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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement.
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Quad Flat No Leads Package (QFN), auch als Micro Lead Frame (MLF) bezeichnet, ist eine in der Elektronik gebräuchliche Chipgehäusebauform für integrierte Schaltungen (IC). Die Bezeichnung umfasst unterschiedliche Größen von IC-Gehäusen welche alle als oberflächenmontierte Bauteile auf Leiterplatten gelötet werden.
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Die Gehäuse sind unter verschiedenen, meist herstellerspezifischen Bezeichnungen im Handel. Typische Bezeichnungen sind zum Beispiel DFN (engl. – Dual Flat No-lead Package) oder QFN (engl. – Quad Flat No-lead Package).
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Als Molded Interconnect Devices (englisch für: Spritzgegossene Schaltungsträger), kurz MID, werden spritzgegossene Kunststoffbauteile mit nach speziellen Verfahren aufgebrachten metallischen Leiterbahnen bezeichnet, die als Schaltungsträger für elektronische bzw. mechatronische Baugruppen dienen. Wesentliche Einsatzgebiete für die MID-Technik sind der Automobilbau, die Industrieautomatisierung, die Medizintechnik, die Hausgeräteindustrie, die Telekommunikationstechnik, die Mess- und Analysetechnik sowie die Luft- und Raumfahrt. MIDs können auf verschiedenste Art gefertigt werden. Die wichtigsten Verfahren zur Aufbringung der Leiterbahnen sowie von sendenden bzw. schirmenden Flächen sind der Zweikomponentenspritzguss, das Heißprägen, das Maskenbelichtungsverfahren, die Laserstrukturierung und das Folienhinterspritzen. Grundsätzlich wird zwischen subtraktiv strukturierenden und additiv metallisierenden Verfahren unterschieden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektrisches Bauelement möglichst zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Bauelement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung enthalten.
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Demzufolge ist elektrisches Bauelement vorgesehen.
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Das elektrische Bauelement weist ein erstes Gehäuseteil aus einer ersten Kunststoffverbindung auf. Die Kunststoffverbindung umfasst thermoplastische oder duroplastische Verbindungen und insbesondere Silikone und Harze.
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Das erste Gehäuseteil weist eine erste grabenförmige Ausformung auf.
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In der ersten grabenförmigen Ausformung ist ein erster Halbleiterkörper mit einer integrierten Schaltung angeordnet.
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An einer Oberfläche der ersten grabenförmigen Ausformung sind zumindest zwei Leitbahnen vorgesehen. Die zumindest zwei Leitbahnen sind an eine Außenseite des ersten Gehäuseteils geführt.
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Die zumindest zwei Leitbahnen sind mit der integrierten Schaltung verbunden.
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Die erste grabenförmige Ausformung ist zumindest teilweise mit einer Füllmasse aus einer zweiten Kunststoffverbindung zur Abdeckung des ersten Halbleiterkörpers verfüllt.
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Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass durch die zuvor erläuterten Merkmale ein universelles, flexibel einsetzbares, Leadframefreies Package mit standardisieren Anschlussbild (engl. footprint) erzielt werden kann. Das Anschlussbild ist vorzugsweise normiert entsprechend JEDEC Solid State Technology Association. Durch den Verzicht auf den Leadframe kann das Package günstiger hergestellt werden. Eine Delamination am Halbleitersubstrat wird signifikant reduziert oder kann völlig verhindert werden. Durch eine konkrete Umsetzung, wie in den Ausführungen der Figuren dargestellt, werden bisher sich widersprechende Anforderungen zugleich optimiert. Es wird eine gute mechanische Steifigkeit des Package erzielt. Die Leitbahnen sind im Gehäuseteil gut verankert. Die Abdeckung des Halbleiterkörpers und ggf. weiterer Komponenten, wie passiver Elemente, ist optimiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem ersten Halbleiterkörper und dem ersten Gehäuseteil eine Fixierschicht aus einer dritten Kunststoffverbindung zur stoffschlüssigen Verbindung mit dem ersten Halbleiterkörper und mit dem ersten Gehäuseteil eingebracht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erste Gehäuseteil als Spritzgussteil hergestellt. Die zumindest zwei Leitbahnen sind in das Spritzgussteil eingearbeitet. Vorteilhafterweise sind die zumindest zwei Leitbahnen mittels subtraktiv strukturierenden MID-Verfahren und/oder additiv metallisierenden MID-Verfahren eingebracht. Beispielsweise sind die Leitbahnen als metallische Einlegeteile eingebracht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der ersten grabenförmigen Ausformung ein zweiter Halbleiterkörper mit einer weiteren integrierten Schaltung und/oder ein passives Element angeordnet. Es versteht sich das als passives Bauelement vorzugsweise Kondensatoren und/oder Widerstände verstanden werden. Vorteilhafterweise ist mit der integrierten Schaltung die weitere integrierte Schaltung und/oder das passive Element elektrisch verbunden. Das passive Element ist beispielsweise ein Kondensator oder eine Spule oder ein Widerstand.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung weist das erste Gehäuseteil eine zweite grabenförmige Ausformung auf. Vorteilhafterweise ist in der zweiten grabenförmigen Ausformung ein Dauermagnet und/oder magnetisch leitfähiges Material angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erste grabenförmige Ausformung auf der Außenseite des ersten Gehäuseteils mit den zumindest zwei Leitbahnen ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung liegt die Außenseite des ersten Gehäuseteils mit den zumindest zwei Leitbahnen einer Seite des ersten Gehäuseteils der ersten grabenförmigen Ausformung gegenüber.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die zumindest zwei Leitbahnen auf der Außenseite des ersten Gehäuseteils entsprechend einem standardisierten Anschlussbild (JEDEC) angeordnet.
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In einer anderen Ausführungsform sind durch gerade oder u-förmige Einkerbungen ausgebildet, um die Leiterbahnen mechanisch zu entkoppeln von den Leitbahnen auf der Außenseite, welche zum Schaltungsträger gewandt sind.
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In einer bevorzugten Weiterbildung sind bei dem an der Außenseite des Gehäuses seitlich zur erstengrabenförmigen Ausformung zumindest zwei Leitbahnen vorhanden.
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Es sei angemerkt, dass das erste Gehäuseteil einstückig ausgebildet ist und die erste grabenförmige Ausformung wannenförmig mit einem umlaufenden Rand ausgebildet ist. Vorzugsweise weist der umlaufende Rand ein Dicke in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,5 mm auf, wobei das erste Gehäuseteil eine Höhe von wenigstens 0,8 mm aufweist. Es versteht sich, dass der Rand des Grabens vorzugsweise höher als die Dicke des in dem Graben liegenden Bauteils ist, um das Bauteil vollständig einzugießen und so vor Umwelteinflüssen zu schützen.
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In einer Weiterbildung sind genau zwei parallel zueinander verlaufende Einkerbungen vorhanden, wobei die Einkerbungen jeweils um die Dicke des umlaufenden Randes, vorzugsweise 0,5 mm von dem jeweiligen äußeren Rand der parallel zu den Einkerbungen verläuft an der Unterseite entfernt sind. Vorzugsweise sind die Einkerbungen nicht bis zu dem äußeren Rand an der Unterseite ausgebildet, wobei hier der äußere Rand senkrecht zu der Längsrichtung der Einkerbungen verläuft.
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Die zuvor beschriebenen Weiterbildungsvarianten sind sowohl einzeln als auch in Kombination besonders vorteilhaft. Dabei können sämtliche Weiterbildungsvarianten untereinander kombiniert werden. Einige mögliche Kombinationen sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Figuren erläutert. Diese dort dargestellten Möglichkeiten von Kombinationen der Weiterbildungsvarianten sind jedoch nicht abschließend.
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Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
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Dabei zeigen
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1a bis 1d Ansichten eines elektrischen Bauelements eines ersten Ausführungsbeispiels,
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2a bis 2d Ansichten eines elektrischen Bauelements eines zweiten Ausführungsbeispiels,
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3a bis 3e Ansichten eines elektrischen Bauelements eines dritten Ausführungsbeispiels, und
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4a bis 4e Ansichten eines elektrischen Bauelements eines vierten Ausführungsbeispiels.
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In 1a ist ein elektrisches Bauelement in einer dreidimensionalen Ansicht schematisch dargestellt. 1b zeigt eine schematische Ansicht auf die Oberseite des elektrischen Bauelements, hingegen zeigt 1d eine schematische Ansicht auf eine Außenseite 130, die die Unterseite 130 bildet. 1c zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A.
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Drei Leitbahnen 310, 320, 330 sind an der Außenseite 130 eines ersten Gehäuseteils 100 geführt. Die Leitbahnen 310, 320, 330 sind an der Außenseite 130 zur elektrischen Verbindung mit Leitbahnen eines Schaltungsträgers, z. B. einer Platine, angeordnet. Durch ein Herumführen der Leiterbahnen an die Seiten des Gehäuseteils ist zudem die Inspektion der richtigen Benetzung der Lötverbindung des Bauteils mit der Platine nach dem Lötprozess gewährleistet. In der Ausführung der 1d sind die Leitbahnen entsprechend dem standardisierten Anschlussbild SOT23 angeordnet. Je nach Anzahl der Leitbahnen können alternativ andere standardisierte Anschlussbilder – z. B. SOT323, QFN usw. – ausgebildet sein.
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Das erste Gehäuseteil 100 in den 1a bis 1d ist vorzugsweise aus einer thermoplastischen oder duroplastischen ersten Kunststoffverbindung gebildet. Die erste Kunststoffverbindung ist beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylchlorid (PVC), Zelluloid oder Polyolefine, wie Polyethylen oder Polypropylen oder Epoxidharz basierend. Durch die Verwendung der thermoplastischen Kunststoffverbindung können die Materialkosten gesenkt, die Verarbeitungszeiten verkürzt und die Anspritzverluste (Heißkanal Spritzguss) reduziert werden.
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Gemäß den 1a bis 1c weist das erste Gehäuseteil 100 eine erste grabenförmige Ausformung 110 auf. Die Grabenform ist vorzugsweise ein Rechteckiger Grundriss mit schrägen Grabenwänden. Alternativ können auch andere Grabenformen, wie beispielsweise ovale oder runde Grabenformen vorgesehen sein. Es versteht sich, dass das erste Gehäuseteil 100 einstückig ausgebildet und die erste grabenförmige Ausformung 110 wannenförmig mit einem umlaufenden Rand 105 ausgebildet ist. Hierbei weist der umlaufende Rand 105 ein Dicke von vorzugsweise 0,5 mm auf. Das erste Gehäuseteil 100 weist eine Höhe von wenigstens 0,8 mm auf.
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In der grabenförmigen Ausformung 110 der Ausführung der 1a, 1b, 1c ist ein erster Halbleiterkörper 200 mit einer integrierten Schaltung angeordnet. Die integrierte Schaltung weist beispielsweise eine Anzahl von Transistoren und/oder Dioden und/oder andere Elemente, wie z. B. Sensorelemente auf, die in der integrierten Schaltung mit einander verschaltet sind. Vorzugsweise ist der Halbleiterkörper 200 auf der Grundfläche der grabenförmigen Ausformung 110 angeordnet.
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An einer Oberfläche 120 der grabenförmigen Ausformung 110 sind die drei Leitbahnen 310, 320, 330 vorgesehen. Die Leitbahnen 310, 320, 330 sind mit der integrierten Schaltung verbunden. Die Verbindung erfolgt beispielsweise über Bonddrähte oder Lotkugeln. Die Leitbahnen 310, 320, 330 stellen die Verbindung von der integrierten Schaltung zur Außenseite 130 des Gehäuses her. Hierzu wird insbesondere ein Bondprozess und/oder ein „Flipp”-Prozess durchgeführt. Hierzu sind die Leitbahnen 310, 320, 330 an die Außenseite 130 des ersten Gehäuseteils 100 geführt. Die Leitbahnen 310, 320, 330 sind durch ein elektrisch leitfähiges Material gebildet. Ein elektrisch leitfähiges Material ist beispielsweise ein Metall, wie Kupfer oder Aluminium oder Nickel oder Gold. Die Leitbahnen 310, 320, 330 können beispielweise vollständig über Oberflächen 120, 130 des ersten Gehäuseteils 110 geführt sein. Die Leitbahnen 310, 320, 330 sind beispielsweise mittels MID-Technik hergestellt. Die Leitbahnen 310, 320, 330 sind vorteilhafterweise mittels eines subtraktiv strukturierenden Verfahrens und/oder eines additiv metallisierenden Verfahrens hergestellt.
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Im der Ausführung der 1c ist die grabenförmige Ausformung 110 zumindest teilweise mit einer Füllmasse 400 zur Abdeckung des ersten Halbleiterkörpers 200 verfüllt. Die Füllmasse weist eine zweite Kunststoffverbindung auf. Vorzugsweise umfasst die zweite Kunststoffverbindung auch Silikone und/oder Harze. Dabei können die erste Kunststoffverbindung und die zweite Kunststoffverbindung gleiches oder unterschiedliches Material aufweisen. Durch die Trennung von ersten Gehäuseteil 100 und Füllmasse 400 können die Eigenschaften zur Abdeckung des Halbleiterkörpers 200 trennt von dem ersten Gehäuseteil optimiert werden. Beispielsweise kann die Füllmasse 400 hinsichtlich Reduktion der Delamination optimiert werden. Die auf den Halbleiterkörper wirkende mechanische Spannung wird durch eine optimierte Füllmasse 400 reduziert. Zugleich kann das erste Gehäuseteil 100 hinsichtlich der geforderten Steifigkeit optimiert werden.
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Wie in 1c gezeigt, ist zwischen dem Halbleiterkörper 200 und dem ersten Gehäuseteil 100 eine Fixierschicht 500 aus einer dritten Kunststoffverbindung zur stoffschlüssigen Verbindung mit dem Halbleiterkörper 200 und mit dem ersten Gehäuseteil 100 eingebracht. Vorzugsweise umfasst die dritte Kunststoffverbindung auch Silikone und/oder Harze. Die Leitbahnen 310, 320, 330 sind mechanisch beweglich und mechanisch gegenüber dem restlichen Gehäuse entkoppelt. Eine mechanische Entkopplung der Leitbahnen 310, 320, 330 auf der Außenseite 130 zum Schaltungsträger gewandt wird in der Ausführung der 1c und 1d durch insbesondere gerade oder u-förmige Einkerbungen 140, 150 auf dieser Außenseite 130 erzielt. Die beiden Einkerbungen 140, 150 verlaufen zueinander parallel und sind jeweils vorzugsweise 0,5 mm von dem äußeren Rand an der Unterseite 130 entfernt. Auch sind die beiden Einkerbungen 140, 150 nicht bis zu dem äußeren Rand an der Unterseite 130 ausgebildet sind.
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In den 2a bis 2d sind schematische Ansichten eines elektrischen Bauelements einer anderen Ausführung dargestellt. Das elektrische Bauelement weist ein erstes Gehäuseteil 101 mit einer ersten grabenförmigen Ausformung 111, einen Halbleiterkörper 201 und Leitbahnen 311, 321, 331 auf, wobei die Leitbahnen 311, 321, 331 mit einem integrierten Schaltkreis des Halbleiterkörpers 201 elektrisch verbunden sind. Der Halbleiterkörper 201 ist mittels einer Fixierschicht 501 an einer Oberfläche 121 in der grabenförmigen Ausformung 111 an dem ersten Gehäuseteil 101 fixiert. Die grabenförmigen Ausformung 111 ist mittels einer Füllmasse 401 verfüllt.
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Im Unterschied zu der Ausführung der 1a bis 1d ist in der Ausführung der 2a bis 2d im ersten Gehäuseteil 100 eine zweite grabenförmige Ausformung vorgesehen. In der zweiten grabenförmigen Ausformung ist in der Ausführung der 2c und 2d ein Dauermagnet 601 vorgesehen. Alternativ oder in Kombination ist in der zweiten grabenförmigen Ausformung ein magnetisch leitfähiges Material angeordnet. Die Ausführung der 2d weist auf einer Außenseite 131 des ersten Gehäuseteils 101 zwei Einkerbungen 141, 151 zur mechanischen Entkopplung der Leitbahnen 311, 321, 331 ebenfalls vom Dauermagneten 601 auf. Anstelle des Dauermagneten 601 kann alternativ in der zweiten grabenförmigen Ausformung ein passives Element (nicht dargestellt), wie beispielsweise ein Kondensator oder ein Widerstand angeordnet sein, das mit den Leitbahnen 311, 321, 331 elektrisch verbunden ist.
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In der Ausführung der 1a bis 1d liegt die Außenseite 130 des ersten Gehäuseteils 100 mit den drei Leitbahnen 310, 320, 330, die das Anschlussbild SOT23 bilden, einer Seite des ersten Gehäuseteils 100 mit der ersten grabenförmigen Ausformung 110 gegenüber. Hingegen ist in der Ausführung der 3a bis 3e die grabenförmige Ausformung 110 auf der Außenseite 130 des ersten Gehäuseteils 100 mit den zumindest zwei Leitbahnen 310, 320, 330 selbst ausgebildet. Zur Kontaktierung auf einem Schaltungsträger ist das elektrische Bauelement gemäß 3a demzufolge umzudrehen (engl. face down).
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In 3a ist das elektrische Bauelement in einer dreidimensionalen Ansicht schematisch dargestellt. 3b zeigt eine schematische Ansicht auf die Oberseite des elektrischen Bauelements, hingegen zeigt 3d eine schematische seitliche Ansicht. 3c zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie B-B. 3e zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A-A.
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Das elektrische Bauelement weist ein erstes Gehäuseteil 102 mit einer grabenförmigen Ausformung 112, einen Halbleiterkörper 202 und Leitbahnen 312, 322, 332 auf, wobei die Leitbahnen 312, 322, 332 mit einem integrierten Schaltkreis des Halbleiterkörpers 202 elektrisch verbunden sind. Der Halbleiterkörper 202 ist mittels einer Fixierschicht 502 an einer Oberfläche 122 in einer ersten grabenförmigen Ausformung 112 an dem ersten Gehäuseteil 102 fixiert. Die grabenförmigen Ausformung 112 ist mittels einer Füllmasse 402 verfüllt. Die Leitbahnen 312, 322, 332 sind an die Außenfläche 132 geführt. Die Ausführung der 3a bis 3e ermöglicht eine mechanische Entkopplung zur mechanischen Spannungsreduktion über die Wandstärke des ersten Gehäuseteils 102 im Bereich der ersten grabenförmigen Ausformung 112.
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In den 4a bis 4e ist eine andere Ausführung eines elektrischen Bauelements schematisch dargestellt. Dabei sind in einer ersten grabenförmigen Ausformung der Halbleiterkörper 203 und zumindest ein weiteres Element 703 angeordnet. Das elektrische Bauelement weist ein erstes Gehäuseteil 103 mit einer ersten grabenförmigen Ausformung 113, den Halbleiterkörper 203 und Leitbahnen 313, 323, 333 auf, wobei die Leitbahnen 313, 323, 333 mit einem integrierten Schaltkreis des Halbleiterkörpers 203 elektrisch verbunden sind. Das weitere Element 703 ist mit dem integrierten Schaltkreis des Halbleiterkörpers 203 und/oder mit den Leitbahnen 313, 323, 333 elektrisch verbunden. Der Halbleiterkörper 203 ist mittels einer Fixierschicht 503 an einer Oberfläche 123 in der ersten grabenförmigen Ausformung 113 an dem ersten Gehäuseteil 103 fixiert. Das weitere Element 703 kann ebenfalls mittels einer Fixierschicht an der Oberfläche 123 in der ersten grabenförmigen Ausformung 113 fixiert sein. Die erste grabenförmige Ausformung 113 ist mittels einer Füllmasse 403 verfüllt. Die Leitbahnen 313, 323, 333 sind an die Außenfläche 133 geführt.
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Das weitere Element 703 ist beispielsweise ein weiterer Halbleiterkörper mit einer weiteren integrierten Schaltung. Beide Halbleiterkörper können zu Kontaktierung 2-dimensional verdrahtet werden. Die Anordnung des weiteren Elements 703 ermöglicht die Integration mehrerer gleichartiger (intelligenter) Halbleitersensoren mit übereinander liegender Wirkachse. Vorzugsweise ist das weitere Element 703 ein passives Element, wie beispielsweise ein Kondensator, eine Spule oder ein Widerstand.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten der 1a bis 4e beschränkt. In den Figuren ist die Füllmasse 400, 401, 402, 403 durchsichtig dargestellt. Bevorzugt ist die Füllmasse 400, 401, 402, 403 lichtundurchlässig. Ebenfalls ist es möglich, die Form der ersten grabenförmigen Ausformung anders auszubilden. Ebenfalls ist es möglich, dass mehrere grabenförmige Ausformungen auf derselben Seite des ersten Gehäuseteils vorgesehen sind. Die Funktionalität des elektrischen Bauelementes gemäß 1a kann besonders vorteilhaft für einen Magnetfeldsensor verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 101, 102, 103
- Gehäuseteil
- 110, 111, 112, 113
- Grabenförmige Ausformung
- 120, 121, 122, 123
- Oberfläche
- 130, 131, 132, 133
- Außenfläche
- 140, 150
- Grabenförmige Ausformung
- 200, 201, 202, 203
- Halbleiterkörper
- 310, 320, 330, 311, 321, 331, 312, 322, 332, 313, 323, 333
- Leitbahn
- 400, 401, 402, 403
- Füllmasse
- 500, 501, 502, 503
- Fixierschicht
- 601
- Dauermagnet
- 703
- Passives Element
