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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches System, auf ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines elektronischen Systems, auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Systems sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Viele IC-Chips, also Halbleitersubstrate mit darauf angeordneten elektronischen Schaltungen, werden einzeln in einem Gehäuse gebondet und vermoldet. Es gibt seit jeher auch Mold-Gehäuse, die zwei oder mehr Chips enthalten. Dies ist z. B. bei den Beschleunigungs-, Drehraten- und Kombisensoren der Fall. Im Zuge der zunehmenden Miniaturisierung und höheren Integration werden zunehmend mehrere Chips in einem Gehäuse verbaut, beispielsweise zwei MEMS-Chips, drei ASICs und ein Mikrokontroller. Der nächste Integrationsschritt im Rahmen der Entwicklungen im Bereich „Internet der Dinge“ ist die Kombination von MEMS-Sensoren mit Mikrokontroller und Funkchip in einem hochintegrierten Mold-Gehäuse (zum Beispiel BGA, LGA).
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein elektronisches System, bestehend beispielsweise aus mindestens einem Funkchip sowie mindestens einem weiteren IC (ASIC, Sensor, Mikrocontroller), vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Zum Verbau der genannten elektronischen Komponenten werden diese vorteilhafter Weise in einem Moldgehäuse übereinander angeordnet, um den Flächenverbrauch auf der Leiterplatte zu minimieren und damit einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem Verbau der Einzelkomponenten zu erzielen. Hierbei befinden sich zweckmäßigerweise die bzgl. ihrer lateralen Abmessungen größeren Komponenten weiter unten im Stapel. Dies kann dazu führen, dass der Funkchip der unterste oder einer der unteren Komponenten im Stapel ist.
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Eine wesentliche Herausforderung beim Verbau von Funkchips in einem Stapel liegt darin, dass die Komponenten, die über dem Funkchip angeordnet werden, diesen in seiner Funktionstüchtigkeit beeinträchtigen können. Die Auswirkung der Beeinträchtigungen kann so weit gehen, dass der Funkchip nicht mehr im spezifizierten Bereich funktioniert, also zum Beispiel eine veränderte Ausgangsleistung nach sich zieht oder sich die Sende- und Empfangs-Frequenzen verschieben. Dies kann zur Folge haben, dass der Funkchip nicht mehr mit anderen Geräten kommunizieren kann.
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Ein Beispiel wäre ein Funkchip, der nach Bluetooth-Spezifikation 4.0 funken soll, dessen Frequenzgenerator aber aufgrund der Komponenten-Anordnung in seinem gestapelten Aufbau durch die anderen Komponenten derart beeinflusst wird, dass der Funkchip seine „Advertising“-Pakete nicht mehr auf den spezifizierten Kanälen 38, 39 und 40 sendet, sondern undefiniert daneben, und damit für andere Bluetooth-Geräte nicht mehr sichtbar ist.
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Der Funkchip wird in seinen Eigenschaften von seiner Umgebung beeinflusst. Normalerweise befindet sich der Funkchip in einem Mold-Gehäuse und ist überdeckt mit Mold. Dieses Material beeinflusst die Funk-Eigenschaften des Funkchips durch seine dielektrische Leitfähigkeit, also durch die Permitivitätszahl des Materials. Das Design des Funkchips muß dieses Material in seiner Dicke über den aktiven Funkbereichen des Funkchips sowie bezüglich dessen Permitivitätszahl berücksichtigen.
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Beim Verbau eines solchen Funkchips mit anderen Chips, bei denen sich der Funkchip weiter unten im Stapel befindet, ändert sich zwangsläufig das Material, das sich nun über dem Funkchip befindet. Das Material der anderen Komponenten ist typischerweise Siliziumdioxid mit einer wesentlich höheren Perimitivitätszahl als die des Moldmaterials.
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Damit der Funkchip dennoch sicher über den gesamten spezifizierten Anwendungsbereich (Temperatur, Versorgungsspannung, verfügbare externe Oszillatoren) im spezifizierten Bereich funkt, gibt es grundsätzlich zwei Strategien. Zum einen könnte man den Funkchip neu designen und an die neue Umgebung anpassen, was allerdings mit hohen Kosten verbunden wäre.
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Im Rahmen dieser Erfindung wird vorgeschlagen, über dem Funkchip einen Abstandshalter in ausreichender Dicke und mit einer dem Mold-Material ähnlichen Permitivitätszahl einzubringen. Der Funkchip kann ohne Einschränkung und temperaturunabhängig weiterhin im spezifizierten Funkband funken.
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Gemäß dem hier vorgestellten Konzept können vorteilhafterweise Gehäuse bzw. SiPs (System in Package) realisiert werden, bei denen diverse Chips bzw. elektronische Bauelemente auf einen Funkchip gestapelt sind. Die Notwendigkeit eines möglichen Redesigns des Funkchips kann damit erfolgreich umgangen werden.
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Es wird ein elektronisches System mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem Träger;
zumindest einem auf dem Träger angeordneten Funkchip;
einem auf dem Funkchip angeordneten Abstandshalter, der ein Material mit einer vordefinierten Permittivitätszahl aufweist; und
mindestens einem auf oder über dem Funkchip oder dem Abstandshalter angeordneten elektronischen Bauelement.
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Das elektronische System kann als eine Anordnung der genannten Merkmale verstanden werden, die jeweils im Miniaturformat vorliegen können. Ein derartiges elektronisches System kann im breit gefächerten Bereich des „Internets der Dinge“ bzw. „IoT“ („Internet of Things“) für die drahtlose Informationsverarbeitung und/oder Gerätesteuerung zum Einsatz kommen. Bei dem Träger kann es sich um ein Substrat bzw. einer Leiterplatte zum Tragen der restlichen Komponenten des elektrischen Systems und/oder Versorgen derselben mit elektrischer Spannung handeln. Unter dem Funkchip kann ein elektronisches Bauelement verstanden werden, das ausgebildet ist, um z. B. in einem vordefinierten oder gewünschten Funkfrequenzband elektromagnetische Strahlung auszusenden und/oder zu empfangen. Der Abstandshalter kann ausgebildet sein, um eine vordefinierte Entfernung insbesondere des Hochfrequenzabschnitts des Funkchips zu über dem Funkchip angeordneten Komponenten des elektrischen Systems zu gewährleisten und damit ein Funktionieren im spezifizierten Bereich sicherzustellen. Zur Bezeichnung des Abstandshalters ist auch die englische Bezeichnung Spacer gebräuchlich. Eine Permittivitätszahl gibt eine dielektrische Leitfähigkeit bzw. Durchlässigkeit eines Mediums für elektrische Felder an. Ein häufig verwendetes veraltetes Synonym ist Dielektrizitätskonstante. Unter der vordefinierten Permittivitätszahl kann die relative Permittivität bzw. Durchlässigkeit des Materials in einem Verhältnis seiner Permittivität zu der des Vakuums beziffert werden, die als Zielgröße vorgegeben wird, anhand der das betreffende Material bei der Herstellung des elektronischen Systems ausgewählt wurde. Bei dem elektronischen Bauelement kann es sich um ein Bauteil aus der Mikrosystemtechnik und/oder Elektronik (ASICs) handeln, das ausgebildet ist, um in Zusammenwirkung mit dem Funkchip eine vordefinierte Funktion des elektronischen Systems zu erfüllen. Insbesondere der Träger, der Funkchip und der Abstandshalter können als Lagen oder Schichten bzw. Platten ausgeformt sein und in der oben genannten Reihenfolge unmittelbar aufeinander gestapelt vorliegen, wobei der Träger die Basis des Stapels bildet.
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Gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten elektronischen Systems kann das Material des Abstandshalters eine Permitivitätszahl aufweisen, die innerhalb eines Toleranzbereichs der Permittivitätszahl eines das elektronische Bauelement umgebende Vergussmaterial liegt, welche insbesondere kleiner 10 ist und typischerweise 3 bis 5 beträgt. Der Abstandshalter kann dabei ganz oder teilweise aus dem Siliziumdioxid gebildet sein. In dieser Ausführung kann der Abstandshalter besonders kostengünstig hergestellt werden.
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Der Abstandshalter kann ferner zumindest ein weiteres Material mit einer weiteren vordefinierten Permittivitätszahl aufweisen. Das weitere Material kann auf einer dem Träger zugewandten ersten Hauptseite des Materials und/oder auf einer der ersten Hauptseite gegenüberliegenden, von dem Träger abgewandten, zweiten Hauptseite des Materials angeordnet sein. Mit dieser Ausführungsform kann neben der noch exakteren Bestimmung der vordefinierten Permittivitätszahl der Abstandshalter weitere, über die Beabstandung des Funkchips hinausgehende, Funktionalitäten aufweisen.
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Beispielsweise kann eine vordefinierte Dicke des Abstandshalters zwischen 50 und 200 µm liegen. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem die vordefinierte Dicke des Abstandshalters zwischen 70 und 90 µm liegt. Die Dicke kann dabei einen Abstand zwischen einer ersten Hauptseite und einer zweiten Hauptseite des Abstandshalters bezeichnen. Die hier vorgeschlagene Dicke des Abstandshalters erlaubt eine Produktion des elektronischen Systems im besonders für das Internet der Dinge vorteilhaften Miniaturformat.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Systems kann das Material und/oder das weitere Material als ein Haftmittel zum Anhaften an eine zu dem Abstandshalter benachbarte Hauptseite des Funkchips ausgebildet sein. Auf diese Weise kann ein ohnehin zum Aufbau des elektronischen Systems benötigtes Element ohne Weiteres die Zusatzfunktion der Beabstandung des Funkchips erfüllten. Es entstehen keine oder nur geringe zusätzliche Kosten in der Produktion und kein Entwicklungsaufwand.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das elektronische System ferner ein Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann ausgebildet sein, um zumindest das elektronische Bauelement zu umschließen. So kann ohne Weiteres das elektronische System vor Außeneinwirkungen geschützt werden. Darüber hinaus können die einzelnen Komponenten des stapelförmigen elektronischen Systems zusätzlich fixiert werden.
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Insbesondere kann die vordefinierte Permittivitätszahl oder eine Summe aus der vordefinierten Permittivitätszahl und der weiteren vordefinierten Permittivitätszahl innerhalb eines Toleranzbereichs einer Permittivitätszahl des Gehäuses entsprechen. Der Toleranzbereich kann beispielsweise derart gestaltet sein, dass die vordefinierte Permittivitätszahl oder eine Summe aus der vordefinierten Permittivitätszahl um nicht mehr als 10 Prozent von der einer Permittivitätszahl des Gehäuses abweicht. Damit kann vorteilhafterweise auf eine Frequenzanpassung bzw. -änderung des Funkchips verzichtet werden und bei der Herstellung des elektronischen Systems Kosten und Zeit gespart werden.
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Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der das elektronische Bauelement und/oder der Funkchip als eine Recheneinheit zum Steuern zumindest eines Aktors und/oder zum Auswerten von Informationen ausgebildet ist und/oder als ein Sensor zum Erfassen zumindest einer physikalischen Größe ausgebildet ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer sehr kompakten Bauform eines elektronischen Systems mit einer großen Flexibilität des Einsatzes in unterschiedlichen Umgebungsszenarien.
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Das elektronische System kann ferner ein weiteres elektronisches Bauelement aufweisen. Das weitere elektronische Bauelement kann beispielsweise auf dem elektronischen Bauelement angeordnet sein. Mit dieser Ausführungsform kann das elektronische System vorteilhaft um weitere Funktionalitäten erweitert werden. Das elektronische System kann damit vielseitiger und/oder für komplexere Aufgaben eingesetzt werden.
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Beispielsweise kann das elektronische Bauelement als eine Recheneinheit zum Steuern und/oder Auswerten von Informationen des weiteren elektronischen Bauelements ausgebildet sein. Das weitere elektronische Bauelement kann als ein Sensor zum Erfassen einer physikalischen Größe ausgebildet sein, wobei insbesondere das elektronische Bauelement als Teil des Funkchips ausgestaltet ist. In dieser Ausführungsform bietet das hier vorgestellte elektronische System mannigfaltige Einsatzmöglichkeiten in der Industrie und im Privatgebrauch, hier besonders im immer wichtiger werdenden Bereich des Internets der Dinge.
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Es wird ferner ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines elektronischen Systems vorgestellt, wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Trägers, eines Funkchips, eines elektronischen Bauelements und eines Abstandshalters, der ein Material mit einer vordefinierten Permittivitätszahl aufweist;
Anordnen des Funkchips auf dem Träger, des Abstandshalters auf dem Funkchip und des elektronischen Bauelements auf dem Abstandshalter, um das elektronische System herzustellen.
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Das Herstellungsverfahren kann im Rahmen einer automatisierten Fertigungsstraße zur effizienten Produktion einer Vielzahl der oben beschriebenen elektronischen Systeme zum Einsatz kommen.
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Ferner wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Systems vorgestellt, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen eines Trägers, eines Funkchips, eines elektronischen Bauelements und eines Abstandshalters, der ein Material mit einer vordefinierten Permittivitätszahl aufweist;
eine Anordnungseinrichtung zum Anordnen des Funkchips auf dem Träger, des Abstandshalters auf dem Funkchip und des elektronischen Bauelements auf dem Abstandshalter, um das elektronische System herzustellen.
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Die Vorrichtung kann im oben erwähnten automatisierten Fertigungsprozess zum Einsatz kommen und ausgebildet sein, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Herstellungsverfahrens in ihren Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines elektronischen Systems mit Funkchip gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Prinzipdarstellung eines elektronischen Systems mit Funkchip und Abstandshalter, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Prinzipdarstellung eines elektronischen Systems mit Funkchip und zweiteiligem Abstandshalter, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Prinzipdarstellung eines elektronischen Systems mit Funkchip und Haftmittel als Abstandshalter, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen eines elektronischen Systems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Herstellen eines elektronischen Systems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines elektronischen Systems 100 mit Funkchip gemäß dem Stand der Technik. Das elektronische System 100 liegt als stapelförmiger Aufbau aus einem Substrat bzw. Träger 102, einem Funkchip 104 mit einer Dicke von 100 µm, einem Abstandshalter bzw. Spacerchip 106 aus Silizium mit einer Dicke von 75 µm, einem Mikrokontroller 108 mit einer Dicke von 100 µm und einem Sensor bzw. Sensorpaket 110 vor. Über je ein Chiphaftmittel 112 mit einer nominalen Dicke von 20 µm ist der Funkchip 104 an dem Substrat 102 fixiert, der Spacerchip 106 an dem Funkchip 104 fixiert und der Mikrocontroller 108 an dem Spacerchip 106 fixiert. Das elektronische System 100 gemäß dem Stand der Technik weist ferner ein Gehäuse 114 in Form einer Moldüberdeckung auf.
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Beim Zusammenbau des Funkchipsystems 100 ist zu beachten, dass eine Hochfrequenz-Schaltung des Funkchips 104 zur Chipoberseite hin definiert ist. Der Funkchip 104 ist normal darauf ausgelegt, mit einer Moldüberdeckung 114 von einigen Hundert Mikrometern verbaut zu werden. Das HF-Design berücksichtigt dieses Mold 114 in der Auslegung der HF-relevanten Komponenten des Funkchips 104.
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2 zeigt anhand einer Prinzipdarstellung ein elektronisches System 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das elektronische System 200 setzt sich aus einem Träger 202, einem Funkchip 204, einem Abstandshalter bzw. Spacer 206 und einem elektronischen Bauelement 208 zusammen.
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Wie die Darstellung in 2 zeigt, ist das elektronische System 200 stapelförmig aufgebaut. Eine Basis des Stapels bildet der Träger 202. Es handelt sich bei dem Träger 202 um ein plattenförmiges Substrat wie beispielsweise eine Leiterplatte. Neben der Trägerfunktion ist das Substrat 202 auch ausgebildet, um mindestens eine Komponente des elektronischen Systems 200 über Leiterbahnen und/oder Durchkontakte mit elektrischer Spannung zu versorgen. Auf dem Träger 202 ist der Funkchip 204 angeordnet. Der Funkchip 204 ist ausgebildet, um in einem oder mehreren vordefinierten Funkbändern elektromagnetische Strahlung auszusenden und/oder zu empfangen. Der Funkchip 204 weist ist ebenfalls plattenförmig bzw. lagenförmig ausgebildet. Der ebenfalls als Schicht oder Lage ausgeformte Abstandshalter 206 ist auf dem Funkchip 204 angeordnet und schafft so eine für die Funkfunktion des Funkchips 204 wichtige Beabstandung des Funkchips 204 zu dem auf dem Abstandshalter 206 angeordneten elektronischen Bauelement 208. Bei dem elektronischen Bauelement 208 kann es sich beispielsweise um einen Sensor handeln.
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Der Abstandshalter bzw. Spacer 206 weist ein Material 210 mit einer vordefinierten Permittivitätszahl bzw. Dielektrizitätskonstante auf. Der Spacer 206 kann vollständig oder teilweise aus dem Material 210 gebildet sein. Die vordefinierte Permittivitätszahl des Abstandshalters 206 ermöglicht es, die Funkfunktionalität des darunter liegenden Funkchips 204 unabhängig von über dem Abstandshalter 206 gestapelten weiteren Komponenten des elektronischen Systems 200 uneingeschränkt aufrechtzuerhalten. Die vordefinierte Permittivitätszahl des Abstandshaltermaterials 210 kann sich aus einer vordefinierten Dicke bzw. Stärke des den Abstandshalter 206 bildenden Materials 210 ergeben. Alternativ oder zusätzlich kann die vordefinierte Permittivitätszahl aus einer chemischen und/oder physikalischen Zusammensetzung des Materials 210 folgen.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des hierin vorgestellten elektronischen Systems 200. Auch hier liegt ein stapelförmiger Aufbau des elektronischen Systems 200 vor, das hier um ein weiteres elektronisches Bauelement 300 sowie ein Gehäuse 302 erweitert ist. Bei dem Funkchip 204 handelt es sich hier beispielsweise um einen Bluetooth- oder IEEE 802.15.4-Funkchip. Der Funkchip 204 weist hier eine Dicke von 100 µm auf.
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Wie die Darstellung in 3 zeigt, sind auch hier der Träger 202, der Funkchip 204 und der Abstandshalter 206 sowie auch das elektronische Bauelement 208 schicht- bzw. plattenförmig ausgebildet, das weitere elektronische Bauelement 300 weist hier eine Quaderform auf und ist als Abschluss des Stapels auf dem elektronischen Bauelement 208 angeordnet. Alle Komponenten 202, 204, 206, 208, 300 sind mit ihren Hauptseiten aufeinandergestapelt. Unter den Hauptseiten sind die sich jeweils gegenüberliegenden Seiten mit den größten Abmessungen gegenüber den übrigen Seiten der Komponenten 202, 204, 206, 208, 300 zu verstehen. Wie die Darstellung zeigt, stehen der Träger 202, der Funkchip 204 und das elektronische Bauelement 208 aufgrund einer größeren Ausdehnung ihrer Hauptseiten seitlich von dem Stapel des elektronischen Systems 200 vor. Die größte bezüglich des Stapels laterale Ausdehnung weist der Träger 202 auf. Gemäß Ausführungsbeispielen kann das elektronische System 200 über das weitere elektronische Bauelement 300 hinaus noch mehr elektronische Bauteile aufweisen, die wiederum auf das weitere elektronische Bauelement 300 gestapelt vorliegen können.
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Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des elektronischen Systems 200 weist das Material 210 Siliziumdioxid (SiO2) auf. Hier setzt sich das Material 210 vollständig aus Siliziumdioxid zusammen. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann auch nur ein Teil des Materials 210 Siliziumdioxid ausmachen. Siliziumdioxid zeichnet sich durch eine relative Permittivität von εr ~ 3,5 aus und liegt damit im Bereich der Permittivitätszahl eines typischen Gehäuses für Funkchips. So wird durch die Verwendung von Siliziumdioxid für den Abstandshalter 206 gewährleistet, dass angesichts des Aufbaus des elektronischen Systems 200 keine Frequenzverschiebung für den Funkchip 204 vorliegt. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt das Material 210 in Form von Siliziumdioxid in einer Schichtdicke von 75 µm vor. Die Schichtdicke ist lediglich beispielhaft und kann auch einen anderen Wert aufweisen.
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Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des elektronischen Systems 200 handelt es sich bei dem weiteren elektronischen Bauelement 300 um einen Sensor, beispielsweise einen MEMS-Sensor. Über den Sensor 300 kann beispielsweise eine physikalische Größe eines Umfelds des elektronischen Systems 200 erfasst werden. Das unter dem Sensor 300 angeordnete elektronische Bauelement 208 ist hier als eine Recheneinheit zum Steuern und/oder Auswerten von Informationen des weiteren elektronischen Bauelements 300 ausgebildet. Bei der Recheneinheit 208 kann es sich um einen Mikrokontroller bzw. MCU (Microcontroller Unit) oder digitalen Signalprozessor handeln. Der Mikrocontroller 208 kann ausgebildet sein, um den Sensor 300 zu steuern oder Daten des Sensors 300 auszuwerten und liegt hier in einer Dicke von 100 µm vor. Die Dicke des MCU 208 ist lediglich beispielhaft und kann auch einen anderen Wert aufweisen.
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Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des elektronischen Systems 200 ist das Gehäuse 302 als eine auf eine Oberfläche des elektronischen Systems 200 aufgebrachte und ausgehärtete Vergussmasse ausgebildet, sodass das Gehäuse 302 hier ein den abgedeckten Bereich des elektronischen Systems 200 dicht umschließendes Mold bildet. Wie die Darstellung zeigt, wurde die Moldmasse des Gehäuses 302 zumindest in den lateralen Dimensionen des Trägers 202 als lateral größtes Element des Stapels aufgebracht, sodass sich im ausgehärteten Zustand das Gehäuse 302 über den den Abschluss des Stapels bildenden Sensor 300 und seitlich des Stapels bis zu einer dem Stapel zugewandten Hauptseite 304 des Trägers 202 erstreckt. So ist das Gehäuse 302 ausgebildet, um alle für die Moldmasse zugänglichen Bereiche der Komponenten 202, 204, 206, 208, 300 des Stapels vollständig berührend zu umgeben und zu fixieren.
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Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten elektronischen Systems 200 weist der Abstandshalter 206 neben dem Material 210 ein weiteres Material 306 auf. Das weitere Material 306 ist hier in Form einer Schicht auf einer dem Träger 202 zugewandten ersten Hauptseite 308 des ersten Materials 210 angeordnet und entspricht in seinen lateralen Dimensionen dem Material 210. Alternativ oder zusätzlich kann das weitere Material 306 auf einer von dem Träger 202 abgewandten, der ersten Hauptseite 308 gegenüberliegenden, zweiten Hauptseite 310 des ersten Materials 210 angeordnet sein. Das weitere Material 306 ist durch eine weitere vordefinierte Permittivitätszahl gekennzeichnet, die sich von der Permittivitätszahl des Materials 210 unterscheiden kann oder mit dieser identisch sein kann. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des elektronischen Systems 200 handelt es sich bei dem weiteren Material 306 um ein Haftmittel 312 zum Anhaften des Abstandshalters 206 an eine zu dem Abstandshalter 206 benachbarte Hauptseite 314 des Funkchips 204. Das Haftmittel bzw. der Filmkleber 312 ist hier in einer beispielhaften Schichtdicke von nominal 20 µm an der ersten Hauptseite 308 des ersten Materials 210 angeordnet. Bei dem in 3 gezeigten beispielhaften elektronischen System 200 liegt eine Summe der vordefinierten Permittivitätszahl des ersten Materials 210 und der weiteren vordefinierten Permittivitätszahl des weiteren Materials 306 im Bereich einer Permittivitätszahl des Gehäuses 302.
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Weitere Haftmittelschichten 312 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des elektronischen Systems 200 an dem Mikrokontroller 208 zum Fixieren des Mikrokontrollers 208 an dem Spacer 206 und an dem Funkchip 204 zum Fixieren des Funkchips 204 an dem Substrat 202 angeordnet.
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Beim Zusammenbau eines elektronischen Systems wird der Funkchip so angeordnet, dass die Hochfrequenz-Schaltung zur Chipoberseite hin definiert ist. Chips sind normal darauf ausgelegt, mit einer Moldüberdeckung von einigen Hundert Mikrometern verbaut zu werden. Das HF-Design berücksichtigt dieses Mold in der Auslegung der HF-relevanten Komponenten.
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Das hier vorgestellte elektronische System 200 ist so ausgelegt, dass in dem Gehäuse 302 der Funkchip 204 und die MEMS-Chips 208, 300 übereinander eingebaut werden, also auf den Funkchip 204 weitere Chips 208, 300 gestapelt werden. Damit befinden sich im Stapel typischerweise weitere Chips aus Silizium mit einer Permittivitätszahl von ca. 11. Durch die Verwendung des hier vorgeschlagenen Abstandshalters bzw. Spacers 206 mit geringer dielektrischer Elektrizitätskonstante droht keine Frequenzverschiebung des Funkchips 204, da eine Einwirkung des Abstandshalterchips 206 auf den Hochfrequenzanteil des Funkchips 204 ausgeschaltet wird. Damit ist an dem Hochfrequenz-Design des Funkchips 204, das von einer Moldmasse mit einer Permittivitätszahl von ca. 3 bis 4 und einer Höhe von z. B. mindestens 100 µm ausgeht, gemäß dem hier vorgestellten Ansatz keine Anpassung erforderlich.
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4 zeigt in einer weiteren Prinzipdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten elektronischen Systems 200. Das in der Darstellung gezeigte Ausführungsbeispiel des elektronischen Systems 200 entspricht dem in 3 gezeigten, mit dem Unterschied, dass hier anstelle des Siliziumdioxids das Haftmittel 312 als das Material 210 des Abstandshalters 206 zum Einsatz kommt. Da hier neben dem Haftmittel bzw. Kleber 312 keine weiteren Materialien für den Abstandshalter 206 verwendet werden, ist die Kleberschicht 312 dicker als bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgeführt, beispielsweise in einer Höhe von nominal 75 µm. Zum Auftragen des Chiphaftmittels 312 kommt z. B. ein Film-over-Wire-Verfahren infrage. Der u. U. höhere Produktionsaufwand bei diesem Ausführungsbeispiel kann durch die geringeren Materialkosten ausgeglichen werden.
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Für eine Verwendung in dem in den 2 bis 4 erläuterten Abstandshalter bzw. Spacer 206 sind neben den genannten auch andere Materialien denkbar, die sich als dünne Substrate herstellen und montieren lassen, wie beispielsweise andere Gläser oder bereits ausgehärtete Moldmasse.
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Die in den Figuren angegebenen Dicken und Funktionsbeschreibungen sind exemplarisch, das hier vorgeschlagene Prinzip gilt unabhängig von einer Dicke der vewendeten Materialien.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens 500 zum Herstellen eines elektronischen Systems. Beispielsweise kann mit dem Herstellungsverfahren 500 eines einer Vielzahl von elektronischen Systemen wie in 2 vorgestellt automatisiert gefertigt werden. In einem Schritt 502 werden ein Träger, ein Funkchip, ein elektronisches Bauelement und ein Abstandshalter zum Herstellen eines geeigneten Abstands zwischen dem Funkchip und dem elektronischen Bauelement bereitgestellt. Der Abstandshalter weist ein Material mit einer vordefinierten Permittivitätszahl auf. In einem Schritt 504 werden der Träger, der Funkchip, der Abstandshalter und das elektronische Bauelement in dieser Reihenfolge stapelförmig übereinander angeordnet, um das elektronische System herzustellen.
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6 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 600 zum Herstellen eines elektronischen Systems, beispielsweise des elektronischen Systems aus 2. Die Vorrichtung 600 kann Teil einer automatisierten Fertigungsstraße sein und umfasst eine Bereitstellungseinrichtung 602 und eine Anordnungseinrichtung 604. Die Bereitstellungseinrichtung 602 ist ausgebildet, um einen Funkchip, ein elektronisches Bauelement, einen Abstandshalter zum Beabstanden des elektronischen Bauelements von dem Funkchip und einen Träger zum Tragen des Funkchips, des Abstandshalters und des elektronischen Bauelements bereitzustellen. Die Anordnungseinrichtung 604 ist ausgebildet, um zum Herstellen des elektronischen Systems den Funkchip auf dem Träger anzuordnen, den Abstandshalter auf dem Funkchip anzuordnen und das elektronische Bauelement auf dem Abstandshalter anzuordnen.
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Mit dem hier vorgestellten Konzept können Produkte realisiert werden, die Sensoren und einen Mikrokontroller mit eingebautem Funk-Frontend einsetzen.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE 802.15.4-Funkchip [0042]
