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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten zum Bestücken von Chips bzw. elektronischen Bauelementen. Beispielsweise werden die Chips mittels Löten, Drahtbonden oder Kleben mit nicht leitfähigem Klebstoff (NCA-Prozess) auf einem Substrat elektrisch kontaktiert. Für sehr dünne Chips kommt das galvanische Ankontaktieren oder die Kontaktierung mittels Aerosol-Jet infrage. Zusätzlich besteht mit der sogenannten FlipChip-Technik (Standard-FC-Verfahren) eine weitere Methode der Kontaktierung.
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Die
DE 10 2013 212 254 A1 betrifft ein einen Sensor mit einem als flexibler lnterposer ausgebildeten Schaltungsträger und mit einer Kunststoffumspritzung, die den Schaltungsträger zumindest bereichsweise einhaust.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltung, ferner ein Verfahren zum Befestigen einer elektrischen Schaltung sowie eine elektrische Schaltung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Ein Anordnen einer elektronischen Schaltung auf einem Schaltungsträger in einer Weise, dass ein an einer Hauptseite der elektronischen Schaltung angeordneter Kontaktierhügel von dem Schaltungsträger weg weist, und ein Anordnen einer Kontaktierseite eines Kontaktelements auf der elektronischen Schaltung, um den Kontaktierhügel elektrisch leitfähig zu kontaktieren, ermöglicht einen vielseitig einsetzbaren und insbesondere flachen Schaltungsaufbau.
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Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltung mit folgenden Schritten vorgestellt:
Bereitstellen eines Schaltungsträgers;
Bereitstellen einer elektronischen Schaltung mit zumindest einem an einer Hauptseite der elektronischen Schaltung angeordneten Kontaktierhügel;
Anordnen der elektronischen Schaltung mit einer der Hauptseite gegenüberliegenden weiteren Hauptseite der elektronischen Schaltung auf einer Hauptseite des Schaltungsträgers;
Bereitstellen eines Kontaktelements mit einer zumindest einen elektrischen Kontakt aufweisenden Kontaktierseite; und
Anordnen des Kontaktelements mit der Kontaktierseite auf der Hauptseite des Schaltungsträgers, wobei das Kontaktelement die Hauptseite der elektronischen Schaltung überspannt, und der elektrische Kontakt und der Kontaktierhügel elektrisch leitfähig verbunden werden.
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Vorteilhafterweise können der der elektrische Kontakt und der Kontaktierhügel unter Verwendung eines anisotrop leitfähigem Klebstoff miteinander verbunden werden. Dazu kann eine Metallisierung der auch als Chip bezeichneten elektronischen Schaltung und des Kontakthügels aus anisotrop leitfähigem Klebstoff vorgenommen werden.
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Die elektrische Schaltung kann auch als elektrisches Modul oder elektrische Schaltungsvorrichtung bezeichnet werden und kann beispielsweise als Teil einer Fahrzeugelektronik oder Fahrzeugsensorik in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Die elektrische Schaltung kann gemäß einer Ausführungsform mehrere elektrische und/oder elektronische Bauelemente sowie Träger für die Bauelemente umfassen. Bei dem Schaltungsträger kann es sich um ein Substrat für die mechanische Befestigung und elektrische Anbindung der elektronischen Schaltung handeln. Der Schaltungsträger kann für die elektrische Anbindung elektrisch leitfähige Schichten oder Lagen aufweisen. Bei der elektronischen Schaltung kann es sich beispielsweise um eine integrierte Schaltung oder ein Halbleiterbauelement handeln. Der Kontaktierhügel kann auch als sogenannter Bump bezeichnet werden und einen begrenzten Bereich an der Hauptseite der elektronischen Schaltung belegen. Der Kontaktierhügel kann aus einem Material mit guter Konduktivität wie beispielsweise Gold bestehen. Der Kontaktierhügel kann im Bondverfahren auf die elektronische Schaltung aufgebracht worden sein. Die Hauptseite und weitere Hauptseite der elektronischen Schaltung sowie die Hauptseite des Schaltungsträgers können durch die Seiten mit den größten Abmessungen der elektronischen Schaltung bzw. des Schaltungsträgers repräsentiert sein. Das Kontaktelement kann ausgebildet sein, um die elektronische Schaltung mittels des elektrischen Kontakts elektrisch zu kontaktieren. Der elektrische Kontakt kann flächig, beispielsweise in Form einer Leiterbahn, vorliegen. Bei der Kontaktierseite kann es sich um eine elektrisch aktive oder aktivierbare, den elektrischen Kontakt aufweisende, Seite des Kontaktelements handeln. Die elektrisch leitfähige Kontaktierung des Kontaktierhügels durch den elektrischen Kontakt des Kontaktelements kann durch direkten physischen Kontakt von zumindest Teilbereichen des elektrischen Kontakts und des Kontaktierhügels realisiert sein.
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Das Verfahren kann voll- oder teilautomatisiert von einem Handlingroboter ausgeführt werden.
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Eine Fertigung einer elektrischen Schaltung bzw. Schaltungsvorrichtung gemäß dem hier vorgeschlagenen Konzept ist mit diversen Vorteilen verbunden. Durch die flächige Anordnung des Chips mit der unstrukturierten Seite auf dem Schaltungsträger kommt es auch bei nicht perfekter Co-Planarität zwischen Bestück-Tool, Chip, Substrat und Substrataufnahme beim Bestücken weder zu offenen Kontaktstellen noch zu Brüchen an den unter Umständen auf eine Chipdicke von weniger als 50 µm rückgedünnten Chips.
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Ferner kann auf eine aufwendige Öffnung von Kontaktstellen einlaminierter Chips mittels Laserprozessen sowie eine Kontaktierung im galvanischen Bad verzichtet werden. Auch ein beim Schreiben feiner Leiterbahnen in Drucktechnologie zu überwindender Höhensprung zwischen Substrat- und Chipoberfläche kann vorteilhafterweise entfallen.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht eine kostengünstige Herstellung elektrischer Schaltungen durch Ausführen eines Batchprozesses in Panelgrößen mit leiterplattenähnlichen Technologien, weiterhin die Verwendung einer kostengünstigen Montagetechnik beispielsweise durch den Einsatz von Von-Rolle-zu-Rolle(R2R)-Technologien und -einrichtungen.
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Es können gemäß dem hier vorgestellten Konzept elektrische Schaltungen mit nachweislich hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden, bei denen auch Leitungsüberkreuzungen durch Integration einer oder mehrerer Leitungsebenen realisierbar sind.
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Insbesondere ist bei der Verwendung von ultradünnen ICs die Herstellung sehr flacher Schaltungsaufbauten mit aufgrund einer geringen Z-Höhe sehr hoher Packungsdichte möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann in dem Schritt des Bereitstellens eines Schaltungsträgers ein flexibler Schaltungsträger, insbesondere ein Schaltungsträger in Form einer Folie, als der Schaltungsträger bereitgestellt werden. So kann die elektrische Schaltung sehr dünn und gegebenenfalls in eine dreidimensionale Form gebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Schritt des Bereitstellens eines Schaltungsträgers ein Schaltungsträger bereitgestellt werden, der aus einem elastischen und/oder plastisch verformbaren Material hergestellt ist. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen Material um ein Silikon oder Thermoplast handeln. Damit kann die elektrische Schaltung verformbar realisiert werden.
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Ferner kann in dem Schritt des Bereitstellens eines Kontaktelements ein flexibles Kontaktelement als das Kontaktelement bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Kontaktelement in Form einer Folie bereitgestellt werden. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Verformbarkeit der elektrischen Schaltung in besonders hohem Maße gewährleistet werden.
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Günstig ist es auch, wenn in dem Schritt des Bereitstellens eines Schaltungsträgers ein Schaltungsträger mit einem Haftmittel bereitgestellt wird. Das Haftmittel kann flexibel sein und in Form einer Haftmittelschicht auf der Hauptseite des Schaltungsträgers angeordnet sein. In dem Schritt des Anordnens kann die elektronische Schaltung auf dem Haftmittel angeordnet werden, um die elektronische Schaltung an dem Schaltungsträger zu fixieren. Mit dieser Ausführungsform des Verfahrens kann die elektronische Schaltung schnell und kostengünstig an dem Schaltungsträger befestigt werden.
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Ferner kann in dem Schritt des Bereitstellens eines Schaltungsträgers ein Schaltungsträger mit einer Metallisierungslage bereitgestellt werden, die auf der Hauptseite des Schaltungsträgers angeordnet ist. In dem Schritt des Anordnens des Kontaktelements kann das Kontaktelement ferner die Metallisierungslage überspannen und der elektrische Kontakt kann ferner mit der Metallisierung elektrisch leitfähig verbunden werden. Die Metallisierungslage kann in Form einer Leiterbahn, beispielsweise aus Kupfer, vorliegen. Mit dieser Ausführungsform kann vorteilhafterweise eine niederohmige Kontaktierung bereitgestellt werden.
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Insbesondere kann in dem Schritt des Bereitstellens eines Schaltungsträgers die Metallisierungslage mit einer Höhe bereitgestellt werden, die zumindest annähernd einer Höhe der elektronischen Schaltung einschließlich des Kontaktierhügels entspricht. So kann eine vorteilhafte planare Anordnung des Kontaktelements an der elektronischen Schaltung gewährleistet werden.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Aufbringens des Kontaktierhügels auf die Hauptseite der elektronischen Schaltung aufweisen. Als Material für den Kontaktierhügel kann ein Material mit guter Kompatibilität mit einem anisotrop leitfähigen Klebstoff eingesetzt werden. Mit dem Kontaktierhügel kann eine vorteilhafte punktuelle elektrische Kontaktierung der aktiven Seite der elektronischen Schaltung realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Aufbringens von anisotrop leitfähigem Klebstoff zumindest auf die Hauptseite der elektronischen Schaltung umfassen. In dem Schritt des Anordnens des Kontaktelements kann anschließend das Kontaktelement in den Klebstoff gedrückt werden, um den elektrischen Kontakt mit dem Kontaktierhügel in Berührung zu bringen. Auf diese Weise kann das Kontaktelement einfach und kostengünstig in einem Arbeitsschritt positioniert, mit der elektronischen Schaltung kontaktiert und gegenüber der elektronischen Schaltung fixiert werden.
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Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Pressschweißens aufweisen, um das Kontaktelement gegenüber der elektronischen Schaltung zu fixieren. Mit dieser Ausführungsform kann die elektrisch leitfähige Verbindung des Kontaktelements mit der elektronischen Schaltung besonders robust und sicher gestaltet werden.
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Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Auflaminierens einer Laminierschicht auf eine der elektronischen Schaltung abgewandte Seite des Schaltungsträgers und/oder des Kontaktelements umfassen. So kann die elektrische Schaltung ohne Weiteres ganz oder teilweise vor Korrosion und Beschädigung geschützt werden.
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Günstig ist es auch, wenn das Verfahren einen Schritt des Verformens des Schaltungsträgers aufweist, um die elektrische Schaltung in eine dreidimensionale Form zu überführen. Gemäß einer Ausführungsform wird nicht nur der Schaltungsträger, sondern die gesamte elektrische Schaltung, also der Verbund aus Schaltungsträger, elektronischer Schaltung und Kontaktelement verformt. Diese Ausführungsform gewährleistet eine vorteilhafte Anpassbarkeit einer Form der elektrischen Schaltung an bauliche Anforderungen und Gegebenheiten. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung gebogen oder gefaltet werden, um in einen eng begrenzten oder komplex gestalteten Bauraum eingebracht werden zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann in dem Schritt des Bereitstellens einer elektronischen Schaltung eine elektronische Schaltung mit zumindest einem weiteren an der Hauptseite der elektronischen Schaltung angeordneten Kontaktierhügel bereitgestellt werden und in dem Schritt des Bereitstellens eines Kontaktelements ein Kontaktelement mit zumindest einem weiteren elektrischen Kontakt an der Kontaktierseite bereitgestellt werden. Dabei kann in dem Schritt des Anordnens des Kontaktelements der weitere elektrische Kontakt mit dem weiteren Kontaktierhügel elektrisch leitfähig verbunden werden.
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Es wird weiterhin ein Verfahren zum Befestigen einer elektrischen Schaltung an einem Karosserieteil für ein Fahrzeug, insbesondere an einem gebogenen Abschnitt eines Karosserieteils für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Anbringen einer genannten elektrischen Schaltung an dem Karosserieteil; und
Hinterspritzen der an dem Karosserieteil angebrachten elektrischen Schaltung.
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Durch das Hinterspritzen kann die elektrische Schaltung vor Umwelteinflüssen geschützt werden.
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Ferner wird eine elektrische Schaltung mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem Schaltungsträger;
einer auf einer Hauptseite des Schaltungsträgers angeordneten elektronischen Schaltung mit zumindest einem Kontaktierhügel, der auf einer von dem Schaltungsträger abgewandten Hauptseite der elektronischen Schaltung angeordnet ist; und
einem Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren der elektronischen Schaltung, wobei das Kontaktelement mit einer zumindest einen elektrischen Kontakt aufweisenden Kontaktierseite des Kontaktelements zumindest einem Teilbereich der Hauptseite der elektronischen Schaltung gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der elektrische Kontakt den Kontaktierhügel elektrisch leitfähig kontaktiert.
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Auch wird ein Karosserieteil für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Schaltung wie oben beschrieben vorgestellt, wobei die elektrische Schaltung an einer Wand des Karosserieteils flächig angeordnet ist.
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Auch durch diese Ausführungsvarianten der Erfindung in Form einer elektrischen Schaltung und eines Karosserieteils kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine Darstellung einer elektronischen Schaltung mit Kontaktierhügeln gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer elektrischen Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 bis 7 schematische Darstellungen von Fertigungszuständen einer elektrischen Schaltung bei der Herstellung gemäß Ausführungsbeispielen;
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8 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer in ein Karosserieteil des Fahrzeugs integrierten elektrischen Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Befestigen einer elektrischen Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine rein schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die elektrische Schaltung 100 umfasst einen Schichtaufbau aus einem Schaltungsträger 102, einer elektronische Schaltung 104 und einem Kontaktelement 106. Wie die Darstellung in 1 zeigt, ist ein Aufbau der elektrischen Schaltung 100 stapelförmig, wobei der Schaltungsträger 102 in der gezeigten Darstellung zuunterst liegt, das Kontaktelement 106 zuoberst liegt und die elektronische Schaltung 104 zwischen dem Schaltungsträger 102 und dem Kontaktelement 106 angeordnet ist.
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Die elektronische Schaltung 104 ist mit einer weiteren Hauptseite 200 der elektronischen Schaltung 104 an einer Hauptseite 108 des Schaltungsträgers 102 angeordnet und weist an einer von dem Schaltungsträger 102 weg weisenden Hauptseite 110 der elektronischen Schaltung 104 einen Kontaktierhügel 112 auf. Der Kontaktierhügel 112 wird im Folgenden auch mit dem englischen Begriff „Bump“ 112 bezeichnet und bildet einen elektrischen Kontakt der elektronischen Schaltung 104 zum Versorgen der elektronischen Schaltung 104 mit elektrischem Strom.
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Das Kontaktelement 106 ist ausgebildet, um die elektronische Schaltung 104 elektrisch zu kontaktieren und weist dazu an einer dem Schaltungsträger 102 zugewandten Hauptseite 114 des Kontaktelements 106 einen elektrischen Kontakt 116 auf, der den Kontaktierhügel 112 elektrisch leitfähig kontaktiert. Die Hauptseite 114 des Kontaktelements 106 ist eine elektrisch aktive Kontaktierungsseite des Kontaktelements 106 und bildet somit eine Kontaktierseite 114 des Kontaktelements 106.
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Wie die Darstellung in 1 zeigt, ist die elektronische Schaltung 104 mit dem Kontaktierhügel 112 von dem Schaltungsträger 102 weg gerichtet, also nicht in FlipChip(FC)- bzw. Wende-Montagetechnik an dem Schaltungsträger 102 angeordnet. Das Kontaktelement 106 ist hingegen mit der Kontaktierseite 114 dem Schaltungsträger 102 zugewandt, also quasi geflippt, in der elektrischen Schaltung 100 angeordnet.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 100 handelt es sich bei dem Schaltungsträger 102 um einen in Folientechnologie hergestellten Schaltungsträger 102 in Form einer Folie 102. Der Schaltungsträger 102 ist somit flexibel verformbar und an verschiedene Trägerelemente für die elektrische Schaltung 100 anpassbar.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Schaltungsträger 102 auch aus einem stretchbaren oder plastisch verformbaren Substratmaterial, beispielsweise aus einem Silikon oder einem Thermoplast, hergestellt sein, was bei entsprechender Leiterbahnstruktur eine Verformung des Schaltungsträgers 102 in allen Raumrichtungen ermöglicht. Dies schafft Geometrie- und Platzvorteile, beispielsweise beim Einlegen der elektrischen Schaltung 100 in ein Bauteil wie z. B. ein Karosserieteil eines Fahrzeugs.
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Bei der beispielhaften elektronischen Schaltung 104 in 1 handelt es sich um eine ungehäuste ultradünne integrierte Schaltung (IC) 104. Gemäß Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der elektronischen Schaltung 104 um ein Halbleiterbauelement oder eine Auswerteelektronik eines Sensors, beispielsweise eines Drucksensors, der in einem straßengebundenen Fahrzeug eingesetzt werden kann. Bei allen in dieser Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispielen der elektronischen Schaltung 104 liegt diese ungehäust vor.
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Um die elektrische Schaltung 100 umfassend flexibel verformbar zu gestalten, ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auch das Kontaktelement 106 in Folientechnologie ausgeführt und liegt als Kontaktfolie 106 vor. Eine beispielhafte Foliendicke des Kontaktelements 106 beträgt 15 bis 50 µm.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltung 100 ist die elektronische Schaltung 104 mittels eines auf der Hauptseite 108 des Schaltungsträgers 102 aufgebrachten Haftmittels an dem Schaltungsträger 102 fixiert. Bei dem Haftmittel kann es sich insbesondere um ein flexibles Haftmittel handeln, um die Verformbarkeit der elektrischen Schaltung 100 nicht einzuschränken.
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2 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der elektronischen Schaltung 104 zum Einsatz in der in 1 gezeigten elektrischen Schaltung. Die beispielhafte elektronische Schaltung 104 liegt hier wiederum in Form eines ultradünnen ICs 104 vor und weist eine Mehrzahl von vier Kontaktierhügeln 112 bzw. Bumps 112 auf, die an der die aktive Kontaktierungsseite der elektronischen Schaltung 104 bildenden Hauptseite 110 der elektronischen Schaltung 104 angeordnet sind. Eine der Hauptseite 110 gegenüberliegende weitere Hauptseite 200 der elektronischen Schaltung 104 ist frei von Kontaktierhügeln. Wie die Darstellung in 2 zeigt, ist eine Dicke des beispielhaften ultradünnen ICs 104 so gering, dass der IC 104 biegbar und in den Raumrichtungen verformbar ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Kontaktierhügeln 112 um die Reste von Golddrähten, die im Drahtbondverfahren auf die Hauptseite 110 der elektronischen Schaltung 104 aufgebracht wurden und anschließend abgerissen wurden, sodass die verbleibenden Stumpfe der Golddrähte die Hügel bzw. Bumps 112 bilden. Anstelle von Gold kann zur Herstellung der Bumps 112 auch ein anderes Material mit guter Konduktivität gewählt werden. Zusätzlich können zur Herstellung der Bumps auch andere Herstellverfahren eingesetzt werden, beispielsweise ein galvanisches Abscheiden.
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Für eine möglichst niedrige Bauhöhe der die elektronische Schaltung 104 aufweisenden elektrischen Schaltung sind die Kontaktierhügel 112 wie in 2 gezeigt möglichst flach und für einen guten Stromübergang mit möglichst großem Durchmesser ausgeformt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Aufbringen der Kontaktierhügel 112 auf die elektronische Schaltung 104, das sogenannte Bumpen, im Herstellungsprozess der elektrischen Schaltung vor dem Anordnen und Befestigen der elektronischen Schaltung 104 auf dem Schaltungsträger.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Herstellen einer Variante der in 1 gezeigten neuartigen elektrischen Schaltung.
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In einem ersten Schritt des Bereitstellens 302 wird ein Schaltungsträger bereitgestellt. Der Schaltungsträger weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine auf einer Hauptseite des Schaltungsträgers aufgebrachte Haftmittelschicht auf.
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Eine elektronische Schaltung wird in einem optionalen Schritt des Aufbringens 304 an einer Hauptseite mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Kontaktierhügel versehen, in einem Schritt des Bereitstellens 306 als mit dem mindesten einen Kontaktierhügel versehende elektronische Schaltung bereitgestellt und in einem Schritt des Anordnens 308 mit einer weiteren Hauptseite, die der den Kontaktierhügel aufweisenden Hauptseite gegenüberliegt, auf dem Schaltungsträger angeordnet. Wenn der Schaltungsträger das Haftmittel aufweist, wird die elektronische Schaltung über das Haftmittel an dem Schaltungsträger fixiert.
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In einem optionalen Schritt des Aufbringens 310 wird ein pastöser oder folienartiger anisotrop leitfähiger Klebstoff auf einen zumindest die elektronische Schaltung aufweisenden Abschnitt des Schaltungsträgers aufgebracht.
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Ein Kontaktelement, das an einer aktiven Kontaktierseite zumindest einen elektrischen Kontakt aufweist, wird in einem Schritt des Bereitstellens 312 bereitgestellt und in einem Schritt des Anordnens 314 mit der Kontaktierseite voran in Richtung der Hauptseite des Schaltungsträgers auf den Schaltungsträger aufgebracht, wobei die elektronische Schaltung durch das Kontaktelement überspannt und der elektrische Kontakt des Kontaktelements elektrisch leitend mit dem Kontaktierhügel verbunden wird. Wenn im Schritt des Aufbringens 310 der Klebstoff aufgebracht wurde, so wird das Kontaktelement in dem Schritt des Anordnens 314 in den Klebstoff gedrückt, um mit dem elektrischen Kontakt den Klebstoff zu durchdringen bzw. zu verdrängen und den elektrischen Kontakt mit dem Kontaktierhügel der elektronischen Schaltung in Berührung zu bringen und elektrisch leitfähig zu kontaktieren.
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In einem anschließenden optionalen Schritt des Verpressens 316 wird das Kontaktelement dauerhaft gegenüber der elektronischen Schaltung fixiert. Das Pressverfahren ist auch unter der aus dem englischen Begriff „thermode bonding“ abgeleiteten Bezeichnung Thermodenbonden bekannt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 ferner einen abschließenden optionalen Schritt des Auflaminierens 318 einer Laminierschicht auf zumindest einen außen liegenden Abschnitt des Schaltungsträgers oder des Kontaktelements auf, um die elektronische Schaltung beispielsweise vor Korrosion oder Beschädigungen zu schützen.
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Die gemäß dem Verfahren 300 hergestellte elektrische Schaltung kann bei der Verwendung von flexiblen Materialien für den Schaltungsträger und/oder das Kontaktelement manuell oder unter Einsatz eines Handlingroboters dreidimensional verformt werden, beispielsweise um in einen Einbauraum eines Fahrzeug-Karosserieteils eingesetzt zu werden. Entsprechend wird das Verfahren 300 im Folgenden auch als FC-FlexRS-Verfahren 300 bezeichnet.
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Die 4 bis 7 illustrieren anhand schematischer Darstellungen beispielhafte Fertigungszustände bei der Ausführung einer Variante des anhand der 3 beschriebenen Verfahrens zur Herstellen einer elektrischen Schaltung. Die 4 bis 7 illustrieren dabei Schritte einer Variante des Verfahrens zur Kontaktierung zumindest eines ultradünnen ICs in einer Folienschaltung. Ziel ist die Fertigung eines gegenüber dem in 1 gezeigten erweiterten Ausführungsbeispiels der elektronischen Schaltung 100 durch den Einsatz einer elektronischen Schaltung 104 mit zwei Kontaktierhügeln.
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4 zeigt ein beispielhaftes Halbzeug der elektrischen Schaltung 100 beim Schritt des Bereitstellens des Schaltungsträgers 102. Der Schaltungsträger 102 liegt in Form einer Folie 102 vor und weist zumindest eine Schicht aus Kupfer auf. Der Schaltungsträger 102 (Pl mit Cu) weist an der Hauptseite 108 eine dünne Schicht aus flexiblem Klebstoff 400 auf. Ferner ist beabstandet von der flexiblen Klebstoffschicht 400 eine Metallisierungslage 402 – auch als Padmetallisierung 402 bezeichnet – an der Hauptseite 108 des Schaltungsträgers 102 angeordnet. Bei der Metallisierungslage 402 handelt es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um eine Leiterbahn, beispielsweise aus Kupfer.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wurde der Schaltungsträger 102 als Basis für die Kontaktierung als strukturierte Folie unter Einsatz einer Flex-Folientechnologie oder Laminiertechnologie hergestellt. Gemäß Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem in der Flex-Folientechnologie gefertigten Schaltungsträger 102 um einen ein- oder mehrlagigen Aufbau handeln. Beispielsweise kann der Schaltungsträger 102 zumindest eine Substratlage aus Kunststoff und zumindest eine Kupferschicht aufweisen. Auch kann der Schaltungsträger 102 eine oder mehrere dünne Kupferschichten aufweisen, die zwischen Substratlagen aus Kunststoff integriert sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Foliendicke des Schaltungsträgers 102 kleiner als 100 µm und liegt beispielsweise im Bereich zwischen 15 und 50 µm.
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5 zeigt den Schaltungsträger 102 nach dem in 3 erläuterten Schritt des Anordnens mit der somit bereits auf dem Schaltungsträger 102 angeordneten beispielhaften elektronischen Schaltung 104. Bei der elektronischen Schaltung 104 handelt es sich hier um einen ultradünnen IC 104. An der von dem Schaltungsträger und 102 weg weisenden Hauptseite 110 weist der IC 104 zwei Kontaktierhügel zum Anbinden des IC 104 an eine elektrische Spannungsquelle auf. Die elektronische Schaltung 104 entspricht in ihrer Breite annähernd einer Breite der Haftmittelschicht 400 auf dem Schaltungsträger 102 und ist mittels des Haftmittels 400 an der Hauptseite 108 des Schaltungsträgers 102 fixiert. Entsprechend der elektronischen Schaltung 104 können weitere elektronischen Schaltungen auf dem Schaltungsträger 102 angeordnet und, wie nachfolgend beschrieben unter Verwendung des Kontaktelements kontaktiert werden.
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Wie die Darstellung in 5 zeigt, ist die elektronische Schaltung 104 entgegen der üblichen FlipChip-Montagetechnik mit der nicht kontaktierfähigen unstrukturierten Seite, also mit den Kontaktierhügeln nach oben, auf der auf dem Schaltungsträger 102 aufgebrachten dünnen folienartigen oder pastösen Klebeschicht 400 angeordnet. Diese nicht „geflippte“ Anbindung der elektronischen Schaltung 104 an den Schaltungsträger 102 erlaubt die Montage der elektronischen Komponente 104 in kostengünstiger planarer Technik.
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6 zeigt das Halbzeug der elektronischen Schaltung 100 nach dem Schritt des Aufbringens von anisotrop leitfähigem Klebstoff 600 des in 3 gezeigten Verfahrens. Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde der Klebstoff 600 auf nahezu die gesamte Hauptfläche 108 des Schaltungsträgers 102 aufgebracht und überlagert somit sowohl die elektronische Schaltung 104 einschließlich der Kontaktierhügel 112 als auch die Metallisierungslage 402.
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Es wurde ein Klebstoff 600 aus der Gruppe der ACA-Klebstoffe (ACA = anisotropic conductive adhesive) verwendet, beispielsweise ein folienartig vorliegender ACF-Klebstoff (ACF = anisotropic conductive film) oder alternativ ein pastöser ACA-Klebstoff. Bei den ACA-Klebstoffen handelt es sich um beispielsweise auf Epoxidbasis hergestellte Klebstoffe bzw. Haftmittel, die mit kleinen leitfähigen Partikeln durchsetzt und somit elektrisch leitfähig sind.
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Wie die Darstellung in 6 zeigt, ist eine Höhe der auf den Schaltungsträger 102 aufgebrachten Klebstoffschicht 600 größer als eine Höhe der Metallisierungslage 402 und größer als eine Höhe des elektronischen Elements 104 inklusive der auf der Hauptseite des ICs 104 beabstandet voneinander angeordneten Kontaktierhügel bzw. Bumps 112. Aus der Darstellung in 6 ist ebenfalls ersichtlich, dass die Höhe der Metallisierungslage 402 in etwa der Höhe des elektronischen Elements 104 inklusive der Kontaktierhügel 112 entspricht.
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Der IC 104 wurde vor der Befestigung auf dem Schaltungsträger 102 mit den mindestens zwei Kontaktierhügeln 112 versehen bzw. „gebumpt“. Die Bumps 112 bestehen bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem ACA- bzw. ACF-optimierten Material und wurden, wie im Zusammenhang mit 2 bereits erläutert, relativ flach und mit möglichst großem Durchmesser ausgeformt.
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7 zeigt die elektrische Schaltung 100, nachdem das in dem dritten Schritt des Bereitstellens bereitgestellte Kontaktelement 106 auf den Schaltungsträger 102 bestückt wurde. Das Kontaktelement 106 ist wie der Schaltungsträger 102 als flexible Folie ausgebildet und kann ein- oder mehrlagig sein. Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde entsprechend der Anzahl der mindestens zwei Kontakthügel 112 an der elektronischen Schaltung 104 ein beispielhaftes Kontaktelement 106 mit zwei elektrischen Kontakten 116 bereitgestellt. Die elektrischen Kontakte 116 sind hier als zwei voneinander beabstandete Leiterbahnen 116 an der Hauptseite 114 des Kontaktelements 106 ausgebildet.
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Gemäß dem in 3 gezeigten weiteren Schritt des Anordnens in dem Herstellungsverfahren wurde das folienförmige Kontaktelement 106 auf die vormontierte Baugruppe bestückt, indem es „geflippt“ also umgedreht und mit den elektrischen Kontakten 116 voran bzw. in Richtung der elektronischen Schaltung 104 auf die Schicht des anisotrop leitfähigen Klebstoffs 600 aufgelegt in die Schicht hineingedrückt wurde, sodass die Leiterbahnen 116 des Kontaktelements 106 auf die vorgesehenen Strukturen des Schaltungsträgers 102 bzw. die Bumps 112 des Chips 104 treffen, um die elektrischen Kontakte 116 mit den Bumps bzw. Kontaktierhügeln 112 in Berührung zu bringen.
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Zusätzlich wurde beim Bestücken des Kontaktelements 106 eine der Leiterbahnen 116 mit der Metallisierungslage 402 kontaktiert. Die annähernd gleiche Höhe der Metallisierungslage 402 und des ICs 104 inklusive der Kontaktierhügel 112 hat eine möglichst planare Anordnung des Kontaktelements 106 auf der vormontieren Baugruppe ermöglicht, sodass bei der in 6 gezeigten fertig montierten elektrischen Schaltung 100 das Kontaktelement 106 im Wesentlichen parallel zu dem Schaltungsträger 102 angeordnet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens wird in einem abschließenden Verpress- bzw. Thermodenbondprozess in einem Arbeitsgang die Kontaktierung und Fixierung des Kontaktelements 106 an der elektronischen Schaltung 104 hergestellt.
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Es ist eine sehr flache und flexible elektrische Schaltung 100 mit Foliendicken typischerweise zwischen 15 und 50 µm entstanden. Sowohl das Kontaktelement 106 als auch der Schaltungsträger 102 können ein-, zwei- oder mehrlagig hergestellt sein. Zur Entwärmung der elektronischen Schaltung 104 können im Herstellungsverfahren auch Metallbauteile in das Package eingebracht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann mit einem abschließenden Hinterspritzen oder Überlaminieren der Folien 102, 106 ein wirksamer Schutz der Elektronik 104 ermöglicht werden. Soll die elektrische Schaltung 100 überlaminiert werden, wird auf den Einsatz von Bauelementen mit möglichst kleinen Flächen geachtet, um die Stoffkosten niedrig zu halten. Das Überlaminieren bringt bei dem hier vorgeschlagenen Konzept keine Nachteile mit sich, da ein Laserprozess zum Freilegen der Kontaktflächen nach dem Laminieren hier entfällt.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die elektrische Schaltung in der oben beschriebenen Weise auch als 3D-Bauteil mit einer Mehrzahl von ICs 104 und einer Mehrzahl von Kontaktelementen 106 aufgebaut werden.
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Die elektrische Schaltung 100 kann nach der planaren Herstellung bzw. Montage der elektronischen Schaltung 104 durch Verformung des Substrats bzw. Schaltungsträgers 102 kostenreduzierend in eine dreidimensionale Form gebracht werden. Beim Einsatz sehr dünner ICs 104 ist selbst eine Verformung der Elektronik in den Substraten möglich.
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Eine durch das hierin vorgestellte neue FC-FlexRS-Verfahren hergestellte elektrische Schaltung 100 weist viele Vorteile auf. Es ist ein sehr flacher Aufbau realisierbar, die Folien des Schaltungsträgers 102 und/oder des Kontaktelements 106 können einschließlich des Einbaus von z. B. Auswerte-ICs (ASICs) 104 unter 100 µm dick sein. Der vorgeschlagene Ansatz kann in neuen PLP(Panel-Level-Packaging)-Technologien umgesetzt werden. Die Module 100 können durch planare Aufbautechnik und den Einsatz von Großserientechniken wie Molden und Spritzgießen kostengünstig hergestellt werden.
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Insbesondere ist die Möglichkeit der Herstellung eines 3D-Bauteils 100 mit integrierten elektronischen Bauelementen 104 gegeben. Auch eine Integration von auf Interposern aufgebauten oder in lnterposer integrierten ICs 104 oder aber die Herstellung geeigneter IC-Packages durch z. B. Heißprägen ist möglich. Eine Herstellung der elektronischen Kontakte zu den Komponenten ist in planarer Technologie auf dem lnterposer umsetzbar. Auch eine Herstellung von Leitungskreuzungen anders als in der traditionellen MID-Technologie ist durch Einsatz von Interposern bei gleichzeitiger Integration von Elektronik oder auch nur durch Integration der Verdrahtungsebene (lnterposer) ohne Weiteres realisierbar. Schließlich ergibt sich durch Einsatz der Integrationstechnologie die Einsparung von Schaltungsfläche bzw. -volumen in erheblicher Größenordnung.
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8 zeigt anhand einer schematischen Darstellung einen möglichen Einsatz der gemäß dem hier vorgestellten Konzept gefertigten elektrischen Schaltung 100 in einem Fahrzeug 800. Bei dem Fahrzeug 800 handelt es sich hier um ein straßengebundenes Fahrzeug 800 wie einen Personen- oder Lastkraftwagen. Die elektrische Schaltung 100 ist in ein Karosserieteil 802 – konkret eine Stoßstange bzw. einen Stoßfänger 802 – des Fahrzeugs 800 integriert.
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In 8 bildet die elektrische Schaltung 100 eine Hochfrequenz-Auswerteelektronik 100 eines in die Stoßstange 802 integrierten Sensors 804 einer Insassenschutzeinrichtung des Fahrzeugs 800. Über ein Leitungssystem, z. B. einen CAN-Bus, des Fahrzeugs 800 ist die elektrische Schaltung 100 mit einem zentralen Steuergerät 806 des Fahrzeugs 800 verbunden.
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Durch den hierin vorgestellten vorteilhaften flexiblen Folienaufbau der elektrischen Schaltung 100 eignet sich diese besonders für die Integration in räumlich begrenzten und/oder nicht geradlinig gewandeten Bauräumen wie z. B. dem Fahrzeugstoßfänger 802, beispielsweise als verdeckter Einbau durch Einspritzen oder Hinterspritzen im Stoßfänger 802 oder anderen Karosserieteilen.
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Die in Folientechnik gefertigte Hochfrequenz-Auswertelektronik 100 kann kostengünstig und sehr nahe an eine zugeordnete Hochfrequenz-Elektronik gebracht werden, und das Modul 100 kann über einfache Verbindungen die reduzierten Daten zum zentralen Steuergerät 806 übertragen. Durch den flexiblen Einbau können beispielsweise Antennen des Hochfrequenz-Moduls 100 gebogen werden und somit ohne Weiteres z. B. im Stoßfänger 802 integriert werden.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 900 zum Befestigen einer elektrischen Schaltung, beispielsweise des in 8 gezeigten HF-Auswertemoduls. Das Verfahren 900 umfasst einen Schritt 902 des Anbringens der elektrischen Schaltung an ein Karosserieteil für ein Fahrzeug, insbesondere an eine Wand eines gebogenen Karosserieteils für ein Fahrzeug. Eine beispielhafte Methode für das Anbringen ist das Einkleben. In einem nachfolgenden Schritt 904 wird das Karosserieteil hinterspritzt, um die elektrische Schaltung in ein Spritzmaterial einzubetten.
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Weitere beispielhafte Anwendungsgebiete für den hier vorgestellten neuartigen Schaltungsaufbau sind flexible Touchsteuerungen, die Kontaktierung von Embedding-Bauteilen (LRR), Drucksensoren und die elektronische Verpackungstechnologie.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013212254 A1 [0003]
