörper 25 vorgesehen, der in 2b dargestellt ist. Das heißt, das erste Substrat 21 ist oberhalb des ersten Substrats 21 angeordnet, während das zweite Substrat 22 unterhalb des ersten Rahmenkörpers 25 angeordnet ist, wodurch sich eine gestapelte Bauart ergibt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Rahmenkörper 25 viereckig ausgebildet. Alternativ dazu kann der erste Rahmenkörper 25 aber auch vieleckig oder kreisbogenförmig ausgebildet sein. Auf jeden Fall soll der ersten Rahmenkörper 25 nicht auf eine bestimmte Form beschränkt sein. Außerdem ist der erste Rahmenkörper 25 als Hohlkörper ausgeführt, sodass durch den ersten Rahmenkörper 25 zwischen dem ersten Substrat 21 und dem zweiten Substrat 22 ein Aufnahmeraum ausgebildet ist, in dem sich die elektronischen Elements 24 des ersten Substrats 21 und des zweiten Substrats 22 befinden. Je nach Bedarf sind das erste Substrat 21 und das zweite Substrat 22 über den ersten Rahmenkörper 25 elektrisch verbunden.
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Die Leitereinheit 27 weist mehrere erste Kontakte 271 und mehrere zweite Kontakte 272 auf. Die ersten Kontakte 271 sind zwischen dem ersten Substrat 21 und dem ersten Rahmenkörper 25 vorgesehen, während die zweiten Kontakte 272 zwischen dem zweiten Substrat 22 und dem ersten Rahmenkörper 25 angeordnet sind. Das heißt, das erste Substrat 21 und der erste Rahmenkörper 25 sind über den ersten Kontakt 271 elektrisch verbunden, während das zweite Substrat 22 und der erste Rahmenkörper 25 über den zweiten Kontakt 272 elektrisch verbunden sind. Die auf dem ersten Substrat 21 angeordneten, ersten Kontakte 271 und die auf dem zweiten Substrat 22 angeordneten, zweiten Kontakte 272 sind über Lötzinn 29 [als Metall-Legierung aus Zinn, Silber oder Kupfer] durch die Oberflächenmontagetechnik [SMT] elektrisch mit den auf dem ersten Rahmenkörper 25 angeordneten, ersten Kontakten 271 und den auf dem ersten Rahmenkörper 25 angeordneten, zweiten Kontakten 272 verbunden. Die ersten Kontakte 271 und die zweiten Kontakte 272 sind als Lötinsel ausgeführt.
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Da der erste Rahmenkörper 25 in der Lage ist, Strom zu leiten und Signale zu übertragen, sind die ersten Kontakte 271 und die zweiten Kontakte 272 elektrisch verbunden. Treten elektrische Signale aus dem ersten Substrat 21 aus, gelangen diese über die ersten Kontakte 271 an den ersten Rahmenkörper 25. Von dort aus werden die elektrischen Signale auf die zweiten Kontakte 272 übertragen, wobei diese schließlich durch die zweiten Kontakte 272 an das zweite Substrat 22 weitergeleitet werden. Der oben erwähnte Übertragungsvorgang kann aber auch in umgekehrter Richtung durchgeführt werden. Das heißt, dass die elektrischen Signale treten aus dem zweiten Substrat 22 aus, wobei diese aufeinanderfolgend durch die zweiten Kontakte 272, den ersten Rahmenkörper 25 und die ersten Kontakte 271 an das erste Substrat 21 gelangen. Der erste Rahmenkörper 25 ist so verschaltet, dass dieser die Signalübertragungsfunktion erfüllt, worauf die Erfindung nicht beschränkt sein soll.
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Die Sperreinheit 28 weist wenigstens zwei erste Sperrelemente 281 und wenigstens zwei zweite Sperrelemente 282 auf. Gemäß der Erfindung sind das erste Sperrelement 281 und das zweite Sperrelement 282 als Lötinsel ausgeführt und in kontinuierlicher Weise im Randbereich des Rahmenkörpers und der Substrate angeordnet. Diese ersten Sperrelemente 281 umgeben die ersten Kontakte 271 und sind durch Lötzinn 29 in dichtender Weise zwischen dem ersten Substrat 21 und dem ersten Rahmenkörper 25 vorgesehen. Diese zweiten Sperrelemente 282 umgeben die zweiten Kontakte 272 und sind durch Lötzinn 29 in dichtender Weise zwischen dem zweiten Substrat 22 und dem ersten Rahmenkörper 25 vorgesehen. Durch die Sperrelemente 281, 282 in Zusammenwirken mit dem Lötzinn 29 wird ein Zwischenraum zwischen dem ersten/zweiten Substrat 21, 22 und dem ersten Rahmenkörper 25 so verschlossen, dass keine Fremdstoffe eindringen können.
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Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur 2 wird im Folgenden beschrieben. Wie aus 2 ersichtlich, werden die ersten Kontakte 271 und das erste Sperrelement 281 sowohl an der unteren Seite des ersten Substrats 21 als auch an der oberen Seite des ersten Rahmenkörpers 25 angeordnet. Danach werden die zweiten Kontakte 272 und das zweite Sperrelement 282 sowohl an der unteren Seite des ersten Rahmenkörpers 25 als auch an der oberen Seite des zweiten Substrats 22 angeordnet. Damit sind die ersten Kontakte 271 und die zweiten Kontakte 272 nacheinander ausgerichtet, während das erste Sperrelement 281 und das zweite Sperrelement 282 ebenfalls nacheinander ausgerichtet sind.
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Nachfolgend werden das Anbringen von Lötzinn 29 und die Montage der Kontakte und der Sperrelemente näher erläutert, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll.
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Gemäß 4A sind die auf dem zweiten Substrat 22 befindlichen, zweiten Kontakte 272 und das zweite Sperrelement 282 oberflächenseitig mit Lötzinn 29 überzogen. Gemäß 4B wird der erste Rahmenkörper 25 auf das zweite Substrat 22 so aufgesetzt, dass die zweiten Kontakte 272 und die zweiten Sperrelemente 282 jeweils über Lötzinn 29 miteinander verbunden sind. Danach wird das Reflow-Verfahren durchgeführt. Das heißt, die soweit verbundene Struktur wird in einen Hochtemperaturofen, wie z. B. Infrarotofen zum Erwärmen gesteckt. Die Temperatur soll im Bereich von 150 bis 300°C liegen, insbesondere bevorzugt soll das Reflow-Verfahren bei 230°C durchgeführt werden. Daraufhin wird die erwärmte Struktur auf die Raumtemperatur gekühlt. Durch das Reflow-Verfahren und durch die Kühlung auf die Raumtemperatur kann das Lötzinn 29 erstarrt werden. Auf diese Weise sind das zweite Substrat 22 und der erste Rahmenkörper 25 über die zweiten Kontakte 272 durch Lötzinn 29 miteinander verbunden, wobei die zweiten Sperrelemente 282 durch Lötzinn 29 abgedichtet zwischen dem zweiten Substrat 22 und dem ersten Rahmenkörper 25 vorgesehen sein können.
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Gemäß 4C sind die auf dem ersten Rahmenkörper 25 befindlichen, ersten Kontakte 271 und das erste Sperrelement 281 oberflächenseitig mit Lötzinn 29 überzogen. Gemäß 4D wird das erste Substrat 21 auf den ersten Rahmenkörper 25 auf so aufgesetzt, dass die ersten Kontakte 271 und die ersten Sperrelemente 282 jeweils über Lötzinn 29 miteinander verbunden sind. Durch das Reflow-Verfahren und durch die Kühlung auf die Raumtemperatur kann das Lötzinn 29 erstarrt werden. Auf diese Weise sind das erste Substrat 21 und der erste Rahmenkörper 25 über die ersten Kontakte 271 durch Lötzinn 29 miteinander verbunden, wobei die ersten Sperrelemente 281 durch Lötzinn 29 abgedichtet zwischen dem ersten Substrat 21 und dem ersten Rahmenkörper 25 vorgesehen sein können. Die Reihenfolge der Verfahrenschritte kann aber geändert werden. Es können zunächst die auf dem ersten Substrat 21 befindlichen, ersten Kontakte 271 und das erste Sperrelement 281 oberflächenseitig mit Lötzinn 29 überzogen sein, woraufhin das erste Substrat 21 und der erste Rahmenkörper 25 gestapelt werden und das Reflow-Verfahren durchgeführt wird. Dann sind die auf dem ersten Rahmenkörper 25 befindlichen, zweiten Kontakte 272 und das zweite Sperrelement 282 oberflächenseitig mit Lötzinn 29 überzogen, woraufhin das zweite Substrat 22 und der erste Rahmenkörper 25 gestapelt werden und das Reflow-Verfahren durchgeführt wird. Jedenfalls soll die erfindungsgemäße Reihenfolge nicht darauf beschränkt sein.
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Aus dem ersten Ausführungsbeispiel ist deutlich, dass diejenigen, bei denen Sperrelemente zwischen dem Substrat und dem Rahmenkörper auf einer gedruckten Leiterplatte eingesetzt werden, um zu verhindern, dass leitende Stoffe eindringen, wenn eine nachträgliche Beschichtung einer Leitschicht durchgeführt wird, im Schutzbereich des Anspruchs der vorliegenden Erfindung liegen sollen. Die Anzahl der Substrate und des Rahmenkörpers soll nicht beschränkt sein. Die Substrate und der Rahmenkörper sollen auch nicht unbedingt an die entsprechenden Stellen der gedruckten Leiterplatte angeordnet sein.
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Gemäß 5 ist das erste Substrat 21 mit einer Einkapselungsschicht 30 bedeckt, die einen Schutz für das erste Substrat 21 und die elektronischen Elemente 24 gewährleistet. Die Einkapselungsschicht 30 kann aus Epoxidharz oder duroplastischem Kolloid hergestellt. Gemäß 6 ist eine elektromagnetische Abschirmungseinheit 40 an der Außenseite der Einkapselungsschicht 30 sowie an Seiten der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur 2 angebracht. Die elektromagnetische Abschirmungseinheit 40 ist aus leitfähigem Stoff hergestellt und kann durch Sputtern, chemisches Beschichten, Plattieren, Aufdampfen oder andere Beschichtungsverfahren ausgebildet sein, um die elektromagnetische Abschirmungswirkung zu erzielen.
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[Zweites Ausführungsbeispiel]
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In 7 und 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur 2 gezeigt, das als Variante des ersten Ausführungsbeispiels dient. Auf der Struktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind ein weiteres Substrat und ein weiterer Rahmenkörper gestapelt. Das heißt, das zweite Substrat 22 ist unten weiterhin mit einem zweiten Rahmenkörper 26 und einem dritten Substrat 23 versehen, sodass die gestapelte Substratstruktur 2 aus drei Substraten und zwei Rahmenkörpern in gestapelter Weise zusammengesetzt ist. In 7a ist ein erstes Substrat 21 gezeigt. In 7b ist ein erster Rahmenkörper 25 gezeigt. In 7c ist ein zweites Substrat 22 gezeigt. In 7d ist der zweite Rahmenkörper 26 gezeigt. 7e zeigt das dritte Substrat 23.
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Das zweite Substrat 22 ist unterseitig mit zweiten Kontakten 272 und Lötzinn 29 zur Verbindung mit dem zweiten Rahmenkörper 26 versehen, der dann über dritte Kontakte 273 und Lötzinn 29 mit dem dritten Substrat 23 verbunden ist. Hierdurch ergibt sich eine gestapelte Konstruktion. Zwischen dem Boden des zweiten Substrats 22 und dem oberen Ende des zweiten Rahmenkörpers 26 sind zwei zweite Sperrelemente 282 und das die beiden zweiten Sperrelemente 282 verbindende Lötzinn 29 vorgesehen, wobei die beiden zweiten Sperrelemente 282 um die zweiten Kontakte 272 herum angeordnet sind. Zwischen dem Boden des zweiten Rahmenkörpers 26 und dem oberen Ende des dritten Substrats 23 sind zwei dritte Sperrelemente 283 und das die beiden dritten Sperrelemente 283 verbindende Lötzinn 29 vorgesehen, wobei die beiden dritten Sperrelemente 283 um die dritten Kontakte 273 herum angeordnet sind. Damit sind die Substrate und die Rahmenkörper der gestapelten Substratstruktur 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vollständig mit den Sperrelementen 283 so bedeckt, dass keine Fremdstoffe eindringen können. Gemäß der Erfindung ist das dritte Sperrelement 283 als Lötinsel ausgeführt und in kontinuierlicher Weise im Randbereich des Rahmenkörpers und des Substrats angeordnet.
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Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der gestapelten Substratstruktur 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen. Die ersten Kontakte 271, die zweiten Kontakte 272 und die dritten Kontakte 273 sind an den jeweiligen Rahmenkörper und den Substraten angeordnet. Außerdem sind die Sperrelemente 281, 282, 283 in kontinuierlicher Weise im Randbereich der Rahmenkörper und der Substrate angeordnet. Dann werden die Kontakte 271, 272, 273 und die Sperrelemente 281, 282, 283 in selektiver Weise oberflächenseitig mit Lötzinn 29 überzogen. Danach werden das erste Substrat 21, das zweite Substrat 22 und das dritte Substrat 23 aufeinander gestapelt. Die Reihenfolge zum Stapeln soll jedoch nicht drauf beschränkt sein. Erst durch das Reflow-Verfahren und dann durch Abkühlen auf die Raumtemperatur wird Lötzinn 29 erstarrt. Damit lassen sich die Kontakte 271, 272, 273 über Lötzinn 29 mit den jeweiligen Substraten und Rahmenkörpern verbinden, wobei die beiden Sperrelemente 281, die beiden Sperrelemente 282 und die beiden Sperrelemente 283 um die jeweiligen Kontakte 271, 272, 273 herum angeordnet und durch Lötzinn 29 in verschließender Weise zwischen den Substraten und den Rahmenkörpern vorgesehen sind.
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Ausgehend vom zweiten Ausführungsbeispiel werden weitere Ausführungsbeispiele abgeleitet. Das heißt, wenigstens ein Substrat und ein Rahmenkörper werden weiterhin auf dem dritten Substrat 23 gestapelt, wodurch sich eine gestapelte Substratstruktur 2 mit mehr als vier Substraten ergibt. Die Anzahl von gestapelten Substraten hängen von dem Bedarf ab und soll jedoch nicht beschränkt sein.
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Darüber hinaus ist das erste Substrat 21 mit einer Einkapselungsschicht 30 bedeckt, die einen Schutz für das erste Substrat 21 und das elektronische Element 24 gewährleistet. Die Einkapselungsschicht 30 kann aus Epoxidharz oder duroplastischem Kolloid hergestellt. Ferner ist eine elektromagnetische Abschirmungseinheit 40 an einer Außenseite der Einkapselungsschicht 30 sowie an Seiten der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur 2 angebracht. Die elektromagnetische Abschirmungseinheit 40 ist aus leitfähigem Stoff hergestellt und kann durch Sputtern, chemisches Beschichten, Plattieren, Aufdampfen oder andere Beschichtungsverfahren ausgebildet sein, um die elektromagnetische Abschirmungswirkung zu erzielen.
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[Drittes Ausführungsbeispiel]
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In 9 und 10 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur 2 gezeigt, das ein erstes Substrat 21, einen ersten Rahmenkörper 25, mehrere erste Kontakte 271 und wenigstens zwei erste Sperrelemente 281 aufweist. 9a zeigt das erste Substrat 21, während 9B den ersten Rahmenkörper 25 darstellt. Das erste Substrat 21 kann als gedruckte Leiterplatte ausgeführt sein. Der erste Rahmenkörper 25 ist an einer Seite des ersten Substrats 21 angeordnet. Außerdem ist der erste Rahmenkörper 25 als Hohlkörper ausgeführt, in dem sich elektronische Elemente 24 des ersten Substrats 21 befinden. Außerdem ist der erste Rahmenkörper 25 in der Lage, Strom zu leiten und Signale zu übertragen.
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Es liegen mehrere erste Kontakte 271 vor, über die das erste Substrat 21 und der erste Rahmenkörper 25 miteinander verbunden sind. Die auf dem ersten Substrat 21 angeordneten, ersten Kontakte 271 sind über Lötzinn 29 [als Metall-Legierung aus Zinn, Silber oder Kupfer] durch die Oberflächenmontagetechnik [SMT] elektrisch mit den auf den ersten Rahmenkörper 25 angeordneten, ersten Kontakten 271 verbunden. Die ersten Kontakte 271 sind als Lötinsel ausgeführt. Die ersten Sperrelemente 281 umgeben die ersten Kontakte 271 und sind durch Lötzinn 29 in dichtender Weise zwischen dem ersten Substrat 21 und dem ersten Rahmenkörper 25 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden ersten Sperrelemente 281 als Lötinsel ausgeführt und in kontinuierlicher Weise um das Substrat und den Rahmenkörper herum angeordnet.
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Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der gestapelten Substratstruktur 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen. Die ersten Kontakte 271 sind an dem ersten Substrat 21 und dem ersten Rahmenkörper 25 angeordnet. Außerdem ist das erste Sperrelement 281 am ersten Substrat 21 und dem ersten Rahmenkörper 25 angeordnet. Dann werden die ersten Kontakte 271 und das erste Sperrelement 281 in selektiver Weise oberflächenseitig mit Lötzinn 29 überzogen. Danach werden das erste Substrat 21 und der erste Rahmenkörper 25 aufeinander gestapelt. Erst durch das Reflow-Verfahren und dann durch Abkühlen auf die Raumtemperatur wird Lötzinn 29 erstarrt. Damit lassen sich die ersten Kontakte 271 über Lötzinn 29 mit dem ersten Substrat 21 und dem ersten Rahmenkörper 25 verbinden, wobei das Sperrelement 281 um den ersten Kontakte 271 herum angeordnet und durch Lötzinn 29 in verschließender Weise zwischen dem erste Substrat 21 und dem ersten Rahmenkörper 25 vorgesehen ist.
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Darüber hinaus ist das erste Substrat 21 mit einer Einkapselungsschicht 30 bedeckt, die einen Schutz für das erste Substrat 21 und die elektronische Elemente 24 gewährleistet. Die Einkapselungsschicht 30 kann aus Epoxidharz oder duroplastischem Kolloid hergestellt. Ferner ist eine elektromagnetische Abschirmungseinheit 40 an einer Außenseite der Einkapselungsschicht 30 sowie an Seiten der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur 2 angebracht. Die elektromagnetische Abschirmungseinheit 40 ist aus leitfähigem Stoff hergestellt und kann durch Sputtern, chemisches Beschichten, Plattieren, Aufdampfen oder andere Beschichtungsverfahren ausgebildet sein, um die elektromagnetische Abschirmungswirkung zu erzielen.
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Zusammengefasst lassen sich mit der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur beispielsweise folgende Vorteile realisieren:
- 1. Bei der erfindungsgemäßen gestapelten Substratstruktur ist das Sperrelement zwischen dem Substrat und dem Rahmenkörper angeordnet. Auf diese Weise wird vermieden, dass leitende Stoffe in einen Zwischenraum zwischen dem Substrat und dem Rahmenkörper eindringen, wenn eine nachträgliche Beschichtung einer Leitschicht durchgeführt wird. Außerdem wird vermieden, dass Stromkreis-Störungen oder schlechte Signalübertragung auftreten.
- 2. Das erste Sperrelement und die Kontakte können in einem gleichen Verfahren hergestellt werden. Daher kann auf die Kunststoffmasse verzichtet werden, die beim Stand der Technik eingesetzt wird. Daher ist das Verfahren zum Einfüllen von Kunststoffmasse nicht mehr notwendig, was die Verfahrenschritte vereinfacht und somit die Produktionseffizienz in erheblichem Maße verbessert.
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Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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[des Stands der Technik]
- 1
- gestapelte Substratstruktur
- 11
- erstes Substrat
- 12
- zweites Substrat
- 13
- elektronisches Element
- 14
- Rahmenkörper
- 15
- Lötinsel
- 16
- Lötzinn
- 17
- Kunststoffmasse
[der vorliegenden Erfindung] - 2
- gestapelte Substratstruktur
- 20
- Substrateinheit
- 21
- erstes Substrat
- 22
- zweites Substrat
- 23
- drittes Substrat
- 24
- elektronisches Element
- 25
- erster Rahmenkörper
- 26
- zweiter Rahmenkörper
- 27
- Leitereinheit
- 271
- erster Kontakt
- 272
- zweiter Kontakt
- 273
- dritter Kontakt
- 28
- Sperreinheit
- 281
- erstes Sperrelement
- 282
- zweites Sperrelement
- 283
- drittes Sperrelement
- 29
- Lötzinn
- 30
- Einkapselungsschicht
- 40
- elektromagnetische Abschirmungseinheit