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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Anmeldung betrifft Halbleitergehäuse und insbesondere MEMS-Gehäuse mit besonders hoher Akustikleistung, die mit einer Vielfalt von Leiterplatten kompatibel sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Halbleitergehäuse werden gemeinhin zur Unterbringung und zum Schutz von integrierten Schaltungen verwendet, wie zum Beispiel Regler, ASIC-Geräte, Sensoren usw. Halbleiterbaueinheiten sollen die integrierte Schaltung vor potentiell schädlichen Umwelteinflüssen schützen, wie zum Beispiel starke Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Staubpartikel usw. Das Verpacken (Packaging) von Sensoreinrichtungen, wie zum Beispiel MEMS (mikro-elektro-mechanische Systeme)-Sensoreinrichtungen stellt eine große Herausforderung dar. MEMS-Bauelemente werden gemeinhin zur Messung von Umgebungsparametern verwendet, wie zum Beispiel Temperatur, Druck, Schall, Zusammensetzung der Atmosphäre usw. Die Sensorelemente müssen zumindest teilweise der äußeren Umgebung ausgesetzt sein, so dass die Umgebungsparameter gemessen werden können, während die anderen, mit den Sensorelementen verbundenen Schaltungen idealerweise vor der äußeren Umgebung geschützt sind. Dementsprechend kann ein MEMS-Gehäuse ein Dach oder einen Deckel mit einer Öffnung oder einem Durchlass enthalten, das oder der die verpackten Elemente schützt und den MEMS-Sensor der äußeren Umgebung aussetzt.
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Besonders im Hinblick auf das Verpacken von akustischen MEMS-Bauelementen (d. h. Sensorgeräte mit Mikrofonen) ist die Leistung von MEMS-Bauelementen stark davon abhängig, wie gut das Mikrofon des MEMS-Bauelements in der Gehäusestruktur positioniert werden kann. Im Fall eines Gehäuses mit einem Hohlraum bieten größere Hintergrundvolumen des inneren Hohlraums beispielsweise eine bessere Leistung. Optimale Leistung wird zum Beispiel erzielt, wenn sich das MEMS-Bauelement möglichst nahe am Durchlass befindet.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit von Halbleiterverpackungen betrifft die Ausrichtung des Gehäuses zum Artikel, mit dem das Gehäuse verbunden ist (z. B. eine globale Leiterplatte). Im Fall von MEMS-Anwendungen bevorzugen einige Nutzer, wenn das Gehäuse so montiert ist, dass die Schalleintrittsöffnung nach unten, hin zur Leiterplatte ausgerichtet ist, mit der das Gehäuse elektrisch verbunden ist. Andere Nutzer bevorzugen eine umgekehrte Ausrichtung der Schalleintrittsöffnung, sodass sich das MEMS-Bauelement und der Durchlass gegenüber von der Leiterplatte befinden, mit der das Gehäuse elektrisch verbunden ist.
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Bei einer bekannten Gehäusestruktur und dem zugehörigen Verfahren zum Verpacken von MEMS-Bauelementen wird die Leiterplatte innerhalb des Vorrichtungsgehäuses gebildet. Die Leiterplatte dient der einfachen Verbindung von dem MEMS-Bauelement und anderen Vorrichtungen im Gehäuse (z. B. ASIC-Bausteine). So können in einer Konfiguration zwei Leiterplattenschichten in einem einzigen Gehäuse vorgesehen sein, in der das MEMS-Bauelement und ASIC auf der Seite des Gehäuses angeordnet sind, die sich gegenüber der Leiterplattenschicht im Gehäuse befindet, die mit der (globalen) Leiterplatte verbunden ist, mit der wiederum das Gehäuse elektrisch verbunden ist. Diese Konstruktion erfordert jedoch höhere Materialkosten und höchste Genauigkeit bei der Herstellung. Obwohl dies umgangen werden kann, indem nur eine Leiterplattenschicht verwendet und das MEMS-Bauelement in jeder beliebigen Konfiguration auf dieser Schicht angebracht wird, hat diese Möglichkeit bei einigen Konfigurationen eine schlechtere Leistung zur Folge. Die Nutzung der Leiterplatte innerhalb des Gehäuses hat daher den Nachteil geringerer Kompatibilität und höherer Herstellungskosten.
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US 2009/0045498 A1 offenbart ein Halbleitergehäuse mit einem elektrisch leitfähigen Leadframe, der einen ersten Chipträger mit einer ersten Öffnung und eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Verbindungen aufweist, und einer elektrisch isolierenden Moldmasse, die einen inneren Hohlraum aufweist, der durch eine ebene Grundfläche und äußere Seitenwände der Moldmasse festgelegt ist, einer zweiten Öffnung, die in der Grundfläche ausgebildet ist, wobei die Moldmasse um den Leadframe ausgebildet und der erste Chipträger im inneren Hohlraum angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Öffnung so zueinander ausgerichtet sind, dass sie einen Durchlass bilden, der Zugang zum inneren Hohlraum ermöglicht. Ferner ist eine innere Seitenwand vorgesehen, die im inneren Hohlraum angeordnet ist.
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US 9,013,013 B1 offenbart ein Glassubstrat, das getrennt von einem darunterliegenden Metallsubstrat und getrennt von einer umgebenden Moldmasse ausgebildet ist.
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US 5,859,759 A offenbart ein Hohlraumgehäuse für Drucksensoren mit mindestens zwei Kammern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Halbleitergehäuse mit den Merkmalen von Anspruch 1 ist offenbart. Entsprechend einer Ausführungsform umfasst das Halbleitergehäuse einen elektrisch leitfähigen Leadframe, der einen ersten Chipträger (die paddle) mit einer Öffnung und eine Mehrzahl elektrisch leitfähiger Verbindungen umfasst. Das Gehäuse umfasst weiterhin einen um den Umfang der ersten Öffnung gebildeten Steg (oder eine Rippe) und eine elektrisch isolierende Moldmasse. Die elektrisch isolierende Moldmasse enthält einen inneren Hohlraum, der durch eine ebene Grundfläche und äußere Seitenwände der Moldmasse festgelegt wird, eine zweite Öffnung, die in der Grundfläche ausgebildet ist, und eine innere Seitenwand, die im inneren Hohlraum angeordnet ist. Die Moldmasse ist um den Leadframe herum ausgebildet, wobei der erste Chipträger im inneren Hohlraum angeordnet ist. Die erste und die zweite Öffnung sind so zueinander ausgerichtet, dass sie einen Durchlass bilden, der Zugang zum inneren Hohlraum ermöglicht. Der Steg und die innere Seitenwand bilden gemeinsam einen Damm, der so konfiguriert ist, dass er verflüssigtes Dichtungsmittel aufnimmt und verhindert, dass das verflüssigte Dichtungsmittel in den Durchlass oder in anliegende Bereiche des inneren Hohlraums ausläuft.
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Nach einer anderen Ausführungsform umfasst das Halbleitergehäuse einen elektrisch leitfähigen Leadframe, der einen ersten Chipträger mit einer ersten Öffnung und eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Verbindungen umfasst. Das Gehäuse umfasst weiterhin einen Steg, der um einen Umfang der ersten Öffnung ausgebildet ist, und eine elektrisch isolierende Moldmasse. Die elektrisch isolierende Moldmasse umfasst einen inneren Hohlraum, der durch eine ebene Grundfläche und äußere Seitenwände der Moldmasse festgelegt ist, eine zweite Öffnung, die in der Grundfläche ausgebildet ist, und eine innere Seitenwand, die im inneren Hohlraum angeordnet ist. Das Gehäuse umfasst weiterhin ein erstes Halbleiterbauelement, das im inneren Hohlraum angeordnet und elektrisch mit dem Leadframe verbunden ist, und ein Dichtungsmittel zum adhäsiven Bonden des ersten Halbleiterbauelements mit dem Leadframe. Die erste und zweite Öffnung sind so zueinander ausgerichtet, dass sie einen Durchlass bilden, der Zugang zum inneren Hohlraum ermöglicht. Das erste Halbleiterbauelement ist im inneren Hohlraum über dem Durchlass angeordnet. Das Dichtungsmittel wird von einem Damm zurückgehalten, der gemeinsam durch den Steg und die innere Seitenwand gebildet wird.
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Ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleitergehäuse mit den Merkmalen von Anspruch 12 ist offenbart. Entsprechend einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Leadframes, der einen ersten Chipträger mit einer ersten Öffnung, eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Verbindungen und einen Steg umfasst, der um einen Umfang der ersten Öffnung ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst weiterhin die Bildung einer elektrisch isolierenden Moldmasse um den Leadframe, sodass der erste Chipträger innerhalb eines inneren Hohlraums der Moldmasse angeordnet ist, und der innere Hohlraum durch eine ebene Grundfläche und äußere Seitenwände der Moldmasse festgelegt wird. Das Verfahren umfasst weiterhin die Bildung einer zweiten Öffnung in der Grundfläche, die zur ersten Öffnung zeigt, sodass die erste und die zweite Öffnung einen Durchlass bilden, der Zugang zum inneren Hohlraum ermöglicht. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden einer inneren Seitenwand, die im inneren Hohlraum angeordnet ist. Der Steg und die innere Seitenwand bilden gemeinsam einen Damm, der so konfiguriert ist, dass er verflüssigtes Dichtungsmittel aufnimmt und verhindert, dass das verflüssigte Dichtungsmittel in den Durchlass oder anliegende Bereiche des inneren Hohlraums überfließt.
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Ein Fachmann wird beim Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
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Figurenliste
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Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander abgebildet. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen die zugehörigen gleichen Teile. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert werden, es sei denn sie schließen einander aus. Die Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1, die 1A und 1B umfasst, stellt einen elektrisch leitfähigen Leadframe entsprechend einer Ausführungsform dar. 1A zeigt eine Draufsicht des Leadframes, und 1B zeigt den Leadframe aus isometrischer Perspektive.
- 2, die 2A und 2B umfasst, veranschaulicht eine Draufsicht eines Gehäuses entsprechend einer Ausführungsform mit einem Leadframe und einer Moldmasse. 2A zeigt die Außenseite des Gehäuses, und 2B zeigt den inneren Hohlraum des Gehäuses.
- 3, die 3A und 3B umfasst, veranschaulicht das Gehäuse aus 2 aus isometrischer Perspektive. 3A zeigt eine Außenseite der Struktur, und 3B zeigt den inneren Hohlraum des Gehäuses.
- 4 veranschaulicht eine Nahansicht des Gehäuses entsprechend einer Ausführungsform aus isometrischer Perspektive, um die Merkmale des Stegs zu zeigen, der um eine Öffnung im Leadframe ausgebildet ist.
- 5 veranschaulicht einen Querschnitt des Gehäuses entsprechend einer Ausführungsform, in dem das erste und das zweite Halbleiterbauelement innerhalb des Gehäuses angebracht sind.
- 6 ist eine Nahansicht des Querschnitts des Gehäuses entsprechend einer Ausführungsform, in der Dichtungsmittel unter das erste Halbleiterbauelement eingespritzt wird, sodass das Dichtungsmittel durch eine Dammstruktur zurückgehalten wird.
- 7 ist eine isometrische Ansicht des Gehäuses entsprechend einer Ausführungsform, in der ein Deckel auf dem Hohlraum aufgesetzt ist, um die darin enthaltenen Halbleiterbauelementen zu umschließen.
- 8, die 8A - 8C umfasst, veranschaulicht das Gehäuse entsprechend einer Ausführungsform nach dem Biegen der Verbindungen zum Bereitstellen einer Konfiguration, in der der Durchlass nach oben ausgerichtet ist. 8A zeigt das Gehäuse aus isometrischer Perspektive, 8B zeigt einen Querschnitt des Gehäuses, und 8C zeigt eine Draufsicht des Gehäuses.
- 9, die 9A und 9B umfasst, veranschaulicht die Gehäusekonfiguration aus 8, in der entsprechend einer Ausführungsform der Durchlass nach oben ausgerichtet ist, nach Durchführung eines Overmolding-Verfahrens (Mehrkomponenten-Spritzgießen).
- 10, die 10A - 10C umfasst, veranschaulicht das Gehäuse entsprechend einer Ausführungsform nach dem Biegen der Verbindungen zum Bereitstellen einer Konfiguration, bei der Durchlass nach unten zeigt. 10A zeigt das Gehäuse aus isometrischer Perspektive, 10B zeigt einen Querschnitt des Gehäuses, und 10C zeigt eine Draufsicht des Gehäuses.
- 11, die 11A und 11B umfasst, veranschaulicht die Gehäusekonfiguration aus 10 entsprechend einer Ausführungsform, bei der der Durchlass nach unten zeigt, nach Durchführung eines Overmolding-Verfahrens.
- 12, die 12A und 12B umfasst, veranschaulicht das Gehäuse entsprechend einer Ausführungsform nach dem Biegen der Verbindungen ohne Durchführung eines Overmolding-Verfahrens.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Es werden Ausführungsformen eines Halbleitergehäuses und ein entsprechendes Verfahren zum Verpacken von Halbleitern offenbart. Das Gehäuse bietet eine hohe Leistung in MEMS-Anwendungen, zum Beispiel aufgrund eines Damms aus verflüssigtem Dichtungsmittel im Gehäuse. Der Damm wird aus einem stegförmigen Klebstoff-Auslaufverschluss und einer inneren Seitenwand des Gehäusehohlraums gebildet. Diese Merkmale bilden gemeinsam einen Damm, der verflüssigtes Dichtungsmittel unter dem MEMS-Bauelement zurückhält und damit das Dichtungsmittel so zurückhält, dass eine perfekte oder nahezu perfekte akustische Abdichtung zwischen dem MEMS-Bauelement und dem Gehäusedurchlass entsteht.
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Das Verpackungsverfahren kann so durchgeführt werden, dass die Grundgehäusestruktur universell kompatibel mit verschiedenen Einbaukonfigurationen ist, wie zum Beispiel eine Konfiguration, bei der der Durchlass nach oben zeigt oder eine Konfiguration, bei der der Durchlass nach unten zeigt. Verschiedene Endgehäusekonfigurationen können durch Änderungen des Herstellungsprozesses erreicht werden, wie zum Beispiel das Biegen der Verbindungen in unterschiedliche Richtungen für eine Konfiguration, bei der der Durchlass entweder nach oben oder nach unten zeigt.
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Eine hierin beschriebene vorteilhafte Ausführungsform umfasst das Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Deckels über dem inneren Hohlraum des Gehäuses. Der Deckel kann zum Beispiel durch ein stromloses Galvanisierungsverfahren elektrisch leitfähig gemacht werden. Der Deckel kann elektrisch mit einem Erdungsanschluss der Vorrichtung verbunden werden, indem eine der Verbindungen einfach gegen die Oberfläche des Deckels gebogen und ein elektrisches Haftmaterial dazwischen aufgebracht wird. Durch elektrisches Erden des Deckels kann der Deckel als elektromagnetische Störungsabschirmung konfiguriert werden. Das stromlose Galvanisierungsverfahren und das Verbindungs-Biegeverfahren, die zur Bildung dieser elektromagnetischen Störungsabschirmung verwendet werden, sind gegenüber aus dem Stand der Technik bekannter Gehäuseabschirmverfahren relativ kostengünstig umzusetzen. So kommen zum Beispiel konventionelle Oberflächenmontage-Technologien für die Bildung einer elektromagnetischen Störungsabschirmung nicht ohne zusätzliches Metall aus, was natürlich höhere Kosten und einen größeren Verarbeitungsaufwand mit sich bringt.
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1 - 12 zeigen ein Gehäuse 100 in verschiedenen Phasen eines Verfahrens zum Verpacken eines Halbleiterbauelements nach einer Ausführungsform.
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1, die 1A und 1B umfasst, veranschaulicht einen Leadframe 102 nach einer Ausführungsform. Der Leadframe 102 ist aus einem elektrischen Leiter wie Kupfer, Aluminium oder anderen geeigneten Legierungen oder Kombinationen daraus gebildet. Nach einer Ausführungsform wird der Leadframe 102 durch das Bereitstellen einer Deckschicht aus einem elektrisch leitfähigem Material (z. B. Kupfer, Aluminium usw.) und die Bildung von Öffnungen im Metallblech, z. B. durch Prägen oder Ätzen gebildet.
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Der Leadframe 102 umfasst einen oder mehrere Chipträger 104. Die Chipträger 104 sind so bemessen, dass ein Halbleiterbauelement auf ihnen angebracht werden kann. Der Leadframe 102 umfasst ferner eine Mehrzahl von Verbindungen 106, die sich weg von den Chipträgern 104 erstrecken. Nach einer Ausführungsform liegen die Leitungen 106 auf der gleichen Ebene wie der Chipträger 104.
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Nach einer Ausführungsform ist im Chipträger 104 des Leadframes 102 eine erste Öffnung 108 bereitgestellt. Die erste Öffnung 108 bietet eine offene Kommunikation zwischen einem Halbleiterbauelement, das auf dem Chipträger 104 angebracht ist, und einer gegenüberliegenden Seite des Leadframes 102. Wie in 1 ersichtlich, hat die erste Öffnung 108 eine kreisförmige Form. Die Größe und Form der ersten Öffnung 108 können auf die speziellen Abmessungen des Halbleiterbauelements zugeschnitten werden, das auf dem Chipträger 104 angebracht ist.
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2, die 2A und 2B umfasst, und 3, die 3A und 3B umfasst, veranschaulichen ein universell konfigurierbares Gehäuse 100 nach einer Ausführungsform. Das Gehäuse 100 umfasst den Leadframe 102 aus 1 mit einer elektrisch isolierenden Moldmasse 110, die um den Leadframe 102 ausgebildet ist. Die Moldmasse 110 kann durch verschiedene Formgebungsverfahren gebildet werden, wie zum Beispiel durch Spritzgießen oder Spritzpressen. Ferner kann das Material der Moldmasse 110 eines einer Mehrzahl von Materialien sein, die in diesen Formgebungsverfahren verwendet werden, wie zum Beispiel duroplastischer Kunststoff. Die Moldmasse 110 wurde so ausgebildet, dass sie einen inneren Hohlraum 112 umfasst. Daher ist das Gehäuse 100 ein geformtes Hohlraumgehäuse.
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Die Moldmasse 110 umfasst eine im Wesentlichen ebene Grundfläche 114 und äußere Seitenwände 116, die den inneren Hohlraum 112 des Gehäuses festlegen. Das heißt die Grundfläche 114 und die äußeren Seitenwände 116 umschließen zumindest teilweise ein dreidimensionales Volumen. Nach einer Ausführungsform sind die äußeren Seitenwände 116 senkrecht zur Grundfläche 114 angeordnet. Alternativ können die äußeren Seitenwände 116 einen schrägen Winkel zur Grundfläche 114 bilden. Weiter können die äußeren Seitenwände 116 verjüngt ausgebildet sein, so dass sie nahe der Grundfläche 114 dicker und nahe der Oberkanten 118 der äußeren Seitenwände 116, die sich gegenüber der Grundfläche 114 befinden, dünner ausgebildet sind.
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Die Moldmasse 110 wurde um den Leadframe 102 gebildet, sodass der Chipträger 104 im inneren Hohlraum 112 angeordnet ist. Das heißt der Chipträger 104 befindet sich zwischen der ebenen Grundfläche 114 und den Oberkanten 118 der äußeren Seitenwände 116. Weiter kann der Chipträger 104, wie in der dargestellten Ausführungsform ersichtlich, parallel zur Grundfläche 114 sein oder bündig an diese anschließen.
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Eine zweite Öffnung 120 ist in der Grundfläche 114 der Moldmasse 110 ausgebildet. Die Abmessungen und Konfiguration der zweiten Öffnung 120 entsprechen den Abmessungen und der Konfiguration der ersten Öffnung 108 im Leadframe 102. Das heißt die zweite Öffnung 120 hat im Wesentlichen die gleiche Form (z. B. kreisförmig, quadratisch usw.) wie die erste Öffnung 108. Weiter kann die zweite Öffnung 120 eine ähnliche Größe wie die erste Öffnung 108 aufweisen (z. B. zwischen 1-10 % größer als die erste Öffnung 108). Dementsprechend können die erste und die zweite Öffnung 108 und 120 so zueinander ausgerichtet werden, dass sie einen Durchlass 121 bilden, der Zugang zum inneren Hohlraum 112 ermöglicht. In einer Ausführungsform, in der der Chipträger 104 bündig an der Grundfläche 114 anliegt, überlappen die erste und die zweite Öffnung 108, 120 einander und bilden einen einzigen Zugangspunkt zum inneren Hohlraum 112 von der Außenseite des Gehäuses 102.
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Die Moldmasse 110 umfasst eine innere Seitenwand 122, die im inneren Hohlraum 112 angeordnet ist. Die innere Seitenwand 122 kann eine im Wesentlichen ähnliche oder identische Struktur haben wie die äußeren Seitenwände 116. Zum Beispiel kann die innere Seitenwand 122 die gleiche Höhe wie die äußeren Seitenwände 116 und eine ähnlich verjüngte Konfiguration haben. Weiter kann sich die innere Seitenwand 122 weg von der Grundfläche 114 in die gleiche Richtung zur Grundfläche 114 erstrecken (z. B. senkrecht oder leicht schräg). Nach einer Ausführungsform erstreckt sich die innere Seitenwand 122 zwischen den sich gegenüberliegenden äußeren Seitenwänden 116, sodass sie den inneren Hohlraum 112 in ein erstes und ein zweites Innenraumvolumen 124, 126 unterteilt. So erstreckt sich die innere Seitenwand 122 in einer Ausführungsform, in der das Gehäuse 100 rechteckförmig ist, zum Beispiel zwischen zwei parallelen und beanstandeten äußeren Seitenwänden 116, sodass im inneren Hohlraum 112 zwei unterschiedliche Volumen gebildet werden. Nach einer Ausführungsform grenzt die innere Seitenwand 122 direkt an den Leadframe 102 an, sodass das erste und zweite Innenraumvolumen 124, 126 vollständig voneinander isoliert sind. In einer anderen Ausführungsform grenzt die innere Seitenwand 122 direkt an die Grundfläche 114 an und steht durch eine Öffnung im Leadframe 102 hervor, sodass sie das erste und zweite Innenraumvolumen 124, 126 vollständig voneinander isoliert.
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4 zeigt eine Nahaufnahme des Gehäuses 100 aus isometrischer Perspektive, um die Merkmale des Gehäuses 100 nahe der ersten Öffnung 108 hervorzuheben. Wie zu erkennen ist, umfasst das Gehäuse 100 einen Steg 128, der um einen Umfang der ersten Öffnung 108 ausgebildet ist. Der Umfang der ersten Öffnung 108 bezieht sich auf die Ränder des Leadframes 102, welche die Form der ersten Öffnung 108 festlegen. Der Steg 128 ist ein bewusst ausgebildetes Merkmal des Gehäuses 100, das von den anderen, hier beschriebenen Gehäusemerkmalen, insbesondere der inneren Seitenwand 122 und den äußeren Seitenwänden 116, getrennt ist.
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Der Steg 128 kann entweder in einem oder beiden Leadframes 102 und der Moldmasse 110 ausgebildet sein. Nach einer Ausführungsform ist der Steg 128 im Leadframe 102 durch einen erhöhten Kragen im Chipträger 104 ausgebildet, der den Umfang der ersten Öffnung 108 bildet. Der erhöhte Kragen erstreckt sich weg vom ersten Chipträger in Richtung der Oberkanten 118 der äußeren Seitenwände 116, sodass sich die Oberkanten des erhöhten Bunds näher an den Oberkanten 118 der äußeren Seitenwände 116 befinden als der Chipträger 104. Nach einer Ausführungsform ist der Steg 128 senkrecht zum Chipträger 104 angeordnet.
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Nach einer anderen Ausführungsform wird der Steg 128 durch einen erhöhten Kragen in der Moldmasse 110 gebildet (siehe 6), der den Umfang der zweiten Öffnung 120 bildet. In dieser Ausführungsform schließt der Steg 128 direkt an die zweite Öffnung 120 an, sodass die inneren Seitenwände des Stegs 128 den Umfang der zweiten Öffnung 120 bilden.
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In 5 wurde ein erstes Halbleiterbauelement 130 im inneren Hohlraum 112 angebracht und elektrisch mit dem Leadframe 102 verbunden. Das erste Halbleiterbauelement 130 kann eine von verschiedenen integrierten Schaltungsanordnungen sein, wie zum Beispiel eine Schaltvorrichtung, eine Logikanordnung, ein Speicher, Regler, Sensor usw. Nach einer Ausführungsform ist das erste Halbleiterbauelement 130 ein MEMS-Bauelement. Das erste Halbleiterbauelement 130 kann insbesondere ein akustisches MEMS-Bauelement mit einem Mikrofon sein.
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In der Ausführungsform nach 5 wurde das erste Halbleiterbauelement 130 mithilfe der Flip-Chip-Montage auf dem Leadframe 102 angebracht, und zwar mit einer elektrisch leitfähigen Lötkugel (z. B. eine Lötkugel aus Kupfer), die beide physisch und elektrisch miteinander verbindet. Alternativ kann die Ausrichtung des ersten Halbleiterbauelements 130 auch umgekehrt werden, sodass die Anschlussteile vom Leadframe 102 abgewandt sind. In dieser Ausführungsform kann die elektrische Verbindung zum Beispiel über Drahtbonds hergestellt werden.
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Das erste Halbleiterbauelement 130 wurde so auf dem Durchlass 121 angebracht, dass mindestens ein Teil des ersten Halbleiterbauelements 130 über den Durchlass 121 in offener Verbindung mit der Außenseite des Gehäuses steht. Nach einer Ausführungsform schließt das erste Halbleiterbauelement 130 bündig an den Steg 128 an, der um den Umfang der ersten Öffnung 108 ausgebildet ist, sodass ein Teil des Halbleiterbauelements 130 vom inneren Hohlraum 112 freiliegt.
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Nach einer Ausführungsform wurde ein zweites Halbleiterbauelement 132 im inneren Hohlraum 112 angebracht und elektrisch mit dem Leadframe 102 verbunden. Wie in 5 ersichtlich, wurde das erste Halbleiterbauelement 130 im ersten Innenraumvolumen 124 und das zweite Halbleiterbauelement 132 im zweiten Innenraumvolumen 126 angebracht. Das erste und das zweite Halbleiterbauelement 130 und 132 sind durch die innere Seitenwand 122 voneinander getrennt. Das zweite Halbleiterbauelement 132 kann eines von einer Mehrzahl von integrierten Schaltvorrichtungen sein, wie zum Beispiel eine Logikvorrichtung, ein Leistungstransistor, ein analoger Schaltkreis, Sensor usw. Nach einer Ausführungsform ist das zweite Halbleiterbauelement 132 eine ASIC-Vorrichtung. Das zweite Halbleiterbauelement 132 kann in ähnlicher Weise am Leadframe 102 befestigt und mit diesem elektrisch verbunden sein, wie das erste Halbleiterbauelement 130.
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In 6 wird mit einem Dichtungsmittel eine Klebverbindung zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 130 und dem Gehäuse hergestellt. Die Klebverbindung wird durch Einspritzen eines verflüssigten Dichtungsmittels 134, wie zum Beispiel MEMS-Klebstoff (z. B. SU-8 oder Benzocyclobuten (BCB)) in das erste Innenraumvolumen 124 unterhalb des ersten Halbleiterbauelements 130 hergestellt. Der Steg 128 und die innere Seitenwand 122 bilden gemeinsam eine Dammstruktur. Das heißt, der Steg 128 und die innere Seitenwand 122 bilden gegenüberliegende Seitenwände, die verhindern, dass das verflüssigte Dichtungsmittel 134 seitlich über die Grundfläche 114 und/oder den Leadframe 102 überfließt. Der Damm sorgt dementsprechend dafür, dass das verflüssigte Dichtungsmittel 134, das in den ersten inneren Hohlraum 112 eingespritzt wird, sich um den Durchlass 121 herum und unterhalb des ersten Halbleiterbauelements 130 ansammelt. Weiter verhindert der Damm, dass das verflüssigte Dichtungsmittel 134 in andere Bereiche ausläuft, in denen es Probleme verursachen kann. Zum Beispiel verhindert in der dargestellten Ausführungsform der Steg 128, dass das verflüssigte Dichtungsmittel 134 in den Durchlass 121 läuft. Weiter verhindert die innere Seitenwand 122, dass das verflüssigte Dichtungsmittel 134 in das zweite Innenraumvolumen 126 ausläuft, der das zweite Halbleiterbauelement 132 und die zugehörigen elektrischen Verbindungen umfasst. So kann eine größere Menge Dichtungsmittel 134 für das Herstellen einer hochwertigen Klebverbindung zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 130 und dem Gehäuse 100 verwendet werden. Weiter kann das Dichtungsmittel 134 zur Bildung einer schallundurchlässigen Versiegelung zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 130 und dem Durchlass 121 verwendet werden. Weiter kann diese Klebverbindung mit minimalem Verarbeitungsaufwand hergestellt werden, da der Damm in der Gehäusestruktur die Notwenigkeit verringert, die Menge an dem verflüssigten Dichtungsmittel 134, das in das Gehäuse 100 eingespritzt wird, genau zu kontrollieren.
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Nach einer Ausführungsform dient die Dammstruktur dazu, das verflüssigte Dichtungsmittel 134 so zu leiten, dass es eine vollständige Dichtung um den Durchlass 121 bildet. Dadurch wird ein Teil des ersten Halbleiterbauelements 130, das zum Durchlass 121 zeigt, vollständig vom inneren Hohlraum 112 isoliert. Das heißt, das Dichtungsmittel in Verbindung mit dem Steg 128 umschließt einen Teil des Bodens des ersten Halbleiterbauelements 130, der zum Durchlass 121 zeigt, sodass dieser Teil der Außenseite des Gehäuses nur über den Durchlass 121 ausgesetzt ist.
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Durch Einspritzen des verflüssigten Dichtungsmittels 134 unterhalb des ersten Halbleiterbauelements 130 (d. h. zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 130 und dem Leadframe 102) und vollständig um die erste Öffnung 108 kann eine vollständige Abdichtung um den Durchlass 121 erzielt werden. In einer Ausführungsform des Gehäuses, die eine innere Seitenwand 122 umfasst, die den inneren Hohlraum 112 in ein erstes und ein zweites Innenraumvolumen 124, 126 unterteilt, kann das verflüssigte Dichtungsmittel 134 in das erste Innenraumvolumen 124 unterhalb des ersten Halbleiterbauelement 130 eingespritzt werden, sodass sich das verflüssigte Dichtungsmittel 134 zwischen dem Steg 128, der inneren Seitenwand 122 und Teilen der äußeren Seitenwände 116 im Innenraumvolumen 124 befindet. Das heißt, die Teile der äußeren Seitenwände 116 im ersten Innenraumvolumen 124 können ebenfalls als Teil der Dammstruktur verwendet werden. Dadurch kann das verflüssigte Dichtungsmittel 134 durch das erste Innenraumvolumen 124 hindurch und vollständig um den Durchlass 121 herum bereitgestellt werden. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft in einer Ausführungsform, bei der das erste Halbleiterbauelement 130 ein MEMS-Bauelement mit einem Mikrofon ist. Das MEMS-Bauelement kann auf dem Chipträger 104 angebracht werden, wobei das Mikrofon in Richtung des Durchlasses 121 zeigt. Das Einspritzen des Dichtungsmittels und die entsprechende Dichtungsmittelkonfiguration, die den Durchlass 121 vollständig umgibt, sorgen dafür, dass der vordere Raum des MEMS-Bauelements, in dem sich das Mikrofon befindet, vollständig akustisch von dem hinteren Raum, der zum inneren Hohlraum zeigt, isoliert ist.
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In 7 wurde ein Deckel 136 über dem inneren Hohlraum 112 an die äußeren Seitenwände 116 angebracht, sodass die im inneren Hohlraum 112 enthaltenen Vorrichtungen umschlossen werden. Der Deckel 136 hat die gleichen Abmessungen wie der Umfang der äußeren Seitenwände 116, sodass er die äußeren Seitenwände 116 vollständig bedeckt. Daher kann der Deckel 136 den inneren Hohlraum 112 verschließen, sodass die im inneren Hohlraum 112 enthaltenen Vorrichtungen der Außenseite der Gehäusestruktur nur über den Durchlass 121 ausgesetzt sind. Wurde zum Beispiel wie oben beschrieben eine vollständige Abdichtung um den Durchlass 121 hergestellt, ist die einzige Stelle, die der Außenseite des Gehäuses ausgesetzt ist (wenn der Deckel 136 auf die äußeren Seitenwände 116 platziert wurde), ein Teil des Bodens des ersten Halbleiterbauelements 130, das zum Durchlass 121 zeigt.
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Nach einer Ausführungsform wurde der Deckel 136 mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung überzogen. Beispielhafte Beschichtungsmaterialien sind Kupfer, Nickel und Aluminium. Der Deckel 136 kann zum Beispiel mithilfe eines stromlosen Galvanisierungsverfahrens überzogen werden. Weiter kann dieser Vorgang vor dem Befestigen des Deckels 136 am Gehäuse 100 durchgeführt werden. Statt den Deckel 136 aus einem Leitermaterial zu bilden, kann der Deckel 136 auch aus einem elektrischen Isoliermaterial, wie zum Beispiel Plastik, Keramik usw. gebildet werden.
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Wie in 7 ersichtlich, wurde die Moldmasse 110 so um den Leadframe 102 ausgebildet, dass sich die Verbindungen 106 durch die äußeren Seitenwände 116 bis zur Außenseite des Gehäuses 100 erstrecken. Das heißt, die Verbindungen 106 erstrecken sich vom inneren Hohlraum 112 und dringen so in die Moldmasse 110 ein, dass die freiliegenden Enden der Verbindungen 106 sich außerhalb des inneren Hohlraums 112 befinden. Nach einer Ausführungsform laufen die Verbindungen 106 parallel zur Grundfläche 114, wenn sie die äußeren Seitenwände 116 verlassen. Die Verbindungen 106 wurden elektrisch mit den Anschlüssen der im Gehäuse befindlichen Vorrichtungen verbunden (z. B. das erste und das zweite Halbleiterbauelement 130 und 132) und bilden daher die Anschlüsse der Vorrichtung am Gehäuse. Die Gehäusestruktur in 5 ist kompatibel mit verschiedenen Aufnahmeteilen (z. B. Leiterplatten). Im Folgenden werden anhand der 8-12 beispielhafte Verbindungskonfigurationen und entsprechende Vorgänge für das Zuschneiden des Gehäuses auf ein bestimmtes Aufnahmeteil erläutert.
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8, die 8A bis 8C umfasst, zeigt, wie die Verbindungen 106 so gebogen werden, dass eine Konfiguration des Gehäuses 100 erreicht wird, bei der der Durchlass nach oben zeigt. In dieser Ausführungsform wurden die Teile der Verbindungen 106, die sich außerhalb vom inneren Hohlraum 112 befinden, um die Moldmasse 110 herum gebogen. Das heißt, die Verbindungen 106 sind um die Ecken des Gehäuses 100 herum gekrümmt. Insbesondere sind die Verbindungen 106 von der Grundfläche 114 weg und hin zum Deckel 136 gebogen, sodass die Endabschnitte der Verbindungen 106 bündig an den Deckel 136 anliegen. Weiter liegen die mittleren Teile der Verbindungen 106 zwischen den Endabschnitten und den äußeren Seitenwänden 116 bündig an den äußeren Seitenwänden 116 an. Nach einer Ausführungsform ist mindestens eine der Verbindungen 106 elektrisch mit dem Deckel 136 verbunden und bildet ebenfalls einen Erdungsanschluss des Gehäuses 100. Die Verbindung 106, die elektrisch mit dem Deckel 136 verbunden ist, kann auch an den Erdungsanschluss des ersten und zweiten Halbleiterbauelements 130 und 132 angeschlossen werden. In dieser Ausführungsform kann der Deckel 136 wie oben beschrieben mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung überzogen werden. Die Verbindung zwischen dem Erdungsanschluss 106 und dem Deckel 136 kann zum Beispiel durch Auftragen eines leitfähigen Klebemittels zwischen der Leitung 106 und der Beschichtung hergestellt werden. Das leitfähige Klebemittel kann zum Beispiel eine leitfähige Epoxid- oder Lötmittelpaste sein. Diese Konfiguration bietet eine elektromagnetische Abschirmung für das Gehäuse 100, da keine potentiell schädlichen elektromagnetischen Felder außerhalb des inneren Hohlraums 112 den Betrieb des im Gehäuse 100 befindlichen Halbleiterbauelements beeinträchtigen können.
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9, die 9A und 9B umfasst, zeigt das Gehäuse 100 aus 8 nach Anwendung eines Overmolding-Verfahrens an dem Gehäuse 100. Nach diesem Verfahren wird um die ursprüngliche Moldmasse 110 ein Überzug 138 (overmold) gebildet. Dieser Überzug 138 kann zum Beispiel durch ein Spritzpressverfahren gebildet werden. Der Überzug 138 wird so ausgebildet, dass die gebogenen Teile der Verbindungen 106, die sich außerhalb des inneren Hohlraums 112 befinden, von dem Überzug 138 bedeckt werden. Das heißt, die freiliegenden Teile der Verbindungen 106 werden überspritzt. Die Endabschnitte der Verbindungen 106 sind jedoch nicht vom Überzug 138 bedeckt. Der Durchlass 121 liegt auch vom Überzug 138 frei.
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Die Anschlüsse des Gehäuses 100 werden durch die flachen Teile der Verbindungen 106 gebildet, die vom Überzug 138 freiliegen. Wie ersichtlich ist, produziert der Überzug aus 9 ein sogenanntes „leitungsloses“ Gehäuse, in dem die Anschlüsse nicht aus den ebenen Außenflächen des Gehäuses 100 herausragen. Das Gehäuse 100 aus 9 kann an eine externe Vorrichtung (z. B. durch Löten) angebracht und mit dieser elektrisch verbunden werden, wie zum Beispiel eine Leiterplatte, bei der die Anschlüsse zur externen Vorrichtung zeigen und mit dieser elektrisch verbunden sind. Der Durchlass 121, der sich gegenüber den Anschlüssen befindet, ist in dieser Konfiguration abgewandt von der externen Vorrichtung.
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10, die 10A bis 10C umfasst, zeigt das Gehäuse 100, bei dem die Verbindungen 106 so gebogen sind, dass der Durchlass nach unten zeigt. In der Konfiguration aus 10, wurden die Verbindungen 106 in die entgegengesetzte Richtung gebogen wie in der Konfiguration aus 8-9. Das heißt, die Teile der Verbindungen 106, die sich außerhalb des inneren Hohlraums 112 befinden, wurden in Richtung Grundfläche 114 gebogen, sodass die Endabschnitte der Verbindungen 106 bündig an die Grundfläche 114 anliegen. Statt der bündigen Anordnung können die Verbindungen 106 auch in geringem Abstand von der Grundfläche 114 angeordnet sein.
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In 11 wurde ein Overmolding-Verfahren am Gehäuse aus 10 durchgeführt. Dieses Overmolding-Verfahren kann dem oben anhand von 9 beschriebenen Overmolding-Verfahren im Wesentlichen ähnlich oder mit diesem identisch sein. Das heißt, die gebogenen Teile der Verbindungen 106, die sich außerhalb des inneren Hohlraums 112 befinden, werden umspritzt, sodass sie ein sogenanntes „leitungsloses“ Gehäuse bilden. Das Gehäuse 100 aus 11 kann an eine externe Vorrichtung, zum Beispiel eine Leiterplatte, (z. B. durch Löten) angebracht und mit dieser elektrisch verbunden werden, wobei die Anschlüsse hin zur externen Vorrichtung zeigen und mit dieser elektrisch verbunden sind. Der Durchlass 121, der auf der gleichen Seite des Gehäuses 100 angeordnet ist wie die Anschlüsse, ist in dieser Konfiguration der externen Vorrichtung zugewandt.
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12 zeigt ein Gehäuse 100, das nach einer anderen Ausführungsform ausgebildet werden kann. Das Gehäuse 100 aus 12 kann durch Auslassen des anhand der 9-11 beschriebenen Overmolding-Schritts und durch nachfolgendes Biegen der Verbindungen 106 ausgebildet werden. Nach dem Verfahren wird ein Gehäuse 100 bereitgestellt, das im Wesentlichen ähnlich oder identisch mit dem Gehäuse 100 aus 8 ist, und bei dem die Verbindungen 106 nachfolgend in eine beliebige Richtung gebogen werden. Wie zum Beispiel in 12A gezeigt, können die Verbindungen 106 in Richtung Grundfläche 114 gebogen werden, sodass die Endabschnitte der Verbindungen 106 näher an dem Durchlass 121 liegen. So kann das Gehäuse z. B. an eine Leiterplatte angebracht werden, wobei der Durchlass 121 der Leiterplatte zugewandt ist. Das heißt, das Gehäuse aus 12A ist eine Konfiguration, bei der der Durchlass nach unten zeigt. Alternativ können die Verbindungen 106 wie in 12B gezeigt, auch in die entgegengesetzte Richtung gebogen werden und damit eine Konfiguration bilden, bei der der Durchlass 121 nach oben zeigt.
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Die Figuren veranschaulichen verschiedene Beispiele vieler verschiedener, nach den vorliegenden Ausführungsformen möglicher Gehäusekonstruktionen. Die Länge der Verbindungen 106 kann vergrößert, verkleinert, zugeschnitten, gebogen usw. werden, um die gewünschte Endkonfiguration zu erhalten. Weiter kann die Dicke des Überzugs 138 so ausgestaltet werden, dass sie verschiedene Anforderungen an die Gesamtgröße des Gehäuses 100 erfüllt.
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Ein vorteilhafter Aspekt der hierin beschriebenen Ausführungsformen ist die universelle Kompatibilität der Gehäusestruktur. Angefangen mit dem Gehäuse 100 aus 8 können viele verschiedene Gehäusekonstruktionen durch einfache Variationen an dem einfach umzusetzenden Verfahren erreicht werden. Zum Beispiel können die Teile der Verbindungen 106, die sich außerhalb des Gehäuses 100 befinden, in jede beliebige Richtung gebogen werden, sodass die Endabschnitte der Verbindungen 106 entweder auf der Grundfläche 114 des Moldmasseteils 110 angeordnet sind oder auf dem Deckel 136. Dadurch können die Konfigurationen, bei denen der Durchlass entweder nach unten oder nach oben zeigt, mithilfe von Verfahren mit identischer Materialbauweise erreicht werden, indem das gewünschte Biegeprofil der Gehäuseverbindungen 106 durch einfaches Ändern der Schneid-/Formwerkzeuge erzielt wird. Im Gegensatz dazu erfordern konventionelle Gehäusekonstruktionen, bei denen sich die Leiterplatte innerhalb des Gehäuses befindet, verschiedene Materialbauweisen für die verschiedenen Konfigurationen, z. B. zwei Leiterplattenschichten für die Konfiguration mit dem Durchlass nach oben und eine Leiterplattenschicht für die Konfiguration mit dem Durchlass nach unten. In den hierin beschriebenen Verfahren werden die Verbindungen 106 und das (optionale) nachfolgende Overmolding-Verfahren zur Herstellung einer einfachen und kostengünstigen Lösung verwendet. Auf teure und zeitaufwändige Schritte zur Bearbeitung der Leiterplatte, wie zum Beispiel das Befestigen und Testen, kann in diesem Verfahren verzichtet werden.
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Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der hierin beschriebenen Ausführungsformen ist die hohe Qualität und einheitliche Schallerfassung in Bezug auf das MEMS-Bauelement, unabhängig davon, ob der Durchlass in der Gehäusekonfiguration nach oben oder unten zeigt. Beide Konfigurationen können zum Beispiel einen inneren Hohlraum 112 mit einem standardisierten Volumen von 1,187 mm3 oder 2,5 mm3 haben, da der Formvorgang bei beiden Gehäusekonstruktionen gleich ist. Im Gegensatz dazu ist es bei bekannten Verpackungsverfahren mit einer Leiterplatte nicht möglich, ein einzelnes Volumen für beide Konfigurationen (Durchlass zeigt nach oben oder nach unten) zu bilden.
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Weiter kann das MEMS-Bauelement in beiden Konfigurationen der hier beschrieben Ausführungsformen, d. h. in denen der Durchlass entweder nach unten oder nach oben zeigt, optional mittels Flip-Chip-Montage an einem Mikrofon angebracht sein, das akustisch vom inneren Hohlraum 112 isoliert ist. Die Merkmale des Steges 128 und der inneren Seitenwand 122 bieten eine hohe Leistung, da ein großer Teil des Dichtungsmittels dazu verwendet werden kann, eine Abdichtung zwischen dem MEMS-Bauelement und dem Gehäuse zu bilden, die beständig und akustisch undurchdringlich ist.
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Der Begriff „im Wesentlichen“ umfasst absolute Konformität mit einer Anforderung sowie eine kleine Abweichung von der absoluten Konformität mit der Anforderung aufgrund von Herstellungsprozessvariationen, Zusammenbau und anderen Faktoren, die eine Abweichung von der idealen Lösung bewirken. Die Abweichung muss jedoch für eine praktische Konformität und das Funktionieren der hierin beschriebenen Komponenten entsprechend der Anwendungsanforderungen innerhalb der Fertigungstoleranzen liegen. In diesem Fall umfasst der Begriff „im Wesentlichen“ alle solche Abweichungen.
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Räumliche Begriffe wie „unter“, „unterhalb“, „untere“, „über“, „obere“ und ähnliche Begriffe werden der Vereinfachung halber verwendet, um die Ausrichtung eines Elements in Bezug zum zweiten Element besser zu erklären. Diese Begriffe umfassen zusätzlich zu den verschiedenen Ausrichtungen, die in den Figuren dargestellt sind, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung. Weiter werden Begriffe wie „erste“, „zweite“ und ähnliche Begriffe verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte usw. zu beschreiben und sollen keine einschränkende Bedeutung haben. Gleiche Begriffe betreffen in der gesamten Beschreibung gleiche Elemente.
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Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „umfassend“ und ähnliche sind offene Begriffe, die das Vorhandensein eines genannten Elements oder Merkmals anzeigen, zusätzliche Elemente oder Merkmale aber nicht ausschließen. Die Artikel „ein“, „eine“ und „der/die/das‟ umfassen sowohl den Singular als auch die Pluralform, es sei denn der Kontext besagt eindeutig etwas anderes.
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Angesichts der oben beschriebenen Variationen und Anwendungen versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Beschreibung oder durch die zugehörigen Zeichnungen beschränkt ist. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung nur durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre rechtliche Entsprechung beschränkt.
