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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, insbesondere einen elektronischen Schaltkreis. Das Bauelement weist einen flach ausgebildeten Schaltungsträger und einen den Schaltungsträger wenigstens teilweise umschließenden Mold-Körper auf.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Schaltkreisen, insbesondere Schaltkreisen mit Halbleiterbauelementen, bei denen ein Schaltungsträger, insbesondere eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen von einem Mold-Körper umschlossen ist, besteht das Problem, dass Serientoleranzen hinsichtlich einer Leiterplattendicke sich auf eine Positionierung der Leiterplatte innerhalb des Mold-Körpers auswirken können, so dass es keinen definierten Abstand zwischen einer Oberfläche des Mold-Körpers und dem Schaltungsträger gibt. Dies macht eine Kontaktierung mit einem externen Stecker schwierig.
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Aus der
DE 10 2005 014 427 A1 ist ein Bauelement mit einer von einem Mold-Körper umgebenen Leiterplatte mit einem Halbleiterchip bekannt, bei der der Halbleiterchip auf einer zu einem Werkzeugteil zugewandten elastisch ausgebildeten Damm aufweist, welcher beim Schließen des Werkzeugs zum Erzeugen des Mold-Körpers durch Umspritzen des Bauelements von dem Werkzeug präsent kontaktiert werden kann, sodass eine Positionierung des Halbleiterchips zusammen mit einer Leiterplatte innerhalb des Mold-Körpers sichergestellt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist der Schaltungsträger des Schaltkreises der eingangs genannten Art wenigstens einen elektrisch leitfähigen Kontakt auf. Der elektrisch leitfähige Kontakt ist von einem Schaltungsträgerrand des Schaltungsträgers nach innen beabstandet und von außen kontaktierbar angeordnet. Der Schaltungsträger ist mittels eines federnd und/oder biegsam ausgebildeten Hilfsträgers verbunden, wobei der Hilfsträger sich in dem Mold-Körper wenigstens mit einem Längsabschnitt wenigstens bis hin zu einem äußeren Rand des Mold-Körpers erstreckt.
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Durch den federnd und/oder biegsam ausgebildeten Hilfsträger kann der Schaltungsträger vorteilhaft beim Zufahren der Werkzeughälften, zum Umspritzen des Schaltungsträgers und Erzeugen des Mold-Körpers, von einer Werkzeughälfte in eine vorbestimmte Position im Inneren des von den Werkzeughälften umschlossenen Hohlraums gedrückt werden. Der Hilfsträger kann so beim Andrücken des Werkzeugs gegen den Schaltungsträger federnd und/oder plastisch verformend, also biegsam, nachgeben. So kann vorteilhaft eine Ebene des Schaltungsträgers, und so eine Positionierung der elektrisch leitfähigen Kontakte, welche mit dem Schaltungsträger verbunden sind, relativ zu einer Berandung oder Oberfläche, insbesondere des Mold-Körpers genau festgelegt sein. Wenn der Schaltungsträger bei einer Serienproduktion Fertigungstoleranzen hinsichtlich einer Schaltungsträgerdicke erfährt, so können diese Fertigungstoleranzen vorteilhaft ausgeglichen werden, insoweit der Schaltungsträger mittels des Werkzeuges und durch den vorteilhaft nachgiebig ausgebildeten Hilfsträger stets in der richtigen Position gehalten werden kann, um dann anschließend zum Ausbilden des Mold-Körpers umschmolzen zu werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Kontakt in einer Aussparung, insbesondere Vertiefung oder Senke des Mold-Körpers angeordnet. Der elektrische Kontakt kann so vorteilhaft relativ zu einer Oberfläche des Mold-Körpers, welche sich beispielsweise parallel zu einer Oberfläche des Schaltungsträgers erstreckt, in einem vorbestimmten Abstand zu der zuvor genannten Oberfläche des Mold-Körpers angeordnet sein.
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Bevorzugt ist das Bauelement, insbesondere der elektrische Kontakt ausgebildet, von einem Stecker oder einer Gegenkontakte aufweisenden Aussparung eines Gehäuses kontaktiert zu werden, wobei der Stecker oder das Gehäuse ausgebildet ist, mit wenigstens einem federnd ausgebildeten Kontakt in die Aussparung einzugreifen und dabei den wenigstens einen elektrischen Kontakt elektrisch zu kontaktieren. Der Stecker oder das Gehäuse ist bevorzugt dazu ausgebildet, das Bauelement zu umgreifen und festzuhalten. Der Stecker kann vorteilhaft mit dem Bauelement ein Kontaktsystem bilden. Beispielsweise kann das Bauelement im Bereich der Aussparung einen Steckkragen aufweisen, welcher ausgebildet ist, in einer entsprechenden Aussparung des Steckers wenigstens kraftschlüssig gehalten zu werden.
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Das Bauelement ist beispielsweise ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug. Das Steuergerät kann so vorteilhaft feuchtigkeitsdicht ausgebildet sein, und einfach von dem zuvor erwähnten Gehäuse oder Stecker getrennt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Kontakt eine mit dem Schaltungsträger verbundene elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere eine Kupferschicht. Die Kupferschicht ist beispielsweise vergoldet. Der elektrisch leitfähige Kontakt kann so vorteilhaft von einem bevorzugt federnd ausgebildeten Gegenkontakt berührend kontaktiert werden und so eine galvanische Kontaktierung zwischen dem elektrischen Kontakt und dem Gegenkontakt ausbilden.
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In einer anderen Ausführungsform ist der elektrisch leitfähige Kontakt durch einen Steckkontakt, beispielsweise eine Steckhülse oder einen Steckstift gebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hilfsträger an den Schaltungsträger angeformt, und erstreckt sich umlaufend radial nach außen Dazu weist der Hilfsträger bevorzugt wenigstens zwei, weiter bevorzugt drei oder vier radial nach außen weisende Stege auf. wenigstens bis hin zum äußeren Rand des Mold-Körpers. Mittels des Hilfsträgers können so vorteilhaft federnd und/oder plastisch verformbar ausgebildete Stege gebildet sein, welche den Schaltungsträger mit einem Randabschnitt des Hilfsträgers verbinden. Der Randabschnitt des Hilfsträgers ist bevorzugt ringförmig ausgebildet und ist ausgebildet, von zwei Mold-Werkzeugen pressend eingeschlossen zu werden. Die Mold-Werkzeuge können so vorteilhaft den Hilfsträger zwischeneinander einschließen, wobei der Hilfsträger die Mold-Werkzeuge, insbesondere zwei Mold-Werkzeughälften, vorteilhaft nach einem Zufahren gegeneinander abdichtet. In einer anderen Ausführungsform sind die Stege ausgebildet, von den beiden Werkzeughälften eingeklemmt zu werden. Eine Abdichtung der Moldwerkzeuge kann so zwischen den Stegen erfolgen, durch ein Abdichten der Metalle der beiden Werkzeughälften, welches sich zwischen den Stegen erstreckt.
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Der Hilfsträger ist bevorzugt aus demselben Material gebildet wie ein Substrat des Schaltungsträgers, insbesondere einer Leiterplatte. Das Substrat ist bevorzugt faserverstärktes Epoxidharz.
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Im Falle des Hilfsträgers aus dem Material des Schaltungsträgers, insbesondere Epoxidharz, ist die Variante vorteilhaft, bei der sich die Stege bis hin zu einem Rand des Mold-Körpers erstrecken, da so ein möglicher Feuchteeintrag über das Epoxidharz in einen Innenbereich des Mold-Körpers verhindert oder minimiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen eines Schaltkreises, bei dem ein Schaltungsträger, insbesondere eine Leiterplatte, von zwei Mold-Werkzeugen umschlossen und mit einer Mold-Masse umspritzt wird.
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Bei dem Verfahren wird ein Schaltungsträger von zwei Moldwerkzeugen umschlossen und mit einer Moldmasse umspritzt, wobei die Moldwerkzeuge beim aufeinander Zubewegen zum Einschließen des Schaltungsträgers einen Randabschnitt eines mit dem Schaltungsträger verbundenen federnd und/oder biegsam ausgebildeten Hilfsträgers zwischeneinander einschließen und so einander abdichten, dass ein zum Erzeugen einer Aussparung ausgebildeter Bereich, insbesondere ein Steg, eines der Moldwerkzeuge gegen einen Oberflächenbereich des Schaltungsträgers presst und so gegen den Oberflächenbereich abdichtet, wobei der Schaltungsträger beim Anpressen des Moldwerkzeuges, insbesondere einer Moldwerkzeughälfte, durch Einfedern und/oder Biegen wenigstens eines Teiles des Hilfsträgers, – insbesondere eines sich zwischen dem Schaltungsträger und dem Randabschnitt erstreckenden Steges – nachgeben kann, so dass bei einem Einspritzen eines Moldmaterials der Bereich zum Erzeugen der Aussparung gegen ein Durchtreten von Moldmaterial in die Aussparung abdichtet.
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Dadurch kann der Oberflächenbereich, auf dem bevorzugt elektrische Kontakte angeordnet sind, vorteilhaft von Moldmasse freigehalten werden und so eine Aussparung in dem Mold-Körper erzeugt werden, welche sich bis hin zum Oberflächenbereich erstreckt.
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Bevorzugt weist der Hilfsträger zwischen dem Randabschnitt und dem Schaltungsträger wenigstens zwei federnd und/oder plastisch verformbar ausgebildete Stege auf, die den Schaltungsträger mit dem Randabschnitt verbinden. Dadurch kann der Schaltungsträger beim Andrücken der Moldwerkzeugs, insbesondere der Moldwerkzeughälfte in dem von den Moldwerkzeughälften umschlossenen Hohlraum nachgeben.
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Bevorzugt wird bei dem Verfahren wenigstens ein in der Aussparung angeordneter und mit dem Schaltungsträger verbundener elektrischer Kontakt von Moldmaterial freigehalten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der die Aussparung erzeugende Bereich des Moldwerkzeuges einen umlaufend ausgebildeten Dichtrand, insbesondre einen Steg auf, welcher beim Zufahren der Werkzeughälften gegen eine Schaltungsträgeroberfläche andrückt und gegen zwischen dem Dichtrand und dem Schaltungsträger durchtretendes Moldmaterial abdichtet. Dadurch kann vorteilhaft der von dem Dichtrand oder Steg abgeteilte Flächenbereich der Leiterplatte von Moldmaterial freigehalten werden.
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Bevorzugt weist Oberflächenbereich des Schaltungsträgers eine umlaufende Dichtlippe, insbesondere Gummilippe auf, welche beim Anpressen gegen den Schaltungsträger gegen die Werkzeughälfte, insbesondere einen Steg der Werkzeughälfte presst, und so gegen austretende Moldmasse auf den elektrischen Kontakt abdichtet. So kann ein Abdichten gegen austretendes Moldmaterial vorteilhaft mit einem geringen Kraftaufwand erfolgen, so dass die Leiterplatte und die mittels des Hilfsträgers gebildete Feder vor hoher mechanischer Belastung geschont wird. Weiter vorteilhaft können so Höhentoleranzen des Schaltungsträgers im dem Oberflächenbereich für eine gute Abdichtung ausgeglichen werden.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche und der Figuren.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Hilfsträger, welcher mit drei Leiterplatten verbunden ist, und so zur Fertigung mit Mehrfachnutzen für drei elektronische Bauelemente, insbesondere integrierte Schaltkreise ausgebildet ist;
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2 zeigt eine der in 1 dargestellten Leiterplatten zusammen mit einem Abschnitt des Hilfsträgers in einer Schnittdarstellung, in der zwei Moldwerkzeughälften die Leiterplatte und einen Teil des Hilfsträgers umschließen;
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3 zeigt das Bauelement als ein Ergebnis eines Moldprozesses nach Öffnen der in 2 dargestellten Moldwerkzeughälften;
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4 zeigt das Bauelement ein Ergebnis eines Moldprozesses nach Öffnen der in 2 dargestellten Moldwerkzeughälften, wobei die Werkzeughälften auf die Stege des Hilfsträgers gepresst haben
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1 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen Hilfsträger 5, mit welchem ein in den 2 und 3 dargestelltes Bauelement 1 erzeugt werden kann. Der Hilfsträger 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem flach ausgebildeten, flexiblen Material, insbesondere Kupferblech, oder faserverstärktem, insbesondere glasfaserverstärktem Epoxidharz gebildet. Der Hilfsträger 5 weist einen umlaufend ausgebildeten Rahmen 6, zuvor auch Randabschnitt genannt, auf, welcher eine Aussparung umschließt, in welcher eine Leiterplatte 21 angeordnet ist.
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Die Leiterplatte 21 bildet einen Schaltungsträger für elektronische Bauelemente.
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Die Leiterplatte 21 weist auch zwei elektrisch leitfähige Kontakte 22 und 23 auf, welche jeweils als elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere in Form einer Leiterbahn ausgebildet sind. Die elektrisch leitfähige Schicht ist beispielsweise eine Kupferschicht. Die Leiterplatte 21 ist mittels wenigstens zwei Stegen, in diesem Ausführungsbeispiel mittels einem Steg 7, einem Steg 8, einem Steg 9 und einem Steg 10 mit dem umlaufenden Rahmen 6 verbunden. Der Rahmen 6 und die Stege sind im Falle der Ausbildungsform als glasfaserverstärktes Epoxidharz als eine Lage, insbesondere eine Lage, insbesondere eine Prepreg-Lage der Leiterplate 21 ausgebildet und an die Leiterplatte 21 angeformt. Die Leiterplatte 21 kann beispielsweise so zusammen mit den Stegen 7, 8, 9 und 10 und dem Rahmen 6 des Hilfsträgers 5 mittels eines Stanzprozesses erzeugt werden.
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Der Rahmen 6 umschließt in diesem Ausführungsbeispiel noch zwei weitere Leiterplatten, nämlich eine Leiterplatte 19 und eine Leiterplatte 20, welche jeweils einen Schaltungsträger bilden. Die Leiterplatte 19 ist mittels vier Stegen 15, 16, 17 und 18 mit dem Rahmen 6 verbunden. Die Leiterplatte 20 ist mittels vier Stegen, nämlich den Stegen 11, 12, 13 und 14 mit dem Rahmen 6 verbunden. Die Leiterplatten 21, 20 und 19 sind jeweils über die Stege federnd in dem Rahmen 6 aufgehängt und können jeweils quer zu einer flachen Erstreckung der Leiterplatte 19, 20 beziehungsweise 21 federnd, oder im Falle der Ausbildung des Hilfsträgers 5 als Kupferschicht, plastisch verformbar bewegt werden.
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2 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen weiteren Schritt zum Erzeugen eines elektronischen Bauelements 1, insbesondere eines integrierten Schaltkreises oder eines Halbleiterbauelements. 2 zeigt dabei eine Schnittdarstellung entlang einer in 1 dargestellten Schnittlinie 45. 2 zeigt zwei Mold-Werkzeughälften, nämlich eine Mold-Werkzeughälfte 32 und eine Mold-Werkzeughälfte 33, welche jeweils entlang der jeweiligen Pfeilrichtung aufeinander zugefahren werden können und dabei mit einem umlaufenden Steg den Rand 6 des in 1 gezeigten Hilfsträgers 5 zwischeneinander einschließen und festpressen können. Die Mold-Werkzeughälften 32 und 33 schließen so – entsprechend der Topografie der Mold-Hälften 32 und 33 – einen Hohlraum 31 zwischeneinander ein.
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Der Hohlraum 31 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, die in 1 dargestellten Stege 7, 8, 9 und 10 zusammen mit der Leiterplatte 21 einzuschließen.
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Die Mold-Werkzeughälfte 32 weist einen in den Hohlraum 31 gerichteten, umlaufenden Steg 34 auf, welcher ausgebildet ist, elektrisch leitfähige Kontaktflächen 22 und 23, welche jeweils mit der Leiterplatte 21 verbunden sind, zu umschließen und dazu gegen eine Oberfläche der Leiterplatte 21 zu pressen und gegen die Leiterplatte 21 abzudichten. Die Kontakte 22 und 23 sind so in einem Hohlraum 46 eingeschlossen, welcher über eine Entlüftungsöffnung 47 zum Druckausgleich mit einer die Werkzeughälfte 32 umgebenden Atmosphäre verbunden ist. Der Hohlraum 46 ist so nach einem Zufahren der Werkzeughälften 32 und 33, wobei der umlaufende Steg 34 entlang einer in 1 dargestellten Linie 28 gegen die Leiterplatte 21 abdichtet, von dem Hohlraum 31 getrennt.
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Während eines Zufahrens der Werkzeughälften 32 und 33, bei dem der Steg 34 gegen einen Oberflächenbereich einer Oberfläche 49 der Leiterplatte 21 presst und so die elektrisch leitfähigen Kontakte 22 und 23 von dem Hohlraum 31 abtrennt, kann die Leiterplatte 21 durch die federnde Aufhängung über die Stege 7, 8, 9 und 10 nachgeben. Die Stege 8 und 10 sind in 2 dargestellt. Der Steg 8 ist mit einem Endabschnitt 41 mit der Leiterplatte 21 verbunden und der Steg 10 ist mit einem Endabschnitt 42 mit der Leiterplatte 21 verbunden. Der Steg 10 kann entlang eines zum Federn und/oder biegsamen Verformen ausgebildeten Abschnitts 43 während des Zupressens der Werkzeughälfte 32 durchfedern und/oder durchbiegen. Dasselbe gilt für den Steg 8 auf dem Längsabschnitt 40.
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Der an die Stege 8 und 10 angeformte umlaufende Rand 6 wird dabei durch die Mold-Werkzeughälften 32 und 33 eingepresst, sodass der Hohlraum 31 im Bereich des Randes 6 abgedichtet ist.
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Die Mold-Werkzeughälften 32 und 33 weisen in diesem Ausführungsbeispiel – nicht dargestellte – Einschussöffnungen auf, die beispielsweise im Bereich von einer Trennebene der Werkzeughälften angeordnet sind.
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In einem folgenden Schritt kann nun durch die zuvor erwähnten Einschussöffnungen Mold-Masse, insbesondere eine Kunststoffmasse, in den Hohlraum 31 eingespritzt werden. Die Mold-Werkzeughälften 32 und 33 können noch weitere Entlüftungsöffnungen aufweisen, durch die von der Mold-Masse verdrängte Luft entweichen kann.
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Die Leiterplatte 21, welche beispielsweise bedingt durch einen Serienfertigungsprozess eine Toleranz der Leiterplattendicke aufweist, kann so mittels der Stege 8 und 10, sowie der in 1 dargestellten weiteren Stege 7 und 9, ausgeglichen werden. Dadurch kann ein Abstand 38 zwischen einer Leiterplattenoberfläche der Leiterplatte, auf der die elektrisch leitfähigen Kontakte 22 und 23 angeordnet sind, zu einer Oberfläche 48 des Bauelements 1 hin konstant ausgebildet sein.
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Mittels der so gebildeten federnden und/oder plastisch verformbaren Aufhängung der Leiterplatte 21 braucht das Mold-Werkzeug 32 keinen beweglich angeordneten Steg 34 aufweisen. Der Steg 34 kann so vorteilhaft fest mit übrigen Teilen der Mold-Werkzeughälfte 32 verbunden sein.
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Es wurde nämlich erkannt, dass ein beweglich ausgebildeter Steg 34, welcher beispielsweise translatorisch mit der übrigen Mold-Werkzeughälfte 32 beweglich verbunden ist, im Bereich eines Bewegungsspaltes durch Mold-Masse verstopft werden kann. Mittels der in 2 dargestellten Anordnung zum Erzeugen des Bauelements 1 kann so vorteilhaft ein bewegliches Element der Mold-Werkzeughälfte 32 vermieden werden.
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2 zeigt auch eine Verbindung des Hilfsträgers 5, insbesondere des Steges 8 und des Steges 10 entlang der Längsabschnitte 41 beziehungsweise 42 durch Überlappen mit einem Leiterplattenrand der Leiterplatte 21. Die Stege 8 und 10 können – anders als in 2 dargestellt – auch an die Leiterplatte 21 angeformt sein. Dazu können die Stege 8 und 10 beispielsweise durch wenigstens eine Prepreg-Lage einer ein-, oder mehrlagig ausgebildeten Leiterplatte 21 gebildet sein.
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Der umlaufende Rand 6 des Hilfsträgers 5 wird in der in 2 dargestellten Schnittdarstellung entlang der Abschnitte 39 und 44 eingepresst, wobei die Werkzeughälften 32 und 33 den Rand 6 in den Abschnitten 39 und 44 komprimieren.
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Nach einem Öffnen der Werkzeughälften 32 und 33 kann in einem folgenden Fertigungsschritt der über das Bauelement 1 hinausstehende Rand 6 – beispielsweise mittels eines Lasers oder einer Fräse – abgeschnitten werden.
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3 zeigt das in 2 erzeugte elektronische Bauelement 1, dessen Schaltkreis ein Halbleiterbauelement aufweist, nach einem Einschießen von Moldmaterial in den von den Werkzeughälften 32 und 33 umschlossenen Hohlraum 31 in 2, und in der in 2 dargestellten zugefahrenen Stellung der Werkzeughälften 32 und 33. Nach einem Öffnen der Werkzeughälften 32 und 33 kann das Bauelement 1 wie in 3 dargestellt mit einem Mold-Körper 4 erzeugt sein.
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Dargestellt ist auch eine mittels des in 2 dargestellten Steges 34 der Werkzeughälfte 32 erzeugte Aussparung 50 und der in 1 bereits dargestellte umlaufende Rand 28, welcher die elektrisch leitfähigen Kontakte 22 und 23 umrahmt. Der Rand 6 des Hilfsträgers 5 ragt bei dem in 3 dargestellten Bauelement 1 aus dem Mold-Körper 4 heraus, und kann beispielsweise mittels eines Lasers oder einer Fräse oder einer Säge abgetrennt werden.
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Der Mold-Körper 4 weist bevorzugt einen Kunststoff auf, beispielsweise Epoxidharz. Das Epoxidharz weist bevorzugt einen Füllstoff auf, insbesondere silanisierte Quarzpartikel.
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4 zeigt ein Bauelement 35, welches mit einem Werkzeug erzeugt ist, dessen Werkzeughälften auf die Stege 7, 8, 9 und 10 pressen, anstelle auf den Rand 6. Zwischen den Stegen treffen die Werkzeughälften aufeinander und dichten einander ab. In den Bereichen der Werkzeughälften die zwischen den Stegen aufeinanderstoßen können einander gegenüberliegende Rinnen gebildet sein, die nach einem Zufahren der Werkzeughälften gemeinsam einen Einschusskanal oder Entlüftungskanal bilden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005014427 A1 [0003]
