DE102014201121A1 - Elektronisches Funktionsbauteil und Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Funktionsbauteils - Google Patents

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Kristina Berschauer
Ulrich Schaaf
Andreas Kugler
Ruben Wahl
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein elektronisches Funktionsbauteil und ein Herstellungsverfahren für ein elektronisches Funktionsbauteil. Das elektronische Funktionsbauteil umfasst ein elektronisches Bauteil, das mittels eines dreidimensionalen Druckprozesses in das Funktionsbauteil eingebettet wird. Durch den dreidimensionalen Druckprozess kann dabei neben dem Umschließen des elektronischen Bauteils auch eine individuelle Anpassung der bezüglich Formgebung und mechanischen Eigenschaften des Funktionsbauteils erfolgen. Ferner werden die elektrischen Anschüsse des elektronischen Bauteils in geeigneter Form an die Oberfläche des Funktionsbauteils geführt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Funktionsbauteil, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Stand der Technik
  • Es sind elektronische Bauteile und Schaltungsgruppen bekannt, die zum Schutz vor Beschädigungen oder Verschmutzungen in Kunststoff eingebettet sind. Solche Bauteile werden in der Regel mit gängigen Spritz-, Spritzguss- oder Mold-Verfahren hergestellt.
  • Darüber hinaus sind in jüngster Zeit zur Herstellung dreidimensionaler Bauelemente auch sogenannte dreidimensionale (3D) Druckverfahren bekannt. Dabei erzeugt ein 3D-Drucker basierend auf einem dreidimensionalen Datenmodell einen Gegenstand durch sukzessives Hinzufügen oder Auftragen von Material.
  • Die Deutsche Patentanmeldung DE 10 2011 078 757 A1 offenbart ein Verfahren zum Drucken von dreidimensionalen Komponenten auf 3D-Druckern. Hierzu werden Modelldaten und Qualitätsattribute für ein zu druckendes Bauteil, sowie Zertifikate bezüglich der Anforderungen an einen zu verwendenden 3D-Drucker in einem tragbaren Speichermedium abgelegt. Bei übereinstimmenden Zertifikaten von Speichermedium und 3D-Drucker werden die Modelldaten an den Drucker übertragen und durch den 3D-Drucker wird die gewünschte dreidimensionale Komponente erstellt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft in einem ersten Aspekt ein elektronisches Funktionsbauteil mit einem Grundelement, das eine elektrisch isolierende Trägerschicht umfasst; einen elektronischen Bauteil, das auf dem Grundelement angeordnet ist und das einen elektrischen Anschluss umfasst; und einer Funktionsschicht, die in einem dreidimensionalen Druckprozess auf dem Grundelement aufgedruckt worden ist, und die ein Verbindungselement umfasst, das dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschluss des elektronischen Bauteils und einer Außenseite der Funktionsschicht bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Funktionsbauteils mit den Schritten des Bereitstellens eines Grundelements mit einer elektrisch isolierenden Trägerschicht; des Anordnens eines elektronischen Bauteils mit einem elektrischen Anschluss auf dem Grundelement; des dreidimensionalen Druckens einer Funktionsschicht auf das Grundelement und des Einbringens eines Verbindungselements in die aufgedruckte Funktionsschicht, das eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschluss des elektronischen Bauelements und einer Außenseite der Funktionsschicht bereitstellt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, elektronische Bauteile mittels eines dreidimensionalen Druckprozesses in einem Funktionsbauteil zu integrieren. Durch eine Integration von elektronischen Bauteilen in ein dreidimensional gedrucktes Element und eine Strukturierung des Elements mit Leiterbahnen sowohl im Inneren als auch auf der Oberfläche lassen sich somit völlig neuartige Bauformen in der Art eines MID-Bauteils (MID = Molded Interconnect Device = spritzgegossene Schaltungsträger) realisieren. Durch die Verbindung von elektronischen Komponenten mit dreidimensional gedruckten Bauelementen können dabei sowohl mechanische als auch elektrische Funktionalitäten in einem Funktionsbauteil realisiert werden. Der dreidimensionale Druckprozess ermöglicht dabei einen besonders flexiblen Herstellungsprozess auch für komplexe dreidimensionale Strukturen.
  • Da für einen dreidimensionalen Druckprozess keine teuren Werkzeuge erforderlich sind, wie beispielsweise eine Spritzgussform oder ähnliches, können auch einzelne Bauelemente oder Kleinserien mit geringer Stückzahl kostengünstig hergestellt werden.
  • Das dreidimensionale Druckverfahren erlaubt darüber hinaus auch eine komplexe Leitungsführung für elektrische Leiterbahnen innerhalb des Funktionsbauteils. Somit können insbesondere auch Leitungskreuzungen und ähnliches realisiert werden, die bisher in konventionellen Technologien nicht oder nur sehr aufwändig möglich waren.
  • Ferner ist auch eine Bestückung der elektronischen Funktionsbauteile mit kritischen Bauteilen, wie beispielsweise integrierten Schaltkreisen mit sehr kleinem Anschlussraster oder mikro-elektromechanischen Systemen, etc. sehr gut möglich. Dies erlaubt eine Herstellung der elektronischen Funktionsbauteile mit einer sehr guten Prozessstabilität und geringeren Produktionskosten.
  • Das Grundelement des Funktionsbauteils kann dabei eine elektrisch isolierende Trägerschicht umfassen. Insbesondere kann das Grundelement auch schon in einem dreidimensionalen Druckverfahren hergestellt sein kann. In diesem Fall kann durch den dreidimensionalen Druckprozess das Grundelement bereits gezielt eine entsprechende Geometrie aufweisen, die auch die zu erzielende Bauform des Funktionsbauteils abgestimmt ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass auch das Grundelement des Funktionsbauteils mit einer Funktion ausgestattet wird. Somit dient auch das Grundelement selbst als funktionelle Schicht des Funktionsbauteils.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das elektronische Funktionsbauteil ferner ein Kontaktelement, das auf der Außenseite der Funktionsschicht angeordnet ist und elektrisch mit der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Anschluss des elektronischen Bauelements und der Außenseite der Funktionsschicht verbunden ist. Durch ein solches Kontaktelement auf der Außenseite des elektronischen Funktionsbauteils kann das elektronische Funktionsbauteil einen elektrischen Kontakt für externe Anschüsse bereitstellen. Somit ist eine besonders einfache und sichere Kontaktierung des elektronischen Funktionsbauteils möglich.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Grundelement eine elektrisch leitfähige Struktur, die mit dem elektrischen Anschluss des elektronischen Bauteils elektrisch verbunden ist. Durch eine solche elektrisch leitfähige Struktur können die elektrischen Anschlüsse des elektronischen Bauteils bereits im Inneren des elektronischen Funktionsbauteils kontaktiert werden. Hierdurch ist auch eine Kontaktierung von Bauelementen mit einem sehr kleinen Anschlussraster möglich. Die elektrisch leitfähige Struktur ermöglicht dabei eine Bereitstellung von ausreichend großen Anschlussflächen für eine weitere Kontaktierung. Insbesondere kann durch diese elektrisch leitfähige Struktur ein enges Anschlussraster des elektrischen Bauelements aufgeweitet werden, um eine elektrische Kontaktierung der Verbindungselemente zu ermöglichen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Funktionsschicht einen transparenten Kunststoff und/oder einen Lichtleiter, der zwischen dem elektronischen Bauelement und der Außenseite der Funktionsschicht angeordnet ist. Der transparente Kunststoff und/oder der Lichtleiter schafft hierbei eine vollständige optische Verbindung zwischen elektrischem Bauelement und Außenseite der Funktionsschicht. Durch einen solchen transparenten Kunststoff bzw. einen Lichtleiter ist es möglich, eine optische Verbindung zwischen dem elektronischen Bauelement und der Umgebung zu schaffen. Somit können einerseits Lichtsignale von dem elektronischen Bauelement in die Umgebung abgegeben werden und/oder auch optische Signale aus der Umgebung einem elektronischen Bauelement dem Inneren des elektronischen Funktionsbauteils zugeführt werden. Der Lichtleiter bzw. der transparente Kunststoff ist dabei jeweils für das relevante Lichtspektrum transparent. Dies kann insbesondere auch ultraviolettes und infrarotes Licht umfassen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Funktionsschicht eine Kanalstruktur auf, die zwischen dem elektronischen Bauelement und der Außenseite der Funktionsschicht angeordnet ist. Eine solche Kanalstruktur kann ein Hohlraum sein, der die Außenseite der Funktionsschicht mit dem elektronischen Bauelement verbindet. Insbesondere kann diese Kanalstruktur dabei durch ein Gas und/oder ein Fluid durchströmbar sein. Durch eine solche Kanalstruktur wird es möglich, dass das elektronische Bauelement mit Stoffen aus der Umgebung in Kontakt tritt und dabei einen oder mehrere Umgebungsparameter erfasst.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das elektronische Bauteil einen Sensor. Durch einen solchen Sensor ist es möglich, einen oder mehrere Umweltparameter zu detektieren und ein zu dem detektierten Parameter korrespondierendes elektrisches Signal bereitzustellen. Beispielsweise kann hierdurch eine Umgebungstemperatur, der Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit, eine Gaskonzentration, eine Helligkeit oder ähnliches detektiert werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das elektronische Bauteil ein mikro-elektromechanisches System (MEMS). Derartige MEMS sind Bauelemente, die elektronische und mechanische Komponenten miteinander vereinen. Durch einen erfindungsgemäßen Aufbau mittels eines dreidimensionalen Druckverfahrens und einer hierzu geeigneten elektrischen Kontaktierung ist es möglich, das MEMS einerseits vor Beschädigungen durch Umwelteinflüsse oder ähnliches zu schützen und dabei gleichzeitig auch eine geeignete Strukturierung des Funktionsbauteils zu ermöglichen, das eine mechanische Interaktion des MEMS mit der Umgebung ermöglicht.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in die Funktionsschicht ein weiteres Element integriert, das im Vergleich zu der Funktionsschicht eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit und/oder eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Ein solches weiteres Element kann beispielsweise eine metallische Folie oder eine Metallplatte sein. Durch die Integration eines Bauelements in Form eines Kühlkörpers oder ähnliches ist dabei eine besonders effiziente Entwärmung des elektronischen Bauteils möglich. Darüber hinaus ermöglicht eine erhöhte Steifigkeit eines solchen Bauelements eine zusätzliche Stabilisierung des Funktionsbauteils und einen Schutz vor mechanischer Belastung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt zum Einbringen eines Verbindungselements in die Funktionsschicht bei dem Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Funktionsbauteils einen Schritt zum Einbringen einer Öffnung zwischen der Außenseite der Funktionsschicht und dem elektrischen Anschluss des elektronischen Bauteils, und des Ausfüllens der eingebrachten Öffnung mit einem elektrisch leitfähigen Material. Hierdurch können, sofern nichts bereits während des dreidimensionalen Druckvorgangs erfolgt, elektrische Verbindungen zwischen dem elektronischen Bauteil und der Außenseite der Funktionsschicht bereitgestellt werden.
  • Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Figuren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Dabei zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung eines elektronischen Funktionsbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2: eine schematische Darstellung eines elektronischen Funktionsbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
  • 3: eine schematische Darstellung eines elektronischen Funktionsbauteils gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
  • 4: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Funktionsbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektronischen Funktionsbauteils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das elektronische Funktionsbauteil umfasst dabei ein Grundelement 10, ein elektronisches Bauteil 20 mit elektrischen Anschlüssen 21, sowie eine Funktionsschicht 30. In die Funktionsschicht 30 sind Verbindungselemente 31 eingebracht, die eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen 21 des elektronischen Bauteils 20 und einer Außenseite 30a der Funktionsschicht bereitstellen. Die Außenseite 30a ist dabei nicht nur auf die in 1 dargestellte Oberseite beschränkt, sondern umfasst darüber hinaus auch Seitenflächen und gegebenenfalls auch frei zugängliche Bereich auf der Unterseite, sofern sich die Funktionsschicht 30 auch auf diesen Bereich erstreckt.
  • Bei dem Grundelement 10 handelt es sich um eine elektrisch isolierende Trägerschicht. Das Grundelement 10 kann dabei beispielsweise bereits mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt worden sein. Auf diese Weise ist es möglich, das Grundelement 10 bereits präzise an die gewünschten Anforderungen und insbesondere auch an das im weiteren Verlauf zu integrierende elektronische Bauteil 20 anzupassen. So können beispielsweise in dem Grundelement 10 bereits Erhöhungen, Vertiefungen oder Hohlräume vorgesehen sein.
  • Auf der Oberseite 10a des Grundelements 10, auf der im Nachfolgenden das elektronische Bauelement 20 aufgebracht werden soll, sind weiterhin elektrisch leitfähige Strukturen 22 vorgesehen. Diese elektrisch leitfähigen Strukturen 22 können dabei beispielsweise bereits während des dreidimensionalen Druckprozesses des Grundelements 10 mit in das Grundelement 10 integriert worden sein. Hierzu können parallel zu dem Druck des Grundkörpers 10 mit einem elektrisch isolierenden Material zusätzlich elektrisch leitfähige Strukturen 22 gedruckt werden. Alternativ sind auch beliebige andere Verfahren zum Aufbringen von elektrisch leitfähigen Strukturen auf das Grundelement 10 möglich. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Strukturen durch einen Abscheideprozess, Kaltgassprayen, Jet-Auftragsverfahren, zweidimensionales Drucken von elektrisch leitfähigen Substanzen oder alternativen Verfahren zum Aufbringen von elektrisch leitfähigen Strukturen hergestellt werden. Die elektrisch leitfähigen Strukturen 22 auf dem Grundkörper 10 sind dabei an die Anschlüsse 21 des elektronischen Bauteils 10 angepasst, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen den Anschlüssen 21 des elektronischen Bauelements 20 und der elektrisch leitfähigen Struktur 22 möglich ist.
  • Anschließend wird das elektronische Bauteil 20 auf dem Grundelement 10 mit den elektrisch leitfähigen Strukturen 22 aufgebracht und das elektronische Bauteil 20 gegebenenfalls fixiert. Dabei erfolgt auch eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen 21 des elektronischen Bauteils 20 und der elektrischen leitfähigen Struktur 22. Die elektrische Kontaktierung kann beispielsweise mittels Leitkleben oder anderen Verfahren zur elektrischen Kontaktierung erfolgen.
  • Nachdem das elektronische Bauteil 20 auf dem Grundelement 10 aufgebracht worden ist und die elektrischen Verbindungen zwischen Anschlüssen 21 des elektronischen Bauteils 20 und der elektrisch leitfähigen Struktur 22 hergestellt worden sind, wird dieser Aufbau in einem dreidimensionalen Druckprozess überdruckt und somit über dem Grundelement 10 mit dem elektronischen Bauteil 20 eine Funktionsschicht 30 gebildet. Durch diesen dreidimensionalen Druckprozess wird dabei die abschließend zu erzielende geometrische Form des elektronischen Funktionsbauteils gebildet. Gleichzeitig kann durch eine geeignete Strukturierung und Formgebung der Funktionsschicht 30 während des Druckprozesses auch eine mechanische Funktion der Funktionsschicht 30 ausgebildet werden. Diese mechanische Funktion kann beispielsweise eine vorbestimmte äußere Geometrie umfassen, die auf den gewünschten Einsatzzweck des Funktionsbauteils abgestimmt ist. Gegebenenfalls ist auch die Ausbildung von beweglichen oder flexiblen mechanischen Komponenten möglich.
  • Während des dreidimensionalen Druckprozesses der Funktionsschicht 30 können dabei in der Funktionsschicht 30 auch Öffnungen ausgebildet werden, die sich von einer vorbestimmten Position der elektrisch leitfähigen Struktur 22 bis zu einer Außenseite 30a der Funktionsschicht 30 erstrecken. Diese Öffnungen können im weiteren Herstellungsprozess daraufhin mit einem elektrisch leitfähigen Material, wie zum Beispiel einem Metall oder einer anderen elektrisch leitfähigen Substanz ausgefüllt werden. Auf diese Weise wird ein Verbindungselement 31 zwischen der elektrisch leitfähigen Struktur 22 und der Außenseite 30a der Funktionsschicht 30 gebildet. Durch dieses Verbindungselement 31 ist somit eine elektrische Verbindung zwischen der Außenseite 30a und dem elektronischen Bauteil 20, insbesondere den elektrischen Anschlüssen 21 des elektronischen Bauteils 20, möglich.
  • Ist während des dreidimensionalen Druckvorgangs für die Funktionsschicht 30 keine Öffnung zwischen der elektrisch leitfähigen Struktur 22 und der Außenseite 30a der Funktionsschicht ausgebildet worden, so kann alternativ auch in einem nachfolgenden Prozess eine solche Öffnung in die Funktionsschicht 30 eingebracht werden. Beispielsweise kann eine solche Öffnung mittels eines Laser-Bohr-Verfahrens oder ähnlichem in die Funktionsschicht 30 eingebracht werden. Auch in diesem Fall können diese eingebrachten Öffnungen anschließend mit einer elektrisch leitfähigen Substanz ausgefüllt werden, um eine elektrische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Struktur 22 und der Außenseite 30a der Funktionsschicht zu ermöglichen.
  • In einer weiteren Alternative ist es darüber hinaus möglich, bereits während des dreidimensionalen Druckvorgangs weitere elektrisch leitfähige Leiterbahnen in die Funktionsschicht 30 zu integrieren. Diese weiteren elektrisch leitfähigen Leiterbahnen können dabei ebenso eine elektrische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Struktur 22 und der Außenseite 30a der Funktionsschicht 30 ermöglichen. Darüber hinaus sind auch innerhalb der Funktionsschicht 30 weitere elektrische Leiterbahnen möglich. Aufgrund der großen Flexibilität des dreidimensionalen Druckprozesses sind dabei komplexe, dreidimensionale Leiterbahnführungen möglich, die auch Verbindungen zwischen einzelnen Punkten der elektrisch leitfähigen Struktur 22 ermöglichen.
  • Auf der Außenseite 30a der Funktionsschicht 30 sind weiterhin Kontaktelemente 32 angeordnet, die elektrisch mit den Verbindungselementen 31 verbunden sind. Durch diese Kontaktelemente 32 wird eine ausreichend große elektrische Kontaktfläche bereitgestellt, die einen elektrischen Anschluss des Funktionsbauteils ermöglichen. Die Kontaktelemente 32 können dabei mittels eines beliebigen Verfahrens aufgebracht werden. Beispielsweise können die Kontaktelemente 32 mittels Laserdirektstrukturierung (LDS) und anschließender Galvanisierung aufgebracht werden. Ebenso ist ein Jet-Auftragsverfahren, ein Plasmaauftragsverfahren oder ähnliches möglich. Auch ein Einbringen der Kontaktelemente 32 bereits während des dreidimensionalen Druckvorgangs ist möglich.
  • Bei dem elektronischen Bauteil 20 kann es sich dabei um ein beliebiges elektronisches Bauteil handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem elektronischen Bauteil 20 um einen integrierten Schaltkreis (IC) handeln. Bei Bauelementen mit einem sehr geringen Anschlussraster kann dabei durch die elektrisch leitfähige Struktur 22 und/oder die Verbindungselemente 31 eine Aufweitung dieses engen Anschlussrasters erfolgen, so dass auf der Außenseite 30a der Funktionsschicht die Kontaktelemente 32 mit einem ausreichend großen Anschlussraster bereitgestellt werden können, um das elektronische Funktionsbauteil zu kontaktieren.
  • Darüber hinaus sind beispielsweise als elektronisches Bauteil 20 auch mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) möglich, die neben den elektronischen Funktionen auch mechanische Funktionen bereitstellen. Diese MEMS sind durch das Grundelement 10 und die Funktionsschicht 30 dabei ausreichend vor äußeren Einflüssen geschützt. Gleichzeitig ist es während des dreidimensionalen Druckprozesses der Funktionsschicht 30 möglich, die Funktionsschicht 30 auf die mechanischen Funktionen des MEMS in geeigneter Weise anzupassen.
  • 2 zeigt hierzu eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels. Der Aufbau des elektronischen Funktionsbauteils 2 in dieser Figur entspricht dabei im Wesentlichen dem Aufbau aus 1. Zur besseren Darstellung sind in dieser Figur die elektrischen Verbindungen 31 und die Kontaktelemente 32 nicht dargestellt.
  • Das elektronische Funktionsbauteil in diesem Ausführungsbeispiel umfasst in der Funktionsschicht 30 eine optische Verbindung 35 zwischen elektrischem Bauteil 20 und Außenseite 30a der Funktionsschicht 30. Bei dieser optischen Verbindung 35 kann es sich beispielsweise um einen Lichtleiter oder einen transparenten Kunststoff handeln. Dieser Lichtleiter bzw. transparente Kunststoff kann dabei bereits während des dreidimensionalen Druckprozesses in die Funktionsschicht 30 eingebracht werden. Beispielsweise kann ein Lichtleiter an dem elektronischen Bauteil 20 angebracht werden und daraufhin während des dreidimensionalen Druckprozesses der Funktionsschicht 30 der Lichtleiter mit dem Druckmaterial in die Funktionsschicht 30 eingebettet werden. Alternativ ist auch das direkte Drucken von transparentem Kunststoff auf das elektronische Bauteil 20 möglich. Der Lichtleiter bzw. der transparente Kunststoff ist dabei vorzugsweise auf die Wellenlänge des Lichts abgestimmt, das zwischen elektronischem Bauteil 20 und Umgebung ausgetauscht werden soll. Beispielsweise kann es sich bei dem elektronischen Bauteil 20 um ein lichtemittierendes Bauteil handeln, wie beispielsweise eine Leuchtdiode oder ähnliches. Alternativ kann es sich bei dem elektronischen Bauteil 20 auch um ein Bauteil handeln, das Licht von der Umgebung empfängt und auswertet. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Helligkeitssensor oder um ein Kameraelement handeln. Die optische Verbindung zwischen der Außenseite 30a der Funktionsschicht und dem Bauteil 20 kann auch als optische Linse oder linsenartige Struktur ausgebildet sein, die Licht von der Umgebung auf das elektronische Bauteil 20 in geeigneter Weise fokussiert oder emittiertes Licht streut.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Funktionsschicht 30 auch eine Kanalstruktur 36 aufweisen. Bei dieser Kanalstruktur 36 kann es sich um eine Öffnung zwischen dem elektronischen Bauteil 20 und einer Außenseite 30a der Funktionsschicht handeln. Über eine solche Kanalstruktur 36 kann zum Beispiel ein Gas oder ein Fluid dem elektronischen Bauteil 20 zugeführt werden oder an dem elektronischen Bauteil 20 vorbeigeführt werden. Das elektronische Bauteil 20 kann somit auch mit Substanzen aus der Umgebung des elektronischen Funktionsbauteils in Kontakt treten. Beispielsweise ist es somit möglich, einen Gasdruck mittels dem elektronischen Funktionsbauteils zu erfassen, ein vorbeiströmende Gas oder Fluid auf ein oder mehrere vorbestimmte Stoffe hin zu analysieren oder eine Stoffkonzentration zu ermitteln oder weitere Umweltparameter bestimmen, wie zum Beispiel eine Temperatur oder ähnliches. Falls erforderlich, kann während des Druckens der Funktionsschicht 30 auch ein Hilfsstoff in die Funktionsschicht 30 eingebettet werden, beispielsweise eine organische Substanz oder ähnliches, die für eine Analyse eines Gases oder eines Fluids erforderlich ist.
  • Darüber hinaus ist es auch möglich, mittels des elektronischen Bauteils 20 das Gas bzw. das Fluid in der Kanalstruktur 36 durch ein geeignetes MEMS in Bewegung zu versetzen und somit eine Strömung zu erzeugen.
  • Die hierzu erforderliche Kanalstruktur 36 kann dabei bereits während des dreidimensionalen Druckprozesses der Funktionsschicht 30 ausgebildet werden. Ferner ist es auch möglich, die Kanalstruktur 36 ganz oder zumindest teilweise auch mittels geeigneter nachträglicher Verfahren auszubilden, wie zum Beispiel Laserbohren oder ähnlichem.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Funktionsschicht 30 darüber hinaus auch noch über beliebige weitere Elemente 37, 38 verfügen. Beispielsweise kann in die Funktionsschicht 30 ein Stabilisierungselement 37 integriert werden, das im Vergleich zu der Funktionsschicht 30 eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Bei diesem Bauelement kann es sich beispielsweise um eine Platte aus Metall oder einem steifem Kunststoff handeln. Durch eine solche Stabilisierungsplatte 37, die in die Funktionsschicht 30 integriert ist, kann die Stabilität der Funktionsschicht 30 und damit des gesamten elektronischen Funktionsbauteils erhöht werden. Hierdurch kann ein empfindliches elektrisches Bauteil 20 vor Beschädigungen geschützt werden.
  • Alternativ kann es sich bei dem weiteren Element auch um ein Kühlelement 38 mit einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu der Funktionsschicht 30 handeln. Beispielsweise kann es sich dabei um eine metallische Folie, einen Kühlkörper oder ähnliches handeln. Durch ein Kühlelement 38 mit einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit ist eine effiziente Entwärmung des elektronischen Funktionsbauteils und insbesondere des elektronischen Bauteils 20 möglich.
  • 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines elektronischen Funktionsbauteils 20. Das elektronische Funktionsbauteil entspricht dabei im Wesentlichen den zuvor beschriebenen elektronischen Funktionsbauteilen. Das Grundelement 10 in dieser Ausführungsform ist dabei durch eine elektrisch isolierende Folie 12 gebildet. Auf dieser elektrisch isolierenden Folie 12 sind dabei analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen elektrisch leitfähige Strukturen 22 aufgebracht, die eine elektrische Verbindung mit den Anschlusselementen 21 des elektronischen Bauteils 20 bereitstellen. Das elektronische Bauteil kann dabei beispielsweise mittels einer Flip-Chip-Montagetechnologie auf der Folie 12 aufgebracht und mit der elektrisch leitfähigen Struktur 22 verbunden werden. Die Kontaktflächen der Folie 12 für die Verbindung mit den Anschlusselementen 21 des elektronischen Bauteils 20 sind dabei vorzugsweise mit einem Edelmetall beschichtet, um eine ausreichend gute elektrische Verbindung zu ermöglichen. Alternative Verfahren zum Aufbringen und Kontaktieren eines elektronischen Bauteils 20 auf einer elektrisch isolierenden Folie 12 mit elektrisch leitfähigen Strukturen 22 sind dabei ebenso möglich.
  • Zum Schutz des zuvor beschriebenen Aufbaus kann dieser Aufbau zusätzlich mit einer nicht dargestellten Schutzfolie überdeckt werden. Die so vorbereitete Folie 12 mit dem elektronischen Bauteil 20 kann daraufhin auf einen zuvor vorbereiteten Grundkörper 11 aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Folie 12 dabei mit einem geeigneten Prägewerkzeug auf den Grundkörper 11 aufgeprägt. Bei dem Grundkörper 11 kann es sich dabei beispielsweise um einen in einem dreidimensionalen Druckprozess erstellten Grundkörper 11 handeln. Der Grundkörper 11 kann dabei analog zu dem im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Grundelement 10 hergestellt werden, wobei in diesem Fall der Grundkörper 11 keinerlei elektrisch leitfähige Strukturen aufweisen muss. Die elektrisch leitfähigen Strukturen 22 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 bereits auf der Folie 12 aufgebracht.
  • Nach dem Aufbringen der Folie 12 mit dem elektronischen Bauteil 20 auf dem Grundkörper 11 erfolgt daraufhin der weitere Aufbau der Funktionsschicht 30 und der Verbindungselemente 31 analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Neben den in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen dargestellten planaren Oberflächen 10a, 11a für das Aufbringen des elektronischen Bauteils 20 auf das Grundelement 10 bzw. den Grundkörper 11 sind darüber hinaus auch beliebig geformte, beispielsweise gewölbte, gebogene oder strukturierte Oberflächen möglich. Hierdurch kann die Flexibilität in Formgebung und Raumbedarf weiter optimiert werden. Darüber hinaus kann insbesondere bei der Verwendung von dehnbaren oder plastisch verformbaren Materialien für das Grundelement 10 bzw. die Funktionsschicht 30 auch eine weitere nachträgliche Verformung des elektronischen Funktionsbauteils ermöglicht werden.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren 100 zur Herstellung eines elektronischen Funktionsbauteils, wie es einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt.
  • In einem Schritt 110 wird ein Grundelement 10 mit einer elektrisch isolierenden Trägerschicht bereitgestellt. Das Grundelement 10 wird daraufhin mit einer elektrisch leitfähigen Struktur 22 versehen, die auf die Anschlüsse 21 eines elektronischen Bauteils 20 angepasst ist. In Schritt 120 wird daraufhin das elektronische Bauteil 20 mit den elektrischen Anschlüssen 21 auf dem Grundelement 10 angeordnet. Anschließend wird in Schritt 130 eine Funktionsschicht 30 in einem dreidimensionalen Druckverfahren auf das Grundelement 10 aufgedruckt. In Schritt 140 werden in die aufgedruckte Funktionsschicht 30 Verbindungselemente 31 eingebracht, die eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen 21 des elektronischen Bauelements 20 und einer Außenseite 30a der Funktionsschicht 30 bereitstellen. Dabei kann die Verbindung zwischen den Anschlüssen 21 des elektronischen Bauelements 20 auch indirekt über die elektrisch leitfähige Struktur 22 auf dem Grundelement 10 erfolgen.
  • In einer Ausführungsform können dabei bereits während des dreidimensionalen Druckens in Schritt 130 Öffnungen vorgesehen werden, die eine Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Struktur 22 auf dem Grundelement 10 und der Außenseite 30a der Funktionsschicht 30 bereitstellen. In diesem Fall können die Verbindungselemente 31 durch Ausfüllen der Hohlräume mit einer elektrisch leitfähigen Substanz ausgebildet werden.
  • Ist während des dreidimensionalen Druckens ein Ausbilden solcher Hohlräume nicht oder nur teilweise möglich, so können diese Hohlräume auch mittels eines geeigneten weiteren Schrittes zur Ausbildung von Öffnungen realisiert werden. Beispielsweise kann dies durch einen Laserbohrvorgang oder ähnliches erfolgen. Auch in diesem Fall werden die ausgebildeten Öffnungen anschließend mit einer elektrisch leitfähigen Substanz ausgefüllt.
  • Abschließend können in einem weiteren Schritt auf der Außenseite 30a der Funktionsschicht Kontaktelemente 32 angebracht werden, die elektrisch mit den Verbindungselementen 31 verbunden sind und eine ausreichend große Kontaktfläche für einen elektrischen Anschluss des elektronischen Funktionsbauteils bereitstellen.
  • Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein elektronisches Funktionsbauteil und ein Herstellungsverfahren für ein elektronisches Funktionsbauteil. Das elektronische Funktionsbauteil umfasst ein elektronisches Bauteil, das mittels eines dreidimensionalen Druckprozesses in das Funktionsbauteil eingebettet wird. Durch den dreidimensionalen Druckprozess kann dabei neben dem Umschließen des elektronischen Bauteils auch eine individuelle Anpassung der bezüglich Formgebung und mechanischen Eigenschaften des Funktionsbauteils erfolgen. Ferner werden die elektrischen Anschüsse des elektronischen Bauteils in geeigneter Form an die Oberfläche des Funktionsbauteils geführt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011078757 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Elektronisches Funktionsbauteil, mit: einem Grundelement (10), das eine elektrisch isolierende Trägerschicht umfasst; einem elektronischen Bauteil (20), das auf dem Grundelement (10) angeordnet ist und das einen elektrischen Anschluss (21) umfasst; und einer Funktionsschicht (30), die in einem dreidimensionalen Druckprozess auf dem Grundelement (10) aufgedruckt worden ist, und die ein Verbindungselement (31) umfasst, das dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschluss (21) des elektronischen Bauelements (20) und einer Außenseite (30a) der Funktionsschicht (30) bereitzustellen.
  2. Elektronisches Funktionsbauteil nach Anspruch 1, mit einem Kontaktelement (32), das auf der Außenseite (30a) der Funktionsschicht (30) angeordnet ist und elektrisch mit der elektrischen Verbindung (31) zwischen dem elektrischen Anschluss (21) des elektronischen Bauelements (20) und der Außenseite (30a) der Funktionsschicht (30) verbunden ist.
  3. Elektronisches Funktionsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Grundelement (10) eine elektrisch leitfähige Struktur (22) umfasst, die mit dem elektrischen Anschluss (21) des elektronischen Bauteils (20) elektrisch verbunden ist.
  4. Elektronisches Funktionsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Funktionsschicht (30) einen transparenten Kunststoff und/oder einen Lichtleiter umfasst, der zwischen dem elektronischen Bauelement (20) und der Außenseite (30a) der Funktionsschicht (30) angeordnet ist.
  5. Elektronisches Funktionsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Funktionsschicht (30) eine Kanalstruktur (36) aufweist, die zwischen dem elektronischen Bauelement (20) und der Außenseite (30a) der Funktionsschicht (30) angeordnet ist.
  6. Elektronisches Funktionsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem weiteren Element (37, 38), das in die Funktionsschicht (30) integriert ist und das eine im Vergleich zur Funktionsschicht erhöhte Wärmeleitfähigkeit und/oder eine erhöhte Steifigkeit aufweist.
  7. Elektronisches Funktionsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das elektronische Bauteil (20) ein mikro-elektromechanisches System, MEMS, umfasst.
  8. Elektronisches Funktionsbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das elektronische Bauteil (20) einen Sensor umfasst.
  9. Verfahren (100) zur Herstellung eines elektronischen Funktionsbauteils, insbesondere eines elektronischen Funktionsbauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: Bereitstellen (110) eines Grundelements (10) mit einer elektrisch isolierenden Trägerschicht; Anordnen (120) eines elektronischen Bauteils (20) mit einem elektrischen Anschluss (21) auf dem Grundelement (10); dreidimensionales Drucken (130) einer Funktionsschicht (30) auf das elektrisch isolierende Grundelement (10); und Einbringen (140) eines Verbindungselements (31) in die aufgedruckte Funktionsschicht (30), das eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschluss (21) des elektronischen Bauelements (20) und einer Außenseite (30a) der Funktionsschicht (30) bereitstellt.
  10. Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei das Einbringen (140) des Verbindungselements (31) die folgenden Schritte umfasst: Einbringen einer Öffnung zwischen der Außenseite (30a) der Funktionsschicht (30) und dem Grundelement (10); und Ausfüllen der eingebrachten Öffnung mit einem elektrisch leitfähigen Material.
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