DE102015226137A1 - Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsbauteils und Schaltungsbauteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsbauteils (10; 10a; 10b), insbesondere für Steuergeräte oder Sensoren, wobei auf einem Schaltungsträger in Form einer flexiblen Folie eine elektrisch leitende Struktur (2; 62) aufgebracht wird, wobei die elektrisch leitende Struktur (2; 62) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (7; 64) verbunden wird, und wobei die flexible Folie und das wenigstens eine elektronische Bauelement (7; 64) zumindest bereichsweise von Kunststoff (11; 65) umgeben wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Schaltungsbauteil.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2013 2012 254 A1 der Anmelderin bekannt. Das bekannte Verfahren dient zur Herstellung eines MID(= Molded interconnect device)-Bauteils. Dabei wird zunächst ein flexibler Interposer aus einem Folienelement hergestellt, der eine elektrisch leitende Struktur aufweist. Die elektrisch leitende Struktur ist mit wenigstens einem elektronischen Bauelement verbunden. Anschließend wird der so ausgebildete Verbund in eine Spritzgussform eingelegt und bereichsweise von Kunststoff umspritzt. Wesentlich dabei ist, dass der Interposer dabei beispielsweise lediglich bereichsweise in das Spritzgusswerkzeug eingelegt ist, so dass außerhalb des Spritzgusswerkzeugs angeordnete, der elektrischen Kontaktierung des Schaltungsbauteils dienende Bereiche besonders einfach kontaktiert werden können, da in diesen Bereichen keine Kunststoffmasse vorgesehen ist. Das Herstellen eines derartigen Schaltungsbauteils erfolgt somit dadurch, dass das jeweilige Schaltungsbauteil bzw. dessen Interposer jeweils separat in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt wird. Dadurch ist es erforderlich, jedes Schaltungsbauteil bzw. jeden Interposer separat zu umspritzen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine besonders kostengünstige Herstellung des Schaltungsbauteils erzielbar ist.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik bei Verwendung einer flexiblen Folie als Träger für eine elektrisch leitende Struktur die Folie in Form einer großflächigen Folienbahn auszubilden, aus der gleichzeitig eine Vielzahl von Schaltungsbauteilen gefertigt werden können, indem eine Vielzahl von insbesondere identisch ausgebildeten elektrisch leitenden Strukturen auf die Folienbahn aufgebracht und diese mit den zugeordneten elektronischen Bauteilen verbunden werden. Anschließend wird der Verbund, bestehend aus der Folienbahn und den elektronischen Bauteilen auf der Folienbahn zumindest bereichsweise von Kunststoff umgeben und zuletzt die einzelnen Schaltungsbauteile aus dem so gebildeten Verbund vereinzelt. Ein derartiges Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass sich die Folienbahn in Leiterplatten-Panel-Formaten herstellen, mit den elektronischen Bauelementen bestücken und mit dem Kunststoff in Wirkverbindung gebracht werden kann. Durch das gleichzeitige Ausbilden einer Vielzahl von Schaltungsbauteilen auf der Folienbahn und anschließendem Vereinzeln der einzelnen Schaltungsbauteile lässt sich gegenüber dem eingangs erwähnten Stand der Technik somit eine bedeutend rationellere bzw. wirtschaftlich preisgünstigere Herstellung der Schaltungsbauteile erzielen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Schaltungsbauteils sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Das Aufbringen des Kunststoffs auf die Folienbahn bzw. Einbetten der elektronischen Bauteile in dem Kunststoff kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. In einer ersten Ausgestaltung zum Aufbringen des Kunststoffs auf die Folienbahn ist es vorgesehen, dass der Kunststoff durch einen Spritzprozess, ähnlich wie beim eingangs erwähnten Stand der Technik, aufgebracht wird. Das Aufbringen des Kunststoffs durch einen Spritzprozess bzw. ein Spritzverfahren hat insbesondere den Vorteil, dass bei unterschiedlich hohen Bauelementen Höhenunterschiede zwischen den Bauelementen besonders einfach ausgeglichen werden können, so dass auf der Seite der Folienbahn, auf der die Bauelemente angeordnet sind, besonders einfach eine zumindest in etwa ebene Oberfläche ausgebildet werden kann.
  • Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass der Kunststoff auf die Folienbahn bzw. die elektronischen Bauelemente durch einen Laminierprozess aufgebracht wird. Nachteilig dabei ist, dass durch einen derartigen Laminierprozess jedoch nur ein begrenzter Höhenausgleich zwischen den Bauelementen ermöglicht wird.
  • Besonders vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßes Schaltungsbauteil dadurch weiterentwickelt werden, dass dort, wo der Kunststoff die Folienbahn bzw. die elektronischen Bauelemente überdeckt, eine zusätzliche elektrisch leitende Struktur mit zusätzlichen elektronischen Bauelementen angeordnet wird. Dadurch lässt sich eine besonders hohe Schaltungsdichte eines derartig ausgebildeten Schaltungsbauteils erzielen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass durch das Kunststoffmaterial eine beispielsweise doppelstöckige Anordnung von elektronischen Bauelementen auf dem Schaltungsbauteil erzielbar ist. Hierzu ist es erforderlich, dass die Seite des Schaltungsbauteils, auf der das wenigstens eine elektronische Bauelement auf der Folienbahn angeordnet ist, mit einer vorzugsweise ebenen Oberfläche ausgebildet wird. Die vorzugsweise ebene Oberfläche ermöglicht es auf einfache Art und Weise, auf dieser eine weitere elektrisch leitende Struktur mit wenigstens einem weiteren elektronischen Bauelement anzuordnen.
  • Um die weiteren, auf dem Kunststoff angeordneten elektronischen Bauelemente beispielsweise mit den auf der Folienbahn angeordneten elektronischen Bauelementen elektrisch zu kontaktieren bzw. zu verbinden, sind grundsätzlich unterschiedlichste Technologien denkbar, wie diese an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer derartigen Verbindung sieht vor, dass die weitere elektrisch leitende Struktur, vorzugsweise über Durchkontaktierungen, mit der elektrisch leitenden Struktur auf der Folienbahn verbunden wird. Die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen erfolgt somit durch die Folienbahn bzw. den Kunststoff hindurch und verbindet die elektrisch leitenden Strukturen auf der Folienbahn und auf dem Kunststoff.
  • Zur elektrischen Kontaktierung eines derartig ausgebildeten Schaltungsbauteils, beispielsweise mit einem Substrat oder einer Leiterplatte, kann es vorgesehen sein, dass das Schaltungsbauteil auf der dem wenigstens einen elektronischen Bauelement abgewandten Seite der Folienbahn mit Lotpunkten versehen wird.
  • Anstelle von Lotpunkten können jedoch auch beispielsweise Leitklebstoffe oder TC-(Thermokompressions) oder TS-(Thermosonic-Ball-Wedge)Bondprozesse verwendet werden. Hierzu ist es erforderlich, die Folienbahn auf der dem wenigstens einen elektronischen Bauelement abgewandten Seite bereichsweise zu entfernen und entweder mit dem wenigstens einen elektronischen Bauelement oder der elektrisch leitenden Struktur auf der Folienbahn zu verbinden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, die insbesondere bei in der Dicke relativ dünnen elektronischen Bauelementen wie Chip-Bauteilen zur Anwendung kommt, sieht vor, dass die flexible Folie aus mehreren Folienschichten besteht, dass wenigstens eine Folienschicht eine Aussparung aufweist, in der das elektronische Bauelement angeordnet wird, und dass das elektronische Bauelement von wenigstens einer Folienschicht überdeckt ist.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass mehrere Schaltungsbauteile, die nach einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, übereinander angeordnet und miteinander elektrisch verbunden werden.
  • Zuletzt umfasst die Erfindung auch ein Schaltungsbauteil, das nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Das Schaltungsbauteil weist dieselben Vorteile auf, wie diese im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wurden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
  • 1 eine vereinfachte Draufsicht auf einen mit einem elektronischen Bauteil ausgestatteten Interposer,
  • 2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Schaltungsbauteils und
  • 3 bis 5 jeweils in vereinfachten Längsschnitten unterschiedlich ausgebildete Schaltungsbauteile, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In der 1 ist ausschnittsweise eine flexible Folienbahn 1 im Leiterplatten-Panel-Format gezeigt, auf deren Oberseite eine Vielzahl von neben- und/oder hintereinander angeordneten elektrisch leitenden Strukturen 2 angeordnet sind. Insbesondere sind die jeweiligen elektrisch leitenden Strukturen 2, insbesondere in Form einer Metallisierung, jeweils einem Schaltungsbauteil 10 zugeordnet bzw. dienen der Ausbildung eines Schaltungsbauteils 10. Hierzu ist die Folienbahn 1 in beispielhaft jeweils rechteckige Bereiche 5 aufteilbar, die jeweils eine elektrisch leitende Struktur 2 für das Schaltungsbauteil 10 aufweisen. Die Bereiche 5 schließen vorzugsweise unmittelbar aneinander an. Beispielhaft dient die elektrisch leitende Struktur 2 als Interposer zur elektrischen Kontaktierung eines mit der elektrisch leitenden Struktur 2 verbundenen Bauelements 7 in Form eines ICs 3. Die elektrisch leitende Struktur 2 weist Anschlusspfade 4 mit Lands 6 auf, über die der IC 3 elektrisch kontaktiert werden kann.
  • Die elektrisch leitenden Strukturen 2 sind zumindest auf einer Seite der Folienbahn 1 ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, die dem elektronischen Bauelement 7 bzw. dem IC 3 abgewandte Seite der Folienbahn 1 mit einer elektrisch leitenden Struktur zu versehen.
  • Das in der 3 in Einzeldarstellung gezeigte Schaltungsbauteil 10 zeigt den aus der Folienbahn 1 ausgetrennten bzw. vereinzelten Bereich 5 mit der elektrisch leitfähigen Struktur 2 sowie den auf der elektrisch leitfähigen Struktur 2 angeordneten, mittels konventioneller Verbindungstechnik verbundenen IC 3 bzw. dem elektronischen Bauelement 7. Die dem elektronischen Bauelement 7 zugewandte Oberseite des Bereichs 5 ist von einer Kunststoffmasse 11 überdeckt. Insbesondere ist die Dicke D der Kunststoffmasse 11 mindestens so groß wie die Dicke d des elektronischen Bauelements 7, vorzugsweise etwas größer, damit auch die Oberseite des elektronischen Bauelements 7 von der Kunststoffmasse 11 überdeckt ist. Bei mehreren, mit der elektrisch leitenden Struktur 2 verbundenen elektronischen Bauelementen 7 ist die Dicke D der Kunststoffmasse 11 der Dicke d des höchsten elektronischen Bauelements 7 angepasst. Dadurch bildet die Oberseite 12 der Kunststoffmasse 11 eine plane bzw. ebene Oberfläche aus.
  • Auf der Oberseite 12 der Kunststoffmasse 11 ist beispielhaft entweder unmittelbar oder auf einer weiteren Folienbahn bzw. einem Träger eine weitere elektrisch leitende Struktur 8 angeordnet. Die Struktur 8 dient der Kontaktierung von weiteren elektronischen Bauelementen 14, beispielsweise von SMD-Bauteilen 15 oder einem MEM-Baustein bzw. Halbleiter 16. Die elektrische Kontaktierung der weiteren elektronischen Bauelemente 14 erfolgt mittels üblicher Technologien, beispielsweise im Lötverfahren, mittels Leitkleber oder aber mittels Lötpunkten 17, wie beim Halbleiter 16 gezeigt.
  • Um die weitere elektrisch leitende Struktur 8 an der Oberseite des Schaltungsbauteils 10 mit der elektrisch leitenden Struktur 2 zu verbinden, ist die Kunststoffmasse 11 bereichsweise entfernt, beispielsweise durch einen Laserprozess. Die so geformte Verbindung 18 ist in Form einer Metallisierung ausgebildet, insbesondere durch an sich ebenfalls bekannte Technologien, beispielsweise mittels elektrisch leitfähiger Tinten, mittels Leitklebstoff oder sonstiger Technologien. Auf der der Kunststoffmasse 11 abgewandten Seite der elektrisch leitenden Struktur 2 sind darüber hinaus Lötpunkte 19 angeordnet, die der elektrischen Kontaktierung des Schaltungsbauteils 10 mit einem nicht gezeigten Trägerelement, beispielsweise einem Substrat oder einer Leiterplatte, dienen.
  • Da die auf der Oberseite 12 der Kunststoffmasse 11 angeordnete weitere elektrisch leitende Struktur 8 sowie die weiteren elektronischen Bauelemente 14 (lediglich) optional vorgesehen sind, lässt sich die Herstellung des soweit beschriebenen Schaltungsbauteils 10 anhand des Ablaufdiagramms der 2 wie folgt erläutern: In einem ersten Schritt 101 wird die Folienbahn 1 zumindest mit den elektrisch leitenden Strukturen 2 versehen. Anschließend erfolgt in einem zweiten Schritt 102 das Anordnen bzw. Kontaktieren des jeweils wenigstens einen elektronischen Bauelements 7 mit den elektrisch leitenden Strukturen 2. In einem dritten Schritt 103 wird danach die gesamte Oberseite der Folienbahn 1 mit der Kunststoffmasse 11 versehen, beispielsweise durch einen Laminierprozess oder durch Anspritzen der Kunststoffmasse 11. Anschließend werden ggf. in einem vierten Schritt 104 die weiteren elektrisch leitenden Strukturen 8 auf der Oberseite 12 der Kunststoffmasse 11 der Folienbahn 1 angeordnet sowie ggf. die Verbindungen 18 erzeugt. Dann erfolgt ggf. in einem fünften Schritt 105 das Anordnen der weiteren elektronischen Bauelemente 14 sowie ggf. das Anbringen der Lötpunkte 19. Zuletzt werden in einem sechsten Schritt 106 die einzelnen Bereiche 5, die die Schaltungsbauteile 10 ausbilden, aus der Folienbahn 1 vereinzelt.
  • In der 4 ist eine Schaltungsbauteil 10a gezeigt, das aus einer Folienbahn 1a vereinzelt wurde, wobei die Folienbahn 1a beispielhaft aus drei Schichten 51 bis 53 ausgebildet ist, die übereinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Wesentlich dabei ist, dass die mittlere Schicht 52 eine Aussparung 55 aufweist, in der ein elektronisches Bauelement 57 in Form eines (flachen) Chips angeordnet ist. Das elektronische Bauelement 57 ist über in den Schichten 51 bis 53 ausgebildete elektrisch leitende Strukturen 58 bis 60 mit der Oberseite bzw. Unterseite der Folienbahn 1a elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist die elektrisch leitende Struktur 60 an der (unteren) Schicht 53 mit Lötpunkten 61 versehen. Die elektrisch leitende Struktur 59 an der oberen Schicht 51 ist über Lötpunkte 62 mit einem auf einer Folie 63 angeordneten elektronischen Bauelemente 64 in Form eines ICs verbunden. Die Folienbahn 1a ist auf der der Schicht 51 zugewandten Seite mit der Kunststoffmasse 65 überdeckt, die auch das elektronische Bauelement 64 überdeckt.
  • Das in der 5 dargestellte Schaltungsbauteil 10b stellt im Wesentlichen eine Kombination der beiden Schaltungsbauteile 10a und 10b dar, derart, dass das Schaltungsbauteil 10a auf einem modifizierten Schaltungsbauteil 10 angeordnet ist. Hierzu ist das Schaltungsbauteil 10 gemäß der 3 derart abgewandelt, dass dieses auf der dem Schaltungsbauteil 10a zugewandten Seite keine weiteren elektronischen Bauelemente 14 aufweist, jedoch die weitere elektrisch leitende Struktur 8. Die elektrisch leitende Struktur 8 ist über die Lötpunkte 61 mit dem Schaltungsbauteil 10a gemäß der 4 elektrisch leitend verbunden.
  • Bei dem Schaltungsbauteil 10b gemäß der 5 ist es vorgesehen, dass das untere Schaltungsbauteil 10 und das obere Schaltungsbauteil 10a jeweils auf einer Folienbahn 1 bzw. 1a ausgebildet werden und anschließend, nach dem Vereinzeln der Schaltungsbauteile 10 und 10a übereinander angeordnet werden.
  • Die soweit beschriebenen Schaltungsbauteile 10, 10a und 10b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 1020132012254 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsbauteils (10; 10a; 10b), insbesondere für Steuergeräte oder Sensoren, wobei auf einem Schaltungsträger in Form einer flexiblen Folie eine elektrisch leitende Struktur (2; 62) aufgebracht wird, wobei die elektrisch leitende Struktur (2; 62) mit wenigstens einem elektronischen Bauelement (7; 64) verbunden wird, und wobei die flexible Folie und das wenigstens eine elektronische Bauelement (7; 64) zumindest bereichsweise von Kunststoff (11; 65) umgeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig eine Vielzahl von Schaltungsbauteilen (10; 10a; 10b) gefertigt werden, indem eine Vielzahl von identisch ausgebildeten elektrisch leitenden Strukturen (2; 62) auf eine Folienbahn (1; 1a) aufgebracht und diese mit den zugeordneten elektronischen Bauelementen (7; 64) verbunden werden, dass der Verbund bestehend aus der Folienbahn (1; 1a) und den elektronischen Bauelementen (7; 64) zumindest bereichsweise vom Kunststoff (11; 65) umgeben wird, und dass die Schaltungsbauteile (10; 10a; 10b) aus der so mit den elektronischen Bauelementen (7; 64) und dem Kunststoff (11; 65) versehenen Folienbahn (1; 1a) vereinzelt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (11; 65) durch einen Spritzprozess aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (11; 65) durch einen Laminierprozess aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite des Schaltungsbauteils (10; 10a; 10b), auf der das wenigstens eine elektronische Bauelement (7; 64) auf der Folienbahn (1; 1a) angeordnet ist, mit einer ebenen Oberfläche (12) ausgebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ebenen Oberfläche (12) eine weitere elektrisch leitende Struktur (8) mit wenigstens einem weiteren elektronischen Bauelement (14) angeordnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere elektrisch leitende Struktur (8), vorzugsweise über Durchkontaktierungen (18), mit einer Metallisierung (58, 60) auf der der weiteren elektrisch leitenden Struktur (8) abgewandten Seite der Folienbahn (1; 1a) mit der elektrisch leitenden Struktur (2) verbunden wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungsbauteil (10; 10a; 10b) auf der dem wenigstens einem elektronischen Bauelement (7; 64) abgewandten Seite mit Lotpunkten (19; 61) versehen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Folienbahn (1a) aus mehreren Folienschichten (51, 52, 53) besteht, dass wenigstens eine Folienschicht (52) eine Aussparung (55) aufweist, in der ein weiteres elektronisches Bauelement (57) angeordnet wird, und dass das weitere elektronische Bauelement (57) von wenigstens einer Folienschicht (51) überdeckt ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schaltungsbauteile (10; 10a) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 übereinander angeordnet und miteinander verbunden werden.
  10. Schaltungsbauteil (10; 10a; 10b), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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