DE102015219824A1 - Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe und Elektronische Baugruppe - Google Patents

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Philipp Schlosser
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Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird ein elektronisches Bauelement (62) in ein Gehäusematerial (40) eingebettet. Eine Pufferschicht (60) wird auf dem Gehäusematerial (40) ausgebildet. Eine Metallschicht (44) wird auf einer von dem Gehäusematerial (40) abgewandten Seite der Pufferschicht (60) ausgebildet. Eine Ausnehmung (50) zum Kontaktieren der Metallschicht (44) wird ausgebildet, indem mittels eines Lasers (48) bei einer ersten Energie das Gehäusematerial (40) in einem vorgegebenen Bereich (46) so entfernt wird, dass in dem vorgegebenen Bereich (46) die Pufferschicht (60) freigelegt ist, und indem mittels eines Lasers (58) bei einer zweiten Energie, die kleiner ist als die erste Energie, die Pufferschicht (60) in dem freigelegten Bereich so entfernt wird, dass die Metallschicht (44) darin freigelegt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe und eine elektronische Baugruppe.
  • Eine herkömmliche elektronische Baugruppe weist ein elektronisches Bauelement auf, das in einem Gehäusematerial eingebettet ist, so dass von dem Gehäusematerial ein Gehäuse für das elektronische Bauelement gebildet ist. Das elektronische Bauelement kann ganz oder teilweise in dem Gehäusematerial eingebettet sein. Das elektronische Bauelement kann beispielsweise ein Chip, insbesondere ein Halbleiter-Chip, beispielsweise ein LED-Chip, eine ESD-Diode, ein Mikro-Chip, ein Speicherelement oder ein Mikroprozessor sein. Das Gehäusematerial kann beispielsweise Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz und/oder Silikon, aufweisen oder davon gebildet sein. Das Gehäusematerial kann ein Trägermaterial und ein Füllmaterial, das in das Trägermaterial eingebettet ist, aufweisen. Das Füllmaterial kann beispielsweise Partikel, beispielsweise kugelförmige, und/oder Fäden oder Drähte und/oder ein Gewebe aufweisen. Das Gehäuse kann eine Ausnehmung zum elektrischen und/oder thermischen Kontaktieren des elektronischen Bauelements aufweisen.
  • Zum Ausbilden der Ausnehmung kann das Gehäusematerial lokal, insbesondere innerhalb eines vorgegebenen Bereichs des Gehäusematerials, entfernt werden, so dass Anschlussflächen zum Kontaktieren des elektronischen Bauelements freigelegt werden, um das eingebettete elektronische Bauelement und/oder eine Leiterbahn, die mit dem elektronischen Bauelement kontaktiert ist und/oder auf dem Gehäusematerial aufgebracht ist, elektrisch zu kontaktieren. Das Gehäusematerial kann zum Ausbilden der Ausnehmung in dem vorgegebenen Bereich mittels eines Lasers, insbesondere eines Laserstrahls, entfernt werden. Das elektronische Bauelement selbst und/oder gegebenenfalls eine oder mehrere Leiterbahnen dürfen durch den Laserprozess nicht oder nur in sehr geringen Maße angelasert bzw. beschädigt werden. Falls eine Metallschicht, die mittels des Lasers freigelegt werden soll, relativ dick ist, so kann eine geringe Beschädigung durch den Laser unkritisch sein. Falls die Metallschicht jedoch relativ dünn ist, so kann schon eine geringe Beschädigung zu einem kritischen Fehler führen. Eine Schwierigkeit ergibt sich dabei dadurch, dass die Metallschichten, beispielsweise aus Kostengründen oder Platzgründen, nicht beliebig dick sein können. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass das Gehäusematerial mit Füllstoffen, insbesondere Partikeln, beispielsweise Kugeln, Fäden und/oder Gewebe, beispielsweise aus Ti02, Fused Silika oder Glasfasern, aufweisen kann. Falls die Füllstoffe in dem freizulegenden Bereich in direktem körperlichen Kontakt mit der Metallschicht sind, so kann es passieren, dass in dem Laserprozess die Füllstoffe mit einer relativ hohen Energie gelöst werden und dass dabei die Füllstoffe einen Teil der Metallschicht mit auslösen, wodurch die Beschädigung der Metallschicht größer ist, als bei einem Gehäusematerial ohne Füllstoffe. Des Weiteren sind die Füllstoffe meist nicht homogen in einem Trägermaterial des Gehäusematerials verteilt. Dies kann insbesondere dazu führen, dass die Homogenität des Gehäusematerials an der zu öffnenden Stelle von Position zu Position und von Gehäuse zu Gehäuse unterschiedlich ist, weswegen es schwierig bis unmöglich ist, den Laserprozess derart einzustellen, dass selbst bei einer sehr dünnen Metallschicht keine kritische Beschädigung beim Ausbilden der Ausnehmung entsteht.
  • Aus diesen Gründen wird, beispielsweise in der Leiterplattenbranche, beim Erzeugen von Durchkontaktierungen, sogenannten „blind vias“, mit Lasersystemen im langwelligen infraroten Wellenlängenbereich (IR, z.B. A = 10.6 µm) mit gepulsten Lasern im Pikosekunden-Pulsbereich standardmäßig auf relativ dicken Kupferlagen, beispielsweise mit Dicken größer 12 µm, gestoppt. Bei einer derartigen Metallschicht kann eine gewisse Beschädigung unkritisch und akzeptabel sein. Die entsprechende Kupferschicht wird anschließend in der so entstandenen Ausnehmung mit Metall belegt, um eine elektrisch leitfähige Durchkontaktierung zu erzeugen. Derartige Lasersysteme im langen IR-Wellenlängenbereich tragen das Metall der Metallschicht nicht direkt durch die Laserstrahlung ab, insbesondere wird der Laser reflektiert, sondern durch die dabei entstehende Wärme. Dadurch kann das Leiterplattenmaterial (z.B. FR4) selektiv abgetragen werden. Jedoch wird während des Prozesses eine hohe thermische Energie eingetragen, welche auch die Metallschicht beschädigen kann. Um eine gewisse mechanische Stabilität und die nötige Wärmeabfuhr zu gewährleisten, hat die Metallschicht eine Mindeststärke, beispielsweise größer 5 µm.
  • Alternativ zu IR-Lasern werden Systeme im UV- oder grünen Wellenspektrum im UKP(Ultra-Kurz-Puls)-Bereich eingesetzt, beispielsweise im ns-, ps- oder fs-Pulslängenbereich. Hier wird keine oder nur sehr geringe thermische Energie in das Material eingetragen, was auch als kalter Abtrag bezeichnet wird, die Pulsspitzenleistungen wiederum können jedoch sehr hoch sein. Mit diesen Systemen kann durch präzise Parametrisierung des Prozesses in der Metallschicht selbst gestoppt werden.
  • Beide im Vorhergehenden beschriebenen Ansätze verlangen gleichbleibende Materialdicken und gleichbleibende Materialfüllgrade der Füllstoffe, um einen wiederholgenauen Prozess zu gewährleisten.
  • Falls das elektronische Bauelement eine LED ist, so gestaltet sich der Prozess beim Laserstopp auf der Rückseite der LED noch komplexer. LEDs weisen in der Regel für Lot- oder Klebeprozesse sehr dünne Metallschichten, beispielsweise kleiner 0,5 µm, auf den Rückseiten auf. Darunter befindet sich das Substratmaterial der LED, beispielsweise Silizium oder Germanium. Würde eine Ausnehmung, zum rückseitigen Kontaktieren der LED mittels eines herkömmlichen Laserprozesses ausgebildet werden, so könnte die Metallisierung beschädigt werden und der Laser könnte direkt in das Substrat gelangen und gegebenenfalls die optisch aktiven Schichten beschädigen. Eine rückseitige Kontaktierung von LEDs per Laserstopp ist daher nicht bekannt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe bereitzustellen, das besonders schnell, mit besonders wenig Material und/oder besonders kostengünstig durchgeführt werden kann.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Baugruppe bereitzustellen, besonders geringem Materialaufwand und/oder besonders kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, bei dem: ein elektronisches Bauelement in ein Gehäusematerial eingebettet wird; eine Pufferschicht auf dem Gehäusematerial ausgebildet wird; eine Metallschicht auf einer von dem Gehäusematerial abgewandten Seite der Pufferschicht ausgebildet wird; und eine Ausnehmung zum Kontaktieren der Metallschicht ausgebildet wird, indem mittels eines Lasers bei einer ersten Energie das Gehäusematerial in einem vorgegebenen Bereich so entfernt wird, dass in dem vorgegebenen Bereich die Pufferschicht freigelegt ist, und indem mittels eines Lasers bei einer zweiten Energie, die kleiner ist als die erste Energie, die Pufferschicht in dem freigelegten Bereich so entfernt wird, dass die Metallschicht in der Ausnehmung freigelegt ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird das elektronische Bauelement so in das Gehäusematerial eingebettet, dass es nachfolgend an einer ersten Seite des Gehäusematerials angeordnet ist, und die Pufferschicht wird auf der ersten Seite des Gehäusematerials ausgebildet. Insbesondere kann das elektronische Bauelement so in das Gehäusematerial eingebettet werden, dass ein Kontakt, beispielsweise ein thermischer und/oder elektrischer Kontakt, des elektronischen Bauelements auf der ersten Seite des Gehäusematerials freigelegt ist. Auf derselben Seite des Gehäusematerials wird die Pufferschicht so aufgebracht, dass der freiliegende Kontakt des elektronischen Bauelements zumindest teilweise frei von der Pufferschicht bleibt. Auf dem Kontakt und auf der Pufferschicht wird die Metallschicht ausgebildet. Nachfolgend kann die Ausnehmung ausgehend von einer zweiten Seite des Gehäusematerials, die von der ersten Seite abgewandt ist, zunächst in dem Gehäusematerial und dann in der Pufferschicht ausgebildet werden, so dass die Metallschicht von der zweiten Seite des Gehäusematerials aus zugänglich und insbesondere kontaktierbar, beispielsweise thermisch und/oder elektrisch kontaktierbar wird.
  • Die erste Seite des Gehäusematerials kann Teil einer ersten Seite des Gehäuses sein oder diese bilden. Die erste Seite des Gehäuses kann beispielsweise eine Vorderseite des Gehäuses sein. Die zweite Seite des Gehäusematerials kann Teil einer zweiten Seite des Gehäuses sein oder diese bilden. Die zweite Seite des Gehäuses kann beispielsweise eine Rückseite des Gehäuses sein. Somit ist das auf der Vorderseite des Gehäuses angeordnete elektronische Bauelement von der Rückseite des Gehäuses aus zugänglich bzw. kontaktierbar.
  • Ferner kann das elektronische Bauelement zunächst auf einem Substrat angeordnet werden und auf dem Substrat so in das Gehäusematerial eingebettet werden, dass der Kontakt zumindest teilweise auf der von dem Substrat abgewandten ersten Seite des Gehäusematerials freigelegt ist. Die Ausnehmung kann dann von einer Rückseite des Substrats, die von dem elektronischen Bauelement abgewandt ist, durch das Substrat, das Gehäusematerial und die Pufferschicht hindurch ausgebildet werden, sodass die Metallschicht von der Rückseite des Substrats aus zugänglich wird und das elektronische Bauelement von der Rückseite des Substrats aus zugänglich ist und/oder kontaktiert, insbesondere thermisch und/oder elektrisch kontaktiert, werden kann.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird das elektronische Bauelement so in das Gehäusematerial eingebettet, dass es nachfolgend an einer ersten Seite des Gehäusematerials angeordnet ist, und die Pufferschicht wird auf einer zweiten Seite des Gehäusematerials ausgebildet, die von der ersten Seite des Gehäusematerials abgewandt ist. Dabei kann der Kontakt an der ersten Seite des Gehäusematerials zumindest teilweise freiliegen und die Ausnehmung kann von der ersten Seite des Gehäusematerials aus in dem Gehäusematerial und der Pufferschicht ausgebildet werden, so dass die Metallschicht, die bezogen auf das Gehäusematerial auf der zweiten Seite des Gehäusematerials liegt, von der ersten Seite des Gehäusematerials aus zugänglich und/oder kontaktierbar wird. Nachfolgend kann eine Leiterbahn von dem Kontakt auf der ersten Seite des Gehäusematerials über die Ausnehmung hin zu der Metallschicht geführt werden. Das auf der Vorderseite des Gehäuses angeordnete elektronische Bauelement ist dann von der Rückseite des Gehäuses zugänglich und/oder thermisch und/oder elektrisch kontaktierbar.
  • Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, bei dem: ein elektronisches Bauelement bereitgestellt wird, das zum Kontaktieren des elektronischen Bauelements eine Metallschicht aufweist; auf der Metallschicht eine Pufferschicht ausgebildet wird; das Bauelement derart in ein Gehäusematerial eingebettet wird, dass die Pufferschicht zwischen der Metallschicht und dem Gehäusematerial angeordnet ist; und eine Ausnehmung zum Kontaktieren der Metallschicht ausgebildet wird, indem mittels eines Lasers bei einer ersten Energie das Gehäusematerial in einem vorgegebenen Bereich so entfernt wird, dass in dem vorgegebenen Bereich die Pufferschicht freigelegt ist, und indem mittels eines Lasers bei einer zweiten Energie, die kleiner ist als die erste Energie, die Pufferschicht in dem freigelegten Bereich so entfernt wird, dass die Metallschicht in der Ausnehmung freigelegt ist.
  • Somit wird gemäß einem der im Vorhergehenden erläuterten Verfahren die Ausnehmung, insbesondere ein Via, mit einer für das Gehäusematerial angepassten Fluenz, insbesondere Energiedichte, welche zu der ersten Energie korrespondiert, bis zu der entsprechenden Pufferschicht mittels des Lasers ausgebildet. Fortführend wird die Fluenz an die Ablationsschwelle der Pufferschicht, beispielsweise des verwendeten Polymers, angepasst und die Ausnehmung wird mit der angepassten Fluenz, insbesondere der zweiten Energiedichte, die zu der zweiten Energie korrespondiert, bis zu der entsprechenden Metallschicht, welche kontaktiert werden soll, mittels des Lasers ausgebildet. Das Material der Pufferschicht wird dabei so gewählt, dass es eine geringere Ablationsschwelle als das abzutragende Gehäusematerial aufweist, und dient deshalb als vertikale Pufferzone. Als Material für die Pufferschicht eignet sich beispielsweise ein ungefülltes Poylmer, wie beispielsweise Silikon oder Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz.
  • Die erste Energie, insbesondere die erste Energiedichte, kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,1 J/cm2 bis 76,4 J/cm2, beispielsweise von 3,2 J/cm2 bis 22,3 J/cm2, beispielsweise von 6,4 J/cm2 bis 19,1 J/cm2.
  • Die zweite Energie, insbesondere die zweite Energiedichte, kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,01 J/cm2 bis 75,4 J/cm2, beispielsweise von 2,2 J/cm2 bis 21,3 J/cm2, beispielsweise von 5,4 J/cm2 bis 18,1 J/cm2.
  • Das Lasersystem, das den Laser bei der ersten Energie erzeugt, kann ein anderes Lasersystem sein als das, das den Laser bei der zweiten Energie erzeugt. Alternativ dazu kann mittels eines Lasersystems der Laser bei der ersten Energie und der Laser bei der zweiten Energie erzeugt werden. Dies ist beispielsweise mit einem sehr genau justierbaren Lasersystem möglich. Das bzw. die Lasersysteme können beispielsweise aufweisen: einen UKP-Laser, der im Grünen Wellenlängenspektrum, beispielsweise bei 532 nm, emittiert; einen CO2-Laser, der im fernen Infrarot-Bereich, beispielsweise bei einer Wellenlänge von 10,6 µm, und/oder Impulse im Mikrosekundenbereich emittiert; und/oder einen UV-Laser, der im Ultraviolett-Bereich, beispielsweise bei 350 nm, und/oder Pulse im Pikosekundenbereich emittiert, beispielsweise einen Dioden Laser.
  • Die Pufferschicht zwischen der Metallschicht und dem Gehäusematerial ermöglicht, auf eine besonders große Dicke bei der Metallschicht und/oder auf eine oder mehrere zusätzliche Metallschichten verzichten zu können, ohne eine kritische Beschädigung der Metallschicht zu riskieren. Insbesondere kann beim Ausbilden der Ausnehmung ein präzises Stoppen des Lasers auf der Metallschicht, beispielsweise einer dünnen Leiterbahn und/oder einem Kontakt des elektronischen Bauelements, erreicht werden, ohne zusätzliche und/oder dicke Metallschichten aufbringen zu müssen und/oder das elektronische Bauelement zu beschädigen. Außerdem kann die Pufferschicht als Verbindung zwischen dem elektronischen Bauelement und dem Gehäusematerial benutzt werden. Die Pufferschicht kann abhängig von dem dafür verwendeten Material einfacher ausgebildet werden als eine dicke Metallschicht, beispielsweise bei der Verwendung eines Polymers für die Pufferschicht durch Aufschleudern („spin coating“), Aufsprühen, Eintauchen o.ä. Insgesamt kann das Verfahren besonders schnell durchgeführt werden, insbesondere in einer besonders kurzen Prozesszeit, es kann besonders wenig Material verwendet werden, insbesondere besonders wenig Metall, und/oder es können Kosten bei dem Durchführen des Verfahrens gespart werden.
  • Falls das Gehäusematerial Füllstoffe aufweist, so verhindert die Pufferschicht, dass sich die Füllstoffe direkt an der freizulegenden Fläche der Metallschicht befinden. Durch das Fehlen der Füllstoffe in der Pufferschicht kann der Laserprozess so gesteuert werden, dass zum Boden der Ausnehmung hin, welcher von der Metallschicht gebildet wird, der Energieeintrag mittels des Lasers verringert wird und eine Beschädigung des Metalls besonders gering gehalten oder sogar vermieden wird. Insbesondere werden die Füllstoffe nicht mehr mit einer hohen Energie von der Metallschicht gelöst und können somit nicht mehr zu einer Beschädigung der Metallschicht führen.
  • Das Gehäusematerial bildet ein Gehäuse der elektronischen Baugruppe. Die elektronische Baugruppe kann beispielsweise als Chip-Package oder als LED-Package bezeichnet werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird das elektronische Bauelement mittels der Metallschicht über die Ausnehmung kontaktiert wird. Beispielsweise kann die Metallschicht auf derselben Seite des Gehäuses wie das elektronische Bauelement angeordnet sein und als Kontaktierung zwischen dem Kontakt des elektronischen Bauelements und der Durchkontaktierung in der Ausnehmung dienen. Alternativ dazu kann die Metallschicht auf einer anderen Seite des Gehäuses wie das elektronische Bauelement angeordnet sein und mittels der Durchkontaktierung mit dem elektronischen Bauelement kontaktiert sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird das elektronische Bauelement mittels der Metallschicht über die Ausnehmung elektrisch kontaktiert wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung wird das elektronische Bauelement mittels der Metallschicht über die Ausnehmung thermisch kontaktiert. Die thermische Kontaktierung kann elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgebildet sein. Beispielsweise kann die thermische Kontaktierung mittels eines gut wärmeleitenden Dielektrikums gebildet sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung hat das Gehäusematerial eine Dicke in einem Bereich von 2000 µm bis 30 µm, beispielsweise von 1000 µm bis 50 µm, beispielsweise von 800 µm bis 100 µm. Die Dicke des Gehäusematerials wird vorzugsweise von der ersten Seite des Gehäusematerials hin zu der zweiten Seite des Gehäusematerials, insbesondere orthogonal zu einer Oberfläche der ersten Seite des Gehäusematerials bzw. der zweiten Seite des Gehäusematerials gemessen.
  • Gemäß einer Weiterbildung hat die Pufferschicht eine Dicke hat in einem Bereich von 200 µm bis 0,5 µm, beispielsweise von 25 µm bis 3 µm, beispielsweise von 15 µm bis 4 µm. Die Dicke der Pufferschicht kann beispielsweise einem Abstand zwischen der Metallschicht und dem Gehäusematerial entsprechen. Die Pufferschicht kann beispielsweise ein Dielektrikum sein. Die Pufferschicht kann beispielsweise Kunststoff (Polymer), beispielsweise Fotolack, Acryl und/oder Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz, aufweisen. Die Pufferschicht kann beispielsweise mittels Aufschleuderns, Aufsprühens oder mittels eines Druckverfahrens ausgebildet werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung hat die Metallschicht eine Dicke in einem Bereich von 15 µm bis 0,2 µm, beispielsweise von 10 µm bis 0,5 µm, beispielsweise von 5 µm bis 1 µm. Die Metallschicht mit der derart geringen Dicke wird in dieser Patentanmeldung auch kurz als dünne Metallschicht bezeichnet. Die Metallschicht kann beispielsweise eine Metallschichtstruktur sein, die mehrere Teilschichten aufweist. Die Metallschicht bzw. gegebenenfalls die Teilschichten können als unterste Lage eine Haftschicht aufweisen. Die Metallschicht bzw. gegebenenfalls die Teilschichten können beispielsweise Titan, Chrom, Kupfer, Nickel, Aluminium, Palladium und/oder Gold aufweisen oder davon gebildet sein.
  • Gemäß einer Weiterbildung weist das Gehäusematerial ein Trägermaterial und ein Füllmaterial auf. Das Trägermaterial kann beispielsweise ein Moldmaterial, Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz, und/oder Silikon aufweisen oder davon gebildet sein. Das Füllmaterial kann beispielsweise Partikel, beispielsweise Kugeln, fadenartige Strukturen, beispielsweise Fäden oder Drähte, oder ein Gewebe aufweisen oder davon gebildet sein. Das Füllmaterial kann beispielsweise Glas, aromatische Polyamide und/oder Kohlefasern aufweisen oder davon gebildet sein.
  • Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch die elektronische Baugruppe mit dem elektronischen Bauelement, das in das Gehäusematerial eingebettet ist, der Pufferschicht, die auf dem Gehäusematerial ausgebildet ist, der Metallschicht, die auf der von dem Gehäusematerial abgewandten Seite der Pufferschicht ausgebildet ist, und der Ausnehmung zum Kontaktieren der Metallschicht, wobei sich die Ausnehmung innerhalb des vorgegebenen Bereichs derart durch das Gehäusematerial und die Pufferschicht erstreckt, dass die Metallschicht in der Ausnehmung frei von dem Gehäusematerial und der Pufferschicht ist.
  • Die im Vorhergehenden im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Herstellen der elektronischen Baugruppe erläuterten technischen Effekte und Vorteile sowie die Parameter und Parameterbereiche der einzelnen Strukturen können ohne weiteres auf die elektronische Baugruppe übertragen werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist das elektronische Bauelement an der ersten Seite des Gehäusematerials angeordnet und die Pufferschicht ist auf der ersten Seite des Gehäusematerials ausgebildet.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist das elektronische Bauelement an der ersten Seite des Gehäusematerials angeordnet und die Pufferschicht ist auf einer zweiten Seite des Gehäusematerials ausgebildet, die von der ersten Seite des Gehäusematerials abgewandt ist.
  • Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch die elektronische Baugruppe mit: dem elektronischen Bauelement, das zum Kontaktieren des elektronischen Bauelements die Metallschicht aufweist; der Pufferschicht, die auf der Metallschicht ausgebildet ist, wobei das Bauelement derart in das Gehäusematerial eingebettet ist, dass die Pufferschicht zwischen der Metallschicht und dem Gehäusematerial angeordnet ist; und der Ausnehmung zum Kontaktieren der Metallschicht, wobei sich die Ausnehmung innerhalb des vorgegebenen Bereichs derart durch das Gehäusematerial und die Pufferschicht erstreckt, dass die Metallschicht in der Ausnehmung frei von dem Gehäusematerial und der Pufferschicht ist.
  • Die im Vorhergehenden im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Herstellen der elektronischen Baugruppe erläuterten technischen Effekte und Vorteile sowie die Parameter und Parameterbereiche der einzelnen Strukturen können ohne weiteres auf die elektronische Baugruppe übertragen werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung einer herkömmlichen Schichtenstruktur einer herkömmlichen elektronischen Baugruppe vor dem Ausbilden einer herkömmlichen Ausnehmung;
  • 2 eine Schnittdarstellung der Schichtenstruktur gemäß 1 nach dem Ausbilden der herkömmlichen Ausnehmung;
  • 3 eine Schnittdarstellung einer herkömmlichen Schichtenstruktur einer fiktiven Baugruppe nach dem Ausbilden einer herkömmlichen Ausnehmung;
  • 4 eine Schnittdarstellung einer Schichtenstruktur eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Baugruppe vor dem Ausbilden einer Ausnehmung;
  • 5 eine Schnittdarstellung der Schichtenstruktur gemäß 4 während dem Ausbilden der Ausnehmung;
  • 6 eine Schnittdarstellung der Schichtenstruktur gemäß 4 nach dem Ausbilden der Ausnehmung;
  • 7 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Baugruppe;
  • 8 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Baugruppe;
  • 9 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Baugruppe;
  • 10 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe;
  • 11 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • Eine elektronische Baugruppe kann ein, zwei oder mehr elektronische Bauelemente, beispielswiese optoelektronische Bauelemente, ein Gehäuse, das von einem Gehäusematerial gebildet ist und das zumindest teilweise das bzw. die elektronischen Bauelemente umgibt, und ein, zwei oder mehr mit Metallschichten und/oder Leiterbahnen zum elektrischen Kontaktieren der elektronischen Bauelemente aufweisen. Ein elektronisches Bauelement kann beispielsweise ein aktives und/oder ein passives Bauelement aufweisen. Ein aktives elektronisches Bauelement kann beispielsweise eine Recheneinheit, beispielsweise eine integrierte Schaltung, einen Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessor, eine Speichereinheit, eine Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder einen Transistor aufweisen. Ein passives elektronisches Bauelement kann beispielsweise einen Kondensator, einen Widerstand, eine Diode oder eine Spule aufweisen.
  • Ein optoelektronisches Bauelement kann ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement oder ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Bauelement sein. Ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Bauelement kann beispielsweise eine Solarzelle sein. Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Halbleiter-Bauelement sein und/oder als eine elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als eine organische elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als ein elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor oder als ein organischer elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor ausgebildet sein. Die Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht sein. In diesem Zusammenhang kann das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement beispielsweise als Licht emittierende Diode (light emitting diode, LED) als organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED), als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein.
  • 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer herkömmlichen Schichtenstruktur einer herkömmlichen elektronischen Baugruppe vor dem Ausbilden einer herkömmlichen Ausnehmung. Die herkömmliche Schichtenstruktur weist ein herkömmliches Gehäusematerial 20 auf. Das herkömmliche Gehäusematerial 20 weist ein herkömmliches Trägermaterial auf, das auch als Matrixmaterial bezeichnet werden kann. Das herkömmliche Gehäusematerial 20 eignet sich zum Bilden eines Gehäuses der herkömmlichen elektronischen Baugruppe und/oder zum Einbetten und/oder Aufnehmen eines in den Figuren nicht dargestellten elektronischen Bauelements. Das herkömmliche Gehäusematerial 20 weist eine erste Seite 34 und eine von der ersten Seite 34 abgewandte zweite Seite 36 auf.
  • In das herkömmliche Gehäusematerial 20, insbesondere in das herkömmliche Trägermaterial, ist ein herkömmliches Füllmaterial 22 eingebettet. Das herkömmliche Füllmaterial 22 kann beispielsweise Kugeln und/oder Glas aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Auf dem Gehäusematerial 20, in 1 unter dem Gehäusematerial 20, insbesondere an der zweiten Seite 36 des herkömmlichen Gehäusematerials 20 ist eine herkömmliche Metallschicht 24 ausgebildet. Eine der Kugeln des herkömmlichen Füllmaterials 22 hat direkten körperlichen Kontakt zu der Metallschicht 24. Die herkömmliche Metallschicht 24 eignet sich zum elektrischen Kontaktieren des herkömmlichen elektronischen Bauelements. Die herkömmliche Metallschicht 24 weist eine erste Dicke D1 von beispielsweise ca. 12 µm auf.
  • In einem vorgegebenen Bereich 26 soll mittels eines herkömmlichen Lasers 28, beispielsweise einem herkömmlichen Laserstrahl, eine herkömmliche Ausnehmung 30 (siehe 2) gebildet werden, wobei in 1 lediglich die Ränder der herkömmlichen Ausnehmung 30 mittels gestrichelter Linien angedeutet sind. Der herkömmliche Laser 28 kann beispielsweise mittels eines herkömmlichen Lasersystems im langwelligen Infrarot-Wellenlängenbereich, beispielsweise bei einer Wellenlänge von 10,6 µm, mit Laserpulsen im Mikrosekundenbereich erzeugt werden.
  • 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Schichtenstruktur gemäß 1 nach dem Ausbilden der herkömmlichen Ausnehmung 30. Bei dem Ausbilden der herkömmlichen Ausnehmung 30 wurde die Kugel des herkömmlichen Füllmaterials 22, die direkten körperlichen Kontakt zu der herkömmlichen Metallschicht 24 hatte, derart aus dem vorgegebenen Bereich 26 entfernt, dass ein Teil der herkömmlichen Metallschicht 24 von ihr mitgerissen wurde, so dass eine Beschädigung 32 der herkömmlichen Metallschicht 24 entstanden ist. Aufgrund der großen Dicke der herkömmlichen Metallschicht 24 ist die Beschädigung 32 bei der herkömmlichen elektronischen Baugruppe jedoch unkritisch und unproblematisch.
  • 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer fiktiven Schichtenstruktur einer fiktiven Baugruppe nach dem Ausbilden der herkömmlichen Ausnehmung 30 in dem herkömmlichen Gehäusematerial 20. Die fiktive Schichtenstruktur entspricht weitgehend der im Vorhergehenden erläuterten herkömmlichen Schichtenstruktur, wobei im Gegensatz dazu die herkömmliche Metallschicht 24 lediglich eine zweite Dicke D2 aufweist, die beispielsweise ungefähr 5 µm dick oder dünner ist. Bei einer derart dünnen herkömmlichen Metallschicht 24 kann die Beschädigung 32 dazu führen, dass die herkömmliche Metallschicht 24 stark, kritisch, und/oder problematisch beschädigt ist, beispielsweise derart, dass im Bereich der Beschädigung 32 die herkömmliche Metallschicht 24 ein durchgehendes Loch hat.
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung einer Schichtenstruktur eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Baugruppe vor dem Ausbilden einer Ausnehmung 50 (siehe 5). Die Schichtenstruktur weist ein Gehäusematerial 40 auf. Das Gehäusematerial 40 weist ein Trägermaterial auf, das auch als Matrixmaterial bezeichnet werden kann. Das Gehäusematerial 40 eignet sich zum Bilden eines Gehäuses der elektronischen Baugruppe und/oder zum Einbetten und/oder Aufnehmen eines in den 7 bis 9 dargestellten elektronischen Bauelements 62. Das Gehäusematerial 40 weist eine erste Seite 34 und eine von der ersten Seite 34 abgewandte zweite Seite 36 auf. Das Gehäusematerial 40 kann beispielsweise Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz und/oder Silikon, aufweisen oder davon gebildet sein. Das Gehäusematerial hat eine dritte Dicke D3 in einem Bereich von 2000 µm bis 30 µm, beispielsweise von 1000 µm bis 50 µm, beispielsweise von 800 µm bis 100 µm.
  • In das Gehäusematerial 40, insbesondere in das Trägermaterial, ist Füllmaterial 42 eingebettet. Das Füllmaterial 42 kann beispielsweise Partikel, beispielsweise kugelförmige, beispielsweise Kugeln, und/oder fadenförmige Strukturen, beispielsweise Fäden oder Drähte, und/oder ein Gewebe aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Füllmaterial 42 kann beispielsweise Glas, Ti02, Fused Silika oder Glasfasern aufweisen oder daraus gebildet sein.
  • Auf dem Gehäusematerial 40, in 4 unter dem Gehäusematerial 40, insbesondere an der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 ist eine Pufferschicht 60 ausgebildet. Die Pufferschicht 60 kann ein Dielektrikum sein. Die Pufferschicht 60 kann beispielsweise Silikon und/oder Kunststoff, beispielsweise Fotolack, Acryl und/oder ein Polymer aufweisen, beispielsweise Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz. Die Pufferschicht 60 kann frei von Füllmaterial sein. Die Pufferschicht 60 hat beispielsweise eine vierte Dicke D4 in einem Bereich von 200 µm bis 0,5 µm, beispielsweise von 25 µm bis 3 µm, beispielsweise von 15 µm bis 4 µm. Die Pufferschicht 60 kann beispielsweise mittels Aufschleuderns, Aufsprühens oder mittels eines Druckverfahrens auf dem Gehäusematerial 40 ausgebildet werden. Eine der Kugeln des Füllmaterials 42 hat direkten körperlichen Kontakt zu der Pufferschicht 60.
  • Auf einer von dem Gehäusematerial 40 abgewandten Seite der Pufferschicht 60 ist eine Metallschicht 44 ausgebildet. Die Metallschicht 44 eignet sich zum elektrischen Kontaktieren des elektronischen Bauelements 62. Die Metallschicht 44 weist die zweite Dicke D2 auf, die beispielsweise in einem Bereich liegt von 15 µm bis 0,2 µm, beispielsweise von 10 µm bis 0,5 µm, beispielsweise von 5 µm bis 1 µm. Die Metallschicht 44 kann beispielsweise eine Metallschichtstruktur sein, die mehrere Teilschichten aufweist. Die Metallschicht 44 bzw. gegebenenfalls die Teilschichten können als unterste Lage eine Haftschicht aufweisen. Die Metallschicht 44 bzw. gegebenenfalls die Teilschichten können beispielsweise Titan, Chrom, Kupfer, Nickel, Aluminium, Palladium und/oder Gold aufweisen oder davon gebildet sein.
  • In einem vorgegebenen Bereich 46 soll mittels eines Lasers 48, beispielsweise einem Laserstrahl, eine Ausnehmung 50 (siehe 5) in dem Gehäusematerial 40 ausgebildet werden, wobei in 4 lediglich die Ränder der Ausnehmung 30 mittels gestrichelter Linien angedeutet sind. Der Laser 48 kann beispielsweise mittels eines Lasersystems im langwelligen Infrarot-Wellenlängenbereich, insbesondere einem CO2-Laser, beispielsweise bei einer Wellenlänge von 10,6 µm, mit Laserpulsen im Mikrosekundenbereich erzeugt werden. Der Laser 48 kann alternativ dazu mittels eines UKP-Lasers erzeugt werden, der im Wellenlängenbereich des grünen Lichts, beispielsweise bei 532 nm, emittiert.
  • Die erste Energie, insbesondere die erste Energiedichte, kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,1 J/cm2 bis 76,4 J/cm2, beispielsweise von 3,2 J/cm2 bis 22,3 J/cm2, beispielsweise von 6,4 J/cm2 bis 19,1 J/cm2. Die zweite Energie, insbesondere die zweite Energiedichte, kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,01 J/cm2 bis 75,4 J/cm2, beispielsweise von 2,2 J/cm2 bis 21,3 J/cm2, beispielsweise von 5,4 J/cm2 bis 18,1 J/cm2.
  • 5 zeigt eine Schnittdarstellung der Schichtenstruktur gemäß 4 während des Ausbildens der Ausnehmung 50. Mittels des Lasers 48 bei der ersten Energie wird die Ausnehmung 50 nur so weit ausgebildet, bis die Pufferschicht 60 darin freigelegt ist. Falls die Kugel des Füllmaterials 42, die die Pufferschicht 60 vor dem Ausbilden der Ausnehmung 50 berührt hat, derart aus der Ausnehmung 50 entfernt wurde, dass die Pufferschicht 60 eine Beschädigung 52 der Pufferschicht 60 aufweist, so ist dies unkritisch, da die Pufferschicht 60 ausreichend dick ist und/oder nachfolgend keine besondere Funktion mehr hat. Jedoch verhindert die Pufferschicht 60 die Beschädigung 32 der Metallschicht 44.
  • Nachfolgend wird die Ausnehmung 50 in dem vorgegebenen Bereich 46 weiter ausgebildet, insbesondere mittels eines Lasers 58 bei einer zweiten Energie. Der Laser 58 bei der zweiten Energie kann mittels eines UV-Lasers, der im Ultraviolett-Bereich, beispielsweise bei 350 nm, und/oder Pulse im Pikosekundenbereich emittiert, beispielsweise mit einem Diodenlaser, erzeugt werden.
  • Das Lasersystem, das den Laser 48 bei der ersten Energie erzeugt, kann ein anderes Lasersystem sein als das, das den Laser 58 bei der zweiten Energie erzeugt. Alternativ dazu kann mittels eines Lasersystems der Laser 48 bei der ersten Energie und der Laser 58 bei der zweiten Energie erzeugt werden. Dies ist beispielsweise mit einem sehr genau justierbaren Lasersystem möglich. Das bzw. die Lasersysteme können zum Erzeugen des Lasers 48 bei der ersten Energie und/oder zum Erzeugen des Lasers 58 bei der zweiten Energie beispielsweise aufweisen: einen UKP-Laser, der im Grünen Wellenlängenspektrum, beispielsweise bei 532 nm, emittiert; den CO2-Laser, der im fernen Infrarot-Bereich, beispielsweise bei einer Wellenlänge von 10,6 µm, und/oder Impulse im Mikrosekundenbereich emittiert; und/oder den UV-Laser, der im Ultraviolett-Bereich, beispielsweise bei 350 nm, und/oder Pulse im Pikosekundenbereich emittiert, beispielsweise den Diodenlaser.
  • In anderen Worten wird die Ausnehmung 50, insbesondere ein Via, mit einer für das Gehäusematerial 40 angepassten Fluenz, insbesondere Strahlungsdichte, welche zu der ersten Energie korrespondiert, bis zu der Pufferschicht 60 mittels des Lasers bei der ersten Energie ausgebildet. Fortführend wird die Fluenz an die Ablationsschwelle der Pufferschicht 60, beispielsweise des verwendeten Polymers, angepasst und die Ausnehmung 50 wird bis zu der Metallschicht 44, welche kontaktiert werden soll, mittels des Lasers bei der zweiten Energie ausgebildet. Das Material der Pufferschicht 60 wird dabei so gewählt, dass es eine geringere Ablationsschwelle als das abzutragende Gehäusematerial 40 aufweist, und dient deshalb als vertikale Pufferzone.
  • 6 zeigt eine Schnittdarstellung der Schichtenstruktur gemäß 4 nach dem Ausbilden der Ausnehmung 50, insbesondere nach dem vollständigen Ausbilden der Ausnehmung 50 und/oder dem Entfernen des Materials der Pufferschicht 60 in dem vorgegebenen Bereich 46. Die Metallschicht 44 ist in der Ausnehmung 50 freigelegt. Die Metallschicht 44 kann nun ausgehend von der ersten Seite 54 des Gehäusematerials 40 über die Ausnehmung 50 kontaktiert, insbesondere thermisch und/oder elektrisch, werden.
  • 7 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Baugruppe. Die elektronische Baugruppe weist eine Schichtenstruktur auf, die im Wesentlichen der mit Bezug zu 6 erläuterten Schichtenstruktur entspricht. Insbesondere weist die elektronische Baugruppe das Gehäusematerial 40 auf, in das das Füllmaterial 42 eingebettet sein kann. Auf der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 ist die Pufferschicht 60 ausgebildet. Auf der von dem Gehäusematerial 40 abgewandten Seite der Pufferschicht 60 ist die Metallschicht 44 ausgebildet. Die Ausnehmung 50 erstreckt sich von der ersten Seite 54 des Gehäusematerials 40 aus hin zu der Metallschicht 44. Die Ausnehmung 50 wurde vorzugsweise in dem mit Bezug zu den 4 bis 6 erläuterten Verfahren, insbesondere in dem zweistufigen Laserprozess, ausgebildet, bei dem die Ausnehmung 50 zunächst mit dem Laser bei der ersten Energie in dem Gehäusematerial 40 und dann mit dem Laser bei der zweiten Energie in der Pufferschicht 60 ausgebildet wurde.
  • Zusätzlich weist die elektronische Baugruppe das elektronische Bauelement 62 auf, das in das Gehäusematerial 40 eingebettet ist. Insbesondere ist das elektronische Bauelement 62 an der ersten Seite 54 so in das Gehäusematerial 40 eingebettet, dass eine Vorderseite des elektronischen Bauelements 62 frei von Gehäusematerial ist und nach außen zeigt und dass Seitenflächen und eine Rückseite des elektronischen Bauelements 62 direkten körperlichen Kontakt zu dem Gehäusematerial 40 haben. An der Vorderseite des elektronischen Bauelements 62 ist ein in den Figuren nicht dargestellter Kontakt ausgebildet, der zum thermischen und/oder elektrischen Kontaktieren des elektronischen Bauelements 62 dient.
  • Das elektronische Bauelement 62 kann beispielsweise dem im Vorhergehenden erläuterten elektronischen Bauelement 62 entsprechen. Das elektronische Bauelement 62 kann beispielsweise ein Chip, insbesondere ein Halbleiter-Chip, beispielsweise ein LED-Chip, eine ESD-Diode, ein Mikro-Chip, ein Speicherelement oder ein Mikroprozessor sein.
  • Eine Leiterbahn 64 erstreckt sich von der Vorderseite des elektronischen Bauelements 62 über das Gehäusematerial 40 durch die Ausnehmung 50 bis hin zu der Metallschicht 44. Die Leiterbahn 24 dient als Kontaktmittel zwischen dem Kontakt des elektronischen Bauelements 62 und der Metallschicht 44. Insbesondere ist das elektronische Bauelement 62 mittels der Leiterbahn 64 thermisch und/oder elektrisch mit der Metallschicht 44 kontaktiert. Die Leiterbahn 64 kann beispielsweise von einer weiteren Metallschicht oder einer Metallisierung gebildet sein. Darüber hinaus kann die Leiterbahn 64 derart ausgebildet sein, dass sie die gesamte Ausnehmung 50 ausfüllt. Die Leiterbahn 64 kann auch als Durchkontaktierung ausgebildet sein oder als Durchkontaktierung bezeichnet werden.
  • Somit ist das elektronische Bauelement 62 an der ersten Seite des Gehäuses der elektronischen Baugruppe angeordnet und an der zweiten Seite des Gehäuses thermisch und/oder elektrisch kontaktiert.
  • Es ist anzumerken, dass die in den Figuren dargestellten Schichtenstrukturen und elektronischen Baugruppen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Beispielsweise kann die Ausnehmung 50 relativ zu dem elektronischen Bauelement 62 deutlich kleiner sein, als in den Figuren dargestellt.
  • 8 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Baugruppe. Die elektronische Baugruppe weist eine Schichtenstruktur auf, die weitgehend der mit Bezug zu 6 erläuterten Schichtenstruktur entspricht, wobei die in 8 gezeigte Schichtenstruktur gegenüber der in 6 gezeigten Schichtenstruktur um 180° gedreht ist. Insbesondere weist die elektronische Baugruppe das Gehäusematerial 40 auf, in das das Füllmaterial 42 eingebettet sein kann. Auf der ersten Seite 56 des Gehäusematerials 40 ist die Pufferschicht 60 ausgebildet.
  • Das elektronische Bauelement 62 kann beispielsweise dem im Vorhergehenden erläuterten elektronischen Bauelement 62 entsprechen. Das elektronische Bauelement 62 ist in das Gehäusematerial 40 eingebettet. Insbesondere ist das elektronische Bauelement 62 an der ersten Seite 54 so in das Gehäusematerial 40 eingebettet, dass die Vorderseite des elektronischen Bauelements 62 frei von Gehäusematerial ist und nach außen zeigt und dass die Seitenflächen und die Rückseite des elektronischen Bauelements 62 direkten körperlichen Kontakt zu dem Gehäusematerial 40 haben. An der Vorderseite des elektronischen Bauelements 62 ist der in den Figuren nicht dargestellte Kontakt ausgebildet, der zum thermischen und/oder elektrischen Kontaktieren des elektronischen Bauelements 62 dient.
  • Auf der von dem Gehäusematerial 40 abgewandten Seite der Pufferschicht 60 ist die Metallschicht 44 ausgebildet. Die Metallschicht 44 ist derart ausgebildet, dass sie sich zumindest teilweise über die Pufferschicht 60 und zumindest teilweise derart über das elektronische Bauelement 62 erstreckt, dass sie in direkten körperlichen Kontakt mit dem Kontakt des elektronischen Bauelements 62 ist und so das elektronische Bauelement 62 thermisch und/oder elektrisch kontaktiert.
  • Das elektronische Bauelement 62 ist auf einem Substrat 66 angeordnet. Das elektronische Bauelement 62 kann beispielsweise mithilfe eines Befestigungsmittels 68 an dem Substrat 66 befestigt sein. Das Befestigungsmittel 68 kann beispielsweise ein Lot oder ein Kleber sein.
  • Die Ausnehmung 50 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel von einer von dem Gehäusematerial 40 abgewandten Seite des Substrats 66 aus hin zu der Metallschicht 44. Somit ist die Ausnehmung 50 auch in dem Substrat 66 ausgebildet.
  • Die Leiterbahn 64 ist auf der von dem Gehäusematerial 40 abgewandten Seite des Substrats 66 ausgebildet und erstreckt sich durch die Ausnehmung 50 hindurch bis hin zu der Metallschicht 44. Die von dem Gehäusematerial 40 abgewandte Seite des Substrats 66 und die Leiterbahn 64 bilden die zweite Seite bzw. die Rückseite des Gehäuses der elektronischen Baugruppe.
  • Beim Herstellen der elektronischen Baugruppe wird zunächst das elektronische Bauelement 62 mithilfe des Befestigungsmittels 68 auf dem Substrat 66 befestigt. Nachfolgend wird das elektronische Bauelement 62 in das Gehäusematerial 40 eingebettet. Dann können nacheinander die Pufferschicht 60 auf dem Gehäusematerial 40 und dann die Metallschicht 44 auf dem elektronischen Bauelement 62 und der Pufferschicht 60 ausgebildet werden.
  • Im Anschluss daran wird die Ausnehmung 50 ausgebildet, beispielsweise wie im Vorhergehenden erläutert mittels des zweistufigen Laserprozesses, wobei die Ausnehmung 50 in dem ersten Schritt mit dem Laser bei der ersten Energie nicht nur in dem Gehäusematerial 40 sondern auch in dem Substrat 66 ausgebildet werden kann und die Ausnehmung 50 in dem zweiten Schritt mit dem Laser bei der zweiten Energie in der Pufferschicht 60 ausgebildet wird, so dass die Metallschicht 44 in der Ausnehmung 50 freiliegt. Alternativ dazu kann ein dreistufiger Laserprozess durchgeführt werden, bei dem zusätzlich zu dem zweistufigen Laserprozess als erstes die Ausnehmung 50 mittels eines Lasers bei einer dritten Energie in dem Substrat 66 ausgebildet wird, wobei der Laser mit der dritten Energie, insbesondere die dritte Energie an sich, an die Ablationsschwelle des Materials des Substrats 66 angepasst sein kann.
  • Somit ist das auf der ersten Seite des Gehäuses der elektronischen Baugruppe freiliegende elektronische Bauelement 62 von der zweiten Seite des Gehäuses aus thermisch und/oder elektrisch kontaktiert.
  • Zusätzlich zu dem elektronischen Bauelement 62 kann optional noch ein weiteres elektronisches Bauelement 70 auf dem Substrat 66 angeordnet sein, beispielsweise mithilfe des Befestigung mittels 68, und/oder in dem Gehäusematerial 40 eingebettet sein. Eine Kontaktierung des Weiteren elektronischen Bauelements 70 ist in 8 nicht dargestellt. Korrespondierend dazu können auch bei den anderen Ausführungsbeispielen ein, zwei oder mehr weitere elektronische Bauelemente 70 angeordnet sein.
  • 9 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektronischen Baugruppe. Die elektronische Baugruppe weist das Gehäusematerial 40 auf, in das das Füllmaterial 42 eingebettet sein kann. Die elektronische Baugruppe weist das elektronische Bauelement 62 auf, das in das Gehäusematerial 40 eingebettet ist. Das elektronische Bauelement 62 kann beispielsweise dem im Vorhergehenden erläuterten elektronischen Bauelement 62 entsprechen. Die Metallschicht 44 ist direkt auf dem elektronischen Bauelement 62 ausgebildet und bildet den thermischen und/oder elektrischen Kontakt des elektronischen Bauelements 62. Alternativ dazu kann die Metallschicht 44 einen Teil des elektronischen Bauelements 62 bilden. Direkt auf der Metallschicht 44, insbesondere in direktem körperlichen Kontakt mit der Metallschicht 44 ist die Pufferschicht 60 ausgebildet. Das elektronische Bauelement 62 ist derart in das Gehäusematerial 40 eingebettet, das in 9 in vertikaler Richtung die Pufferschicht 60 zwischen der Metallschicht 44 und dem Gehäusematerial 40 angeordnet ist.
  • Die Ausnehmung 50 erstreckt sich von der ersten Seite 54 des Gehäusematerials 40 aus durch das Gehäusematerial 40 und die Pufferschicht 60 hindurch bis hin zu der Metallschicht 44.
  • Die Leiterbahn 64 erstreckt sich von der ersten Seite 54 des Gehäusematerials 40 durch die Ausnehmung 50 hindurch bis hin zu der Metallschicht 44. Insbesondere ist die Leiterbahn 64 in direktem körperlichen Kontakt mit der Metallschicht 44. Mittels der Leiterbahn 64 ist das auf der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 angeordnete elektronische Bauelement 62 von der ersten Seite 54 des Gehäusematerials 40 aus thermisch und/oder elektrisch kontaktiert.
  • Das elektronische Bauelement 62 kann so ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass die Vorderseite des elektronischen Bauelements 62 in der Ausnehmung 50 freigelegt ist und die Rückseite des elektronischen Bauelements 62 auf der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 freigelegt ist. Beispielsweise im Falle, dass das elektronische Bauelement ein optoelektronisches Bauelement ist, beispielsweise eine LED oder einer Solarzelle, kann an der Vorderseite, die in der Ausnehmung 50 freigelegt ist, der optisch aktive bzw. optische sensitive Bereich des optoelektronischen Bauelements angeordnet sein, so dass die LED das Licht durch die Ausnehmung 50 hindurch nach außen abstrahlen kann bzw. die Solarzelle das Licht durch die Ausnehmung 50 hindurch empfangen kann.
  • Alternativ dazu kann das elektronische Bauelement 62 so ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass die Rückseite des elektronischen Bauelements 62 in der Ausnehmung 50 freigelegt ist und die Vorderseite des elektronischen Bauelements 62 auf der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials freigelegt ist. Beispielsweise im Falle, dass das elektronische Bauelement ein optoelektronisches Bauelement ist, beispielsweise eine LED oder eine Solarzelle, kann an der Vorderseite, die in der Ausnehmung 50 freigelegt ist, der optisch aktive bzw. optische sensitive Bereich des optoelektronischen Bauelements angeordnet sein, so dass die LED das Licht auf der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 nach außen, also in 9 nach unten, abstrahlen kann bzw. die Solarzelle das Licht auf der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 von außen, also in 9 von unten, empfangen kann.
  • 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe. Die elektronische Baugruppe kann beispielsweise die mit Bezug zu 7 oder die mit Bezug zu 8 erläuterte elektronische Baugruppe sein.
  • In einem optionalen Schritt kann das elektronische Bauelement 62 auf dem Substrat 66 befestigt werden, beispielsweise mittels Lötens oder Klebens.
  • In einem Schritt S2 wird das elektronische Bauelement 62 in das Gehäusematerial 40 eingebettet, beispielsweise in einem Moldprozess, insbesondere einem Press-Form-Verfahren, einem In-Mold-Verfahren oder einem Spritzgussverfahren. Das elektronische Bauelement 62 wird so in das Gehäusematerial 40 eingebettet, dass es an der ersten Seite 54 des Gehäusematerials 40 zumindest teilweise freiliegt. Das Gehäusematerial 40 kann das Trägermaterial und das Füllmaterial 42 aufweisen.
  • In einem Schritt S4 wird die Pufferschicht 60 auf dem Gehäusematerial 40 ausgebildet. Die Pufferschicht 60 kann auf der ersten Seite des Gehäusematerials 40 oder auf der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 ausgebildet werden. Die Pufferschicht 60 kann beispielsweise mittels Aufschleuderns („spin coating“), Aufsprühens oder Eintauchens ausgebildet werden.
  • In einem Schritt S6 wird die Metallschicht 44 auf der Pufferschicht 60 ausgebildet. Falls die Pufferschicht 60 auf der ersten Seite des Gehäusematerials 40 ausgebildet ist, so kann die Metallschicht 44 derart ausgebildet werden, dass sie zusätzlich zu der Pufferschicht 60 den Kontakt des elektronischen Bauelements 62 kontaktiert bzw. in direkten körperlichen Kontakt mit diesen ist. Die Metallschicht 44 kann beispielsweise mittels eines Abscheideverfahrens, beispielsweise mittels CVD oder ALD, oder mittels Sputterns ausgebildet werden.
  • In einem Schritt S8 wird die Ausnehmung 50 in dem Gehäusematerial 40 mittels des Lasers bei der ersten Energie ausgebildet. Die erste Energie, insbesondere die erste Energiedichte, kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,1 J/cm2 bis 76,4 J/cm2, beispielsweise von 3,2 J/cm2 bis 22,3 J/cm2, beispielsweise von 6,4 J/cm2 bis 19,1 J/cm2.
  • In einem Schritt S10 wird die Ausnehmung 50 in der Pufferschicht 60 mittels des Lasers bei der zweiten Energie so ausgebildet, dass die Metallschicht 44 in der Ausnehmung 50 freiliegt. Die zweite Energie, insbesondere die zweite Energiedichte, kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,01 J/cm2 bis 75,4 J/cm2, beispielsweise von 2,2 J/cm2 bis 21,3 J/cm2, beispielsweise von 5,4 J/cm2 bis 18,1 J/cm2.
  • Optional kann das elektronische Bauelement 62 mittels einer Durchkontaktierung und/oder der Leiterbahn 64 von der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 aus durch die Ausnehmung 50 hindurch thermisch und/oder elektrisch kontaktiert werden.
  • 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, beispielsweise der mit Bezug zu 9 erläuterten elektronischen Baugruppe.
  • In einem Schritt S12 wird das elektronische Bauelement 62 mit der Metallschicht 44 bereitgestellt, beispielsweise wird das elektronische Bauelement 62 so ausgebildet, dass es die Metallschicht 44 aufweist, oder das elektronische Bauelement 62 wird zunächst ohne Metallschicht 44 ausgebildet und nachfolgend wird die Metallschicht 44 auf das elektronische Bauelement 62 aufgebracht. Die Metallschicht 44 bildet den Kontakt des elektronischen Bauelements 62 oder ist in direkten körperlichen Kontakt mit dem Kontakt des elektronischen Bauelements 62. Die Metallschicht 44 kann beispielsweise mittels eines Abscheideverfahrens, beispielsweise mittels CVD oder ALD, oder mittels Sputterns ausgebildet werden.
  • In einem Schritt S14 wird die Pufferschicht 60 auf der Metallschicht 44 ausgebildet. Die Pufferschicht 60 kann beispielsweise mittels Aufschleuderns („spin coating“), Aufsprühens oder Eintauchens ausgebildet werden.
  • In einem Schritt S16 wird das elektronische Bauelement 62 in das Gehäusematerial 40 eingebettet, und zwar so, dass in Dickenrichtung, in den Figuren beispielsweise in vertikaler Richtung, des Gehäusematerials 40 die Pufferschicht 60 zwischen der Metallschicht 44 und dem Gehäusematerial 40 angeordnet ist. Das elektronische Bauelement 62 wird beispielsweise in einem Moldprozess, insbesondere einem Press-Form-Verfahren, einem In-Mold-Verfahren oder einem Spritzgussverfahren, in das Gehäusematerial 40 eingebettet.
  • In einem Schritt S18 wird die Ausnehmung 50 in dem Gehäusematerial 40 mittels des Lasers bei der ersten Energie ausgebildet. Die erste Energie, insbesondere die erste Energiedichte, kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,1 J/cm2 bis 76,4 J/cm2, beispielsweise von 3,2 J/cm2 bis 22,3 J/cm2, beispielsweise von 6,4 J/cm2 bis 19,1 J/cm2.
  • In einem Schritt S20 wird die Ausnehmung 50 in der Pufferschicht 60 mittels des Lasers bei der zweiten Energie so ausgebildet, dass die Metallschicht 44 in der Ausnehmung 50 freiliegt. Die zweite Energie, insbesondere die zweite Energiedichte, kann beispielsweise in einem Bereich liegen von 0,01 J/cm2 bis 75,4 J/cm2, beispielsweise von 2,2 J/cm2 bis 21,3 J/cm2, beispielsweise von 5,4 J/cm2 bis 18,1 J/cm2.
  • Optional kann das elektronische Bauelement 62 mittels einer Durchkontaktierung und/oder der Leiterbahn 64 von der zweiten Seite 56 des Gehäusematerials 40 aus durch die Ausnehmung 50 hindurch thermisch und/oder elektrisch kontaktiert werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Ferner kann die optoelektronische Baugruppe mehr oder weniger elektronische Bauelemente 62 aufweisen. Ferner können bei allen Ausführungsbeispielen die gezeigten Gehäusematerialien die im Vorhergehenden genannten unterschiedlichen Füllmaterialien 42 aufweisen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, bei dem ein elektronisches Bauelement (62) in ein Gehäusematerial (40) eingebettet wird, eine Pufferschicht (60) auf dem Gehäusematerial (40) ausgebildet wird, eine Metallschicht (44) auf einer von dem Gehäusematerial (40) abgewandten Seite der Pufferschicht (60) ausgebildet wird, und eine Ausnehmung (50) zum Kontaktieren der Metallschicht (44) ausgebildet wird, indem mittels eines Lasers (48) bei einer ersten Energie das Gehäusematerial (40) in einem vorgegebenen Bereich (46) so entfernt wird, dass in dem vorgegebenen Bereich (46) die Pufferschicht (60) freigelegt ist, und indem mittels eines Lasers (58) bei einer zweiten Energie, die kleiner ist als die erste Energie, die Pufferschicht (60) in dem freigelegten Bereich so entfernt wird, dass die Metallschicht (44) in der Ausnehmung (50) freigelegt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das elektronische Bauelement (62) so in das Gehäusematerial (40) eingebettet wird, dass es nachfolgend an einer ersten Seite (54) des Gehäusematerials (40) angeordnet ist, und bei dem die Pufferschicht (60) auf der ersten Seite (54) des Gehäusematerials (40) ausgebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das elektronische Bauelement (62) so in das Gehäusematerial (40) eingebettet wird, dass es nachfolgend an einer ersten Seite (54) des Gehäusematerials (40) angeordnet ist, und bei dem die Pufferschicht (60) auf einer zweiten Seite (56) des Gehäusematerials (40) ausgebildet wird, die von der ersten Seite (54) des Gehäusematerials (40) abgewandt ist.
  4. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baugruppe, bei dem ein elektronisches Bauelement (62) bereitgestellt wird, das zum Kontaktieren des elektronischen Bauelements (62) eine Metallschicht (44) aufweist, auf der Metallschicht (44) eine Pufferschicht (60) ausgebildet wird, das elektronische Bauelement (62) derart in ein Gehäusematerial (40) eingebettet wird, dass die Pufferschicht (60) zwischen der Metallschicht (44) und dem Gehäusematerial (40) angeordnet ist, eine Ausnehmung (50) zum Kontaktieren der Metallschicht (44) ausgebildet wird, indem mittels eines Lasers (48) bei einer ersten Energie das Gehäusematerial (40) in einem vorgegebenen Bereich (46) so entfernt wird, dass in dem vorgegebenen Bereich (46) die Pufferschicht (60) freigelegt ist, und indem mittels eines Lasers (58) bei einer zweiten Energie, die kleiner ist als die erste Energie, die Pufferschicht (60) in dem freigelegten Bereich so entfernt wird, dass die Metallschicht (44) in der Ausnehmung (50) freigelegt ist.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das elektronische Bauelement (62) mittels der Metallschicht (44) über die Ausnehmung (50) kontaktiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das elektronische Bauelement (62) mittels der Metallschicht (44) über die Ausnehmung (50) thermisch kontaktiert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem das elektronische Bauelement (62) mittels der Metallschicht (44) über die Ausnehmung (50) elektrisch kontaktiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Gehäusematerial (40) eine Dicke hat in einem Bereich von 2000 µm bis 30 µm, beispielsweise von 1000 µm bis 50 µm, beispielsweise von 800 µm bis 100 µm.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Pufferschicht (60) eine Dicke hat in einem Bereich von 200 µm bis 0,5 µm, beispielsweise von 25 µm bis 3 µm, beispielsweise von 15 µm bis 4 µm.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Metallschicht (44) eine Dicke hat in einem Bereich von 15 µm bis 0,2 µm, beispielsweise von 10 µm bis 0,5 µm, beispielsweise von 5 µm bis 1 µm.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Gehäusematerial (40) ein Trägermaterial und ein Füllmaterial (42) aufweist.
  12. Elektronische Baugruppe mit einem elektronischen Bauelement (62), das in ein Gehäusematerial (40) eingebettet ist, einer Pufferschicht (60), die auf dem Gehäusematerial (40) ausgebildet ist, einer Metallschicht (44), die auf einer von dem Gehäusematerial (40) abgewandten Seite der Pufferschicht (60) ausgebildet ist, und einer Ausnehmung (50) zum Kontaktieren der Metallschicht (44), wobei sich die Ausnehmung (50) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (46) derart durch das Gehäusematerial (40) und die Pufferschicht (60) erstreckt, dass die Metallschicht (44) in der Ausnehmung (50) frei von dem Gehäusematerial (40) und der Pufferschicht (60) ist.
  13. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 12, bei der das elektronische Bauelement (62) an einer ersten Seite (54) des Gehäusematerials (40) angeordnet ist und bei der die Pufferschicht (60) auf der ersten Seite (54) des Gehäusematerials (40) ausgebildet ist.
  14. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 12, bei der das elektronische Bauelement (62) an einer ersten Seite (54) des Gehäusematerials (40) angeordnet ist und bei der die Pufferschicht (60) auf einer zweiten Seite (56) des Gehäusematerials (40) ausgebildet ist, die von der ersten Seite (54) des Gehäusematerials (40) abgewandt ist.
  15. Elektronische Baugruppe mit einem elektronischen Bauelement (62), das zum Kontaktieren des elektronischen Bauelements (62) eine Metallschicht (44) aufweist, einer Pufferschicht (60), die auf der Metallschicht (44) ausgebildet ist, wobei das Bauelement derart in ein Gehäusematerial (40) eingebettet ist, dass die Pufferschicht (60) zwischen der Metallschicht (44) und dem Gehäusematerial (40) angeordnet ist, und einer Ausnehmung (50) zum Kontaktieren der Metallschicht (44), wobei sich die Ausnehmung (50) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (46) derart durch das Gehäusematerial (40) und die Pufferschicht (60) erstreckt, dass die Metallschicht (44) in der Ausnehmung (50) frei von dem Gehäusematerial (40) und der Pufferschicht (60) ist.
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