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Halbleiterbauteil
mit einem Kunststoffgehäuse,
das eine Umverdrahtungsstruktur aufweist und Verfahren zu deren
Herstellung.
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Die
Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse, das
eine Umverdrahtungsstruktur einschließt, wobei die Umverdrahtungsstruktur
durch in Kunststoff eingebettete Flachleiter und/oder durch langgestreckte
Kontaktanschlussflecken gebildet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung
eine Tragstruktur, sowie einen Nutzen, die in Zeilen und/oder Spalten
angeordnete Bauteilpositionen für
die erfindungsgemäßen Halbleiterbauteile aufweisen.
Schließlich
betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung der Tragstruktur,
des Nutzens und der Halbleiterbauteile.
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Standardisierte
Flachleiter und flachleiterfreie Kunststoffgehäuse sind nicht für eine Umverdrahtung
oder für
eine Verdrahtungsentflechtung und/oder für Durchkontaktierungen vorgesehen.
Sowohl die Oberseite, als auch die Rückseite von Flachleiterrahmen,
die für
Flachleiter und/oder flachleiterfreie Kunststoffgehäuse eingesetzt
werden, weisen dieselbe geometrische Struktur, sowohl für äußere Flachleiteranschlüsse, als
auch für
innere Flachleiteranschlüsse
auf, so dass eine Entkopplung von Chipseite bzw. Oberseite der Flachleiter
zur Boardseite bzw. Außenkontaktseite
auf der Rückseite
der Flachleiter nur eingeschränkt
möglich
ist.
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Zur
Entflechtung von Chipseite und Außenkontaktseite werden aufwendige
mehrlagige Systeme, beispielsweise aus Keramik mit metallischen Zwischenlagen
eingesetzt. Derartige Multischichtsubstrate sind als Tragstruktur
ausgebildet und durch Laminieren verschiedener Isolationsschichten
mit strukturierten Leiterbahnen hergestellt. Dabei erfolgt die elektrische
Verbindung zwischen den Leiterbahnen und den laminierten Schichten über Durchkontakte.
Derartige Tragstrukturen aus mehrlagigen Substraten zur Umverdrahtung
und Entflechtung sind für flachleiterfreie
Kunststoffgehäuse
zu aufwendig und zu kostenintensiv.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, in Anlehnung an die Herstellungsverfahren
zur Herstellung von flachleiterfreien Kunststoffgehäusen ein
Halbleiterbauteil anzugeben, das eine Umverdrahtungsschicht aufweist.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
des Halbleiterbauteils anzugeben, das kostengünstig durchführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein
Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse geschaffen, das eine Umverdrahtungsstruktur
einschließt.
Dazu weist das Kunststoffgehäuse
als Umverdrahtungsstruktur in Kunststoff eingebettete Flachleiter
auf. Diese Flachleiter besitzen eine Oberseite, auf der Kontaktanschlussflecken
angeordnet sind, die mit Flipchip-Kontakten eines Halbleiterchips
innerhalb des Kunststoffgehäuses
in Verbindung stehen. Auf der Rückseite
der Flachleiter sind Außenkontaktflecken angeordnet,
die aus dem Gehäuse
herausragen und deren Positionen gegenüber den Positionen der Flipchip-Kontakte einen Versatz
aufweisen, der durch die Flachleiter überbrückt ist. Während die Außenkontaktflecken
und die Kontaktanschlussflecken eine gleiche erste Metall-Legierung
auf weisen, besitzen die Flachleiter eine von der ersten Metall-Legierung unterschiedliche
Legierung.
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Das
erfindungsgemäße Halbleiterbauteil
hat den Vorteil, dass die Umverdrahtungsstruktur auf der Basis von
Flachleitern derart engmaschig strukturiert werden kann, dass die
Umverdrahtungsstruktur selbst bereits eine Abschirmwirkung zum Schutz
des darauf mit Flipchip-Kontakten angeordneten Halbleiterchips ausüben kann.
Somit ist das vorliegende Halbleiterbauteil in seinen Hochfrequenzeigenschaften
gegenüber
Halbleiterbauteilen mit standardisierten Flachleitergehäusen oder
mit flachleiterfreien Gehäusen
von Vorteil. Ein weiterer Vorteil liegt in der Ausbildung von Außenkontaktflecken,
die auf der Rückseite
der Flachleiter ausgebildet sind und somit eine Oberflächenmontage
des Halbleiterbauteils auf einer übergeordneten Schaltungsplatine
ermöglichen.
Der weitere Vorteil dieses elektronischen Bauteils gegenüber standardisierten
Flachleiterbauteilen liegt darin, dass keinerlei Bonddrahtverbindungen
erforderlich sind, um den Halbleiterchip mit den Kontaktanschlussflecken
auf den Flachleitern zu verbinden.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils
sind darin zu sehen, dass
- 1. die Geometrie
der Kontaktanschlussflecken auf der Chipseite von den Außenkontaktflecken
auf der Boardseite entkoppelt ist,
- 2. bei der Erzeugung der Kontaktanschlussflecken bzw. der Außenkontaktflecken
eine angepasste Materialauswahl beispielsweise durch nasschemisches
Abscheiden von Nickel-Gold-Legierungen
löt- und/oder
bondbare Oberflächen entstehen,
ohne dass diese weiter nachveredelt werden müssen,
- 3. im Vergleich zu Standard flachleiterfreien Bauteilen ein
Prozess-Schritt entfällt,
nämlich
das Entfernen des sonst üblichen
Basismaterials eines Hilfsträgers
nach einem Moldvorgang zum Einbetten der Halbleiterchips in eine
Kunststoffmasse,
- 4. durch Nutzung von Flachleitern als Umverdrahtungsstruktur
ein Massivmaterial als Leiterbahnebene vorliegt, das hervorragende
elektrische Eigenschaften, insbesondere im Hochfrequenzbereich ermöglicht.
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Die
Kontaktanschlussflecken und die Außenkontaktflecken können typische
Abscheidekonturen mit auskragenden Randzonen aufweisen. Dieses hat den
Vorteil, dass eine intensive Verankerung der Kontaktanschlussflecken
in dem Kunststoffgehäuse möglich wird.
Darüber
hinaus hat es den Vorteil, dass aufgrund der Auskragungen die Außenkontaktflecken
eine größere Außenkontaktfläche aufweisen, als
ihre Berührungsfläche zu den
Flachleitern.
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Die
Flachleiter können
typische Stanz- und/oder Ätzkonturen
an ihren Rändern
aufweisen, je nachdem mit welchem Verfahren die Flachleiter aus
einem geschlossenen Blech einer Kupferlegierung oder einer Eisennickellegierung
hergestellt wurden. Beide Fälle
sind für
den Einsatz in einem Halbleiterbauteil der vorliegenden Erfindung
vorteilhaft. Sowohl durch einen Stanzschritt, als auch durch einen Ätzschritt,
können
gleichzeitig viele Bauteilpositionen einer Tragstruktur für das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil
gleichzeitig hergestellt werden.
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Eine
fertiggestellte Tragstruktur für
die erfindungsgemäßen Halbleiterbauteile
weist mehrere in Zeilen und/oder in Spalten angeordnete Bauteilpositionen
auf. Die Basis der Trag struktur bildet ein geschlitztes Blech, das
zwischen den Bauteilpositionen einen Flachleiterrahmen aufweist
und in den Bauteilpositionen eine Umverdrahtungsstruktur aus Flachleitern
bildet.
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Auf
den Oberseiten der Flachleiter sind von Kunststoff umgebene Kontaktanschlussflecken
und auf den Rückseiten
der Flachleiter sind von Kunststoff umgebene Außenkontaktflecken angeordnet. Eine
derartige Tragstruktur entspricht in einigen Bereichen einem herkömmlichen
Flachleiterrahmen, weist jedoch eine Kunststoffbeschichtung auf
beiden Seiten auf und hat auf beiden Seiten abgeschiedene Metallflecken,
die einerseits auf der Chipseite als Kontaktanschlussflecken für Flipchip-Kontakte eines elektronischen
Bauteils dienen können
und andererseits auf der Boardseite der Flachleiter Außenkontaktflecken
bilden.
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Die
Kunststoffbeschichtung, welche sowohl die Kontaktanschlussflecken
als auch die Außenkontaktflecken
umgibt, kann ein ausgehärteter
Photolack sein, der für
die Bildung von Außenkontaktanschlussflecken
bzw. Außenkontaktflecken
beidseitig auf das geschlitzte Blech aufgetragen wurde. Diese Photolackschichten
können
auch teilweise oder vollständig vor
dem Aufbringen einer Kunststoffmasse zum Einbetten von Halbleiterchips
von der Tragstruktur entfernt werden, so dass die Kontaktanschlussflecken und
die Außenkontaktflecken
von einer gemoldeten Kunststoffgehäusemasse umgeben sind.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit
einem Kunststoffgehäuse,
das eine Umverdrahtungsstruktur einschließt. Bei diesem zweiten Aspekt
der Erfindung wird kein geschlitztes Blech eingesetzt, das als solches
im fertigen Halbleiterbauteil verbleibt. Vielmehr bildet ein geschlossenes
Blech die Basis zum Aufbau eines derartigen Halbleiterbauteils,
wobei nach Herstellung einer Verbundplatte für mehrere Halbleiterbauteile
dieses geschlossene Metallblech durch Ätzen größtenteils entfernt wird. Die
Umverdrahtungsstruktur wird folglich nicht von Flachleitern aus
dem Metallblech gebildet, sondern von langgestreckten Kontaktanschlussflecken.
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Diese
langgestreckten Kontaktanschlussflecken weisen auf ihrer Oberseite
Flipchip-Kontakte eines Halbleiterchips auf, das innerhalb des Kunststoffgehäuses angeordnet
ist. Auf der Rückseite
der langgestreckten Kontaktanschlussflecken sind Außenkontaktflecken
angeordnet, deren Position gegenüber
den Positionen der Flipchip-Kontakte einen Versatz aufweisen, der
durch die langgestreckten Kontaktanschlussflecken überbrückt ist.
Bei diesem Aspekt der Erfindung weisen die Außenkontaktflecken erste und
zweite übereinandergeschichtete
Bereiche aus unterschiedlichen Metall-Legierungen auf.
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Dieses
Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass die Außenkontaktflecken gegenüber dem
Halbleiterbauteil des ersten Aspektes der Erfindung weiter aus dem
Kunststoffgehäuse
herausragen. Während
beim ersten Aspekt der Erfindung ein Halbleiterbauteil vorgestellt
wird, bei dem lediglich ein auskragender Bereich der Außenkontaktflecken
aus dem Kunststoffgehäuse
herausragt, steht zum Anschluss von übergeordneten Schaltungen nun
ein Außenkontakt
zur Verfügung,
der die volle Materialstärke
der Außenkontaktflecken
plus einer Materialstärke,
die durch das Basisblech verursacht ist, aufweist. Während rund
um den Außenkontaktfleck
das Basisblech weggeätzt
werden kann, bleibt mit einer ätztypischen Kontur
und aus dem Material des Basisbleches ein Teilbereich als Verbindung
zwischen dem Außenkontaktfleck
und dem langgestreckten Kontaktanschlussfleck bestehen.
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Dabei
ist der erste Bereich der Außenkontaktflecken
auf der Rückseite
der langgestreckten Kontaktanschlussflecken angeordnet und weist
eine zu einer Metall-Legierung der Kontaktanschlussflecken unterschiedliche
Metall-Legierung auf. Der zweite Bereich, der auf dem ersten Bereich
angeordnet ist, weist eine gleiche Metall-Legierung, wie die langgestreckte
Kontaktanschlussflecken auf. Diese Metall-Legierung kann eine Gold-Nickel-Legierung sein,
die sowohl lötbar,
als auch bondbar ist und somit können
derartig strukturierte Außenkontakte ohne
Probleme auf eine übergeordnete
Leiterplatine aufgebracht werden.
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Während der
erste Bereich der Außenkontaktflecken
eine typische Unterätzkontur
als Außenkontur
aufweist, besitzen die langgestreckten Kontaktanschlussflecken und
der zweite Bereich der Außenkontaktflecken
eine typische Abscheidekontur mit auskragenden Randzonen. Ein Vorteil
dieses Halbleiterbauteils liegt darin, dass in den Randzonen der
Halbleiterbauteile, kein Verbundmaterial aus Kunststoff und Flachleitern
vorliegt, wie beim ersten Aspekt der Erfindung, sondern dass die
Randseiten vollständig
aus Kunststoff bestehen, was die Bearbeitung der Randseite insbesondere
beim Vereinzeln eines Nutzens zu einzelnen Halbleiterbauteilen erleichtert.
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Eine
entsprechende Tragstruktur mit mehreren in Zeilen und/oder Spalten
angeordneten Bauteilpositionen für
Halbleiterbauteile des zweiten Aspektes, weist ein geschlossenes
Basisblech auf, auf dessen Oberseite Umverdrahtungsstrukturen in
den Bauteilpositionen angeordnet sind. Diese Umverdrahtungsstrukturen
werden durch von Kunststoff umgebene langge streckte Kontaktanschlussflecken dargestellt.
Auf der Rückseite
des Bleches sind in den Bauteilpositionen entsprechende von Kunststoff umgebene
Außenkontaktflecken
angeordnet.
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Diese
Tragstruktur hat den Vorteil, dass sie mit geringeren Kosten herstellbar
ist, als die Tragstruktur für
ein Halbleiterbauteil des ersten Aspektes der Erfindung, zumal das
Blech nicht strukturiert werden muss, sondern lediglich beidseitig
zunächst
mit einer Photolackschicht versehen wird, in der dann Fenster geöffnet werden
können,
um die langgestreckten Kontaktanschlussflecken als Umverdrahtungsleitungen
und die Außenkontaktflecke
zu bilden. Da ein derartiges geschlossenes Basisblech sämtliche
Außenkontakte
kurzschließt,
wird dieses Blech der Tragstruktur nach Fertigstellen einer Verbundplatte
aus Kunststoffgehäusemasse,
Halbleiterchips und Tragstruktur teilweise entfernt und ein Nutzen
gebildet.
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Im
Einzelnen umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Tragstruktur
für mehrere
Bauteile des ersten Aspektes der Erfindung die nachfolgenden Verfahrensschritte:
Zunächst wird
ein Blech aus einer Kupferlegierung oder einer Nickellegierung bereitgestellt.
Anschließend
wird das Blech zu in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen
strukturiert, wobei die Bauteilpositionen Flachleiter aufweisen,
welche von einem Flachleiterrahmen in Position gehalten werden.
Anschließend
wird das strukturierte Blech, sowohl auf seiner Oberseite, als auch
auf seiner Rückseite
mit einer Photolackschicht beschichtet. Danach werden die Photolackschichten
unter Vorsehen von Fenstern für
Kontaktanschlussflecken auf der Oberseite und für Außenkontaktflecken auf der Rückseite der
Flachleiter strukturiert.
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Die
Positionen der Fenster auf der Oberseite und der Rückseite
sind zueinander versetzt angeordnet, so dass eine Umverdrahtungsstruktur
entsteht. Abschließend
wird eine Nickel-Gold-Legierung
in den Fenstern auf der Oberseite und der Rückseite der Flachleiter unter
Ausbildung von Überkragungen
auf den Fenstern abgeschieden. Dieses Abscheiden kann chemisch und
damit stromlos oder galvanisch durch Elektroplattieren erfolgen.
Aus dieser Tragstruktur kann dann mit weiteren Verfahrensschritten
ein Nutzen mit in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen
hergestellt werden. Dazu wird die Tragstruktur in ihren Bauteilpositionen
mit Halbleiterchips, die Flipchip-Kontakte aufweisen, unter Verbinden
der Flipchip-Kontakte mit den Kontaktanschlussflecken bestückt.
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Nach
dem Bestücken
der Tragstruktur mit Halbleiterchips wird eine Kunststoffmasse auf
die mit Halbleiterchips bestückte
Oberseite der Tragstruktur unter Einbetten der Halbleiterchips und
ihrer Flipchip-Kontakte aufgebracht. Soll auch die Unterseite der
Tragstruktur mit einer Kunststoffmasse beschichtet werden, so werden
vor dem Aufbringen der Kunststoffmasse für das Gehäuse die Photolackschichten auf
der Tragstruktur durch Veraschen oder durch Ablösen entfernt. Dieses Verfahren
hat den Vorteil, dass das strukturierte Blech nicht entfernt werden
muss, sondern vielmehr die Funktion einer Umverdrahtungsstruktur
in dem Gehäuse übernimmt.
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Der
auf diese Weise fertiggestellte Nutzen zur Herstellung eines Halbleiterbauteils
des ersten Aspektes der Erfindung kann anschließend in einzelne Halbleiterbauteile
unter Entfernen des Flachleiterrahmens aufgetrennt werden. Dazu
sind Sägevorrichtungen
mit Sägeblättern erforderlich,
die sowohl die Kunststoffmasse, als auch das Metall des Flachleiterrahmens
durchtrennen. Da der Flachleiterrahmen vollständig beim Trennen zu entfernen
ist, kann durch entsprechende Moldwerkzeuge der Kunststoff für das Gehäuse auch
lediglich in den Bauteilpositionen aufgespritzt werden, und mit
einem anschließenden
Stanzprozess im Bereich des metallischen kunststofffreien Flachleiterrahmens
kann das Vereinzeln der Bauteile erfolgen. Dieses erfordert zwar
einen größeren Aufwand
für das
Moldwerkzeug, hat jedoch den Vorteil, dass ein Trennen durch zwei
verschiedene Materialien, wie Kunststoff und Metall, vermieden wird.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Tragstruktur für mehrere Halbleiterbauteile
des zweiten Aspektes der Erfindung weist die nachfolgenden Verfahrensschritte
im Detail auf: Zunächst
wird ein geschlossenes Blech einer Kupferlegierung bereitgestellt,
das auf seiner Oberseite und auf seiner Rückseite mit einer Photolackschicht
beschichtet werden. Anschließend
werden die Photolackschichten zu in Zeilen und Spalten angeordneten
Bauteilpositionen unter Vorsehen von Fenstern für langgestreckte Kontaktanschlussflecken
auf der Oberseite und für
Außenkontaktflecken
auf der Rückseite
des Bleches in den Bauteilpositionen strukturiert. Abschließend wird zur
Herstellung der Tragstruktur eine Gold- Nickellegierung in den Fenstern
auf der Oberseite und der Rückseite
des Bleches unter Ausbildung von Überkragungen auf den Fenstern
abgeschieden.
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Damit
unterscheiden sich die Verfahrensschritte für die Tragstruktur zur Herstellung
eines Halbleiterbauteils des zweiten Aspektes von den Verfahrensschritten
zur Herstellung einer Tragstruktur des ersten Aspektes im darin,
dass das bereitgestellte Blech einer Kupferlegierung oder einer
Eisennickellegierung nicht strukturiert wird und auf diesem Blech
unterschiedlich lange Kontaktflecken abgeschieden werden. Auf der
Oberseite werden langgestreckte Kontaktanschlussflecken aus gebildet,
während
auf der Unterseite lediglich Außenkontaktflecken
vorgesehen sind, die entsprechend mit der Position eines Endes einer
der langgestreckten Kontaktanschlussflecken korrespondieren. Die
langgestreckten Kontaktflecken übernehmen
somit die Funktion von Umverdrahtungsleitungen einer Umverdrahtungsstruktur.
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Auf
der Grundlage dieser Tragstruktur kann nun ein Nutzen hergestellt
werden, der in Zeilen und Spalten Bauteilpositionen aufweist. Im
einzelnen wird dazu die Tragstruktur in ihren Bauteilpositionen
mit Halbleiterchips, die Flipchip-Kontakte aufweisen, bestückt und
diese Flipchip-Kontakte werden mit den langgestreckten Kontaktanschlussflecken
elektrisch verbunden. Danach wird eine Kunststoffmasse auf die mit
Halbleiterchips bestückte
Oberseite der Tragstruktur unter Einbetten der Halbleiterchips und ihrer
Flipchip-Kontakte und unter Bilden einer Verbundplatte aufgebracht.
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In
einem nachfolgenden Schritt wird die Photolackschicht auf der Rückseite
der Tragstruktur entfernt. Dazu wird die Verbundplatte in eine Kupferätzlösung oder
einer Ätzlösung für Eisennickellegierungen
unter Wegätzen
des Bleches aus einer Kupferlegierung oder einer Eisennickellegierung
eingetaucht. Diese Kupfer- bzw. Eisennickellegierung wird jedoch nur
außerhalb
der Außenkontaktflecken
aus einer Gold-Nickellegierung weggeätzt und bildet Außenkontaktflecken,
die erste und zweite übereinandergeschichtete
Bereiche aus unterschiedlichen Metall-Legierungen aufweisen.
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Damit
nach dem weitgehenden Wegätzen des
Bleches die Außenkontaktflecken
mit den langgestreckten Kontaktanschlussflecken in Verbindung stehen,
ist es erforderlich, dass bereits beim Herstellen der Tragstruktur
das Öffnen
der Fenster in den Photolackschichten derart erfolgt, dass die Fenster für die Außenkontaktflecken
auf der Rückseite
des Bleches im Bereich der langgestreckten Kontaktanschlussflecken
liegen. Nach dem weitgehenden Wegätzen des Bleches steht ein
Nutzen zur Verfügung,
der dann zu Halbleiterbauteilen des zweiten Aspektes, entlang der
Zeilen und Spalten, in einzelne Halbleiterbauteile getrennt werden
kann. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass in den Trennspuren
nur ein Material, nämlich
die Kunststoffgehäusemasse angeordnet
ist, was die Wahl des Sägeblattes
und das Sägen
in einzelne Halbleiterbauteile erleichtert.
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Andererseits
ist es möglich,
dass bei dem Ätzen
des Metallbleches lediglich durchgehende Gräben in das Metall geätzt werden,
um eine großflächige Metallbeschichtung
für das
Halbleiterbauteil beizubehalten. In diesem Fall entspricht die Gestalt
des Halbleiterbauteils des zweiten Aspektes der Erfindung der Gestalt
des Halbleiterbauteils des ersten Aspektes, wobei lediglich das
Einbringen der Schlitze bei dem ersten Aspekt der Erfindung bereits
am Anfang durchgeführt
wird und beim zweiten Aspekt der Erfindung das Einbringen der Schlitze
ein vorletzter Schritt ist, bevor die Rückseite des Halbleiterbauteils durch
eine Isolationsschicht oder Passivierungsschicht, die lediglich
die Außenkontaktflecken
freilässt,
geschützt
wird.
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Neben
dem obenerwähnten
Sägen bzw. Stanzen
zum Vereinzeln der Halbleiterbauteile aus dem Nutzen können auch
Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden eingesetzt werden, wobei
sich das Schneidmittel nach dem Kosten-Nutzen-Prinzip, sowie den
Möglichkeiten
des Herstellers richtet. Die Tragstrukturen sind Handelsobjekte
und können
neben den Halbleiterbauteilen vertrieben werden, wobei die Form
der Tragstrukturen streifen förmig,
rechteckförmig
oder waferförmig
vorbereitet sein können, um
vorhandene Technologien zur kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteile
zu nutzen.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil einer ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 zeigt eine schematische
Draufsicht auf eine Tragstruktur mit in Zeilen und Spalten angeordneten
Bauteilpositionen für
Halbleiterbauteile, gemäß 1,
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3 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch ein Blech mit gestanzten Schlitzen als Basis einer
Tragstruktur für
Bauteile, gemäß 1,
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4 zeigt einen schematischen
Querschnitt nach einem beidseitigen Aufbringen einer Photolackschicht
auf das geschlitzte Blech, gemäß 3
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5 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch eine Tragstruktur nach Abscheiden von Kontaktanschlussflecken
auf der Ober- und Rückseite
des geschlitzten Bleches, gemäß 4,
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6 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch einen Nutzen nach Aufbringen von Halbleiterchips
auf die Tragstruktur, gemäß 5 und Einbetten der Halbleiterchips
in eine Kunststoffmasse,
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7 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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8 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch eine Tragstruktur zur Herstellung des Halbleiterbauteils,
gemäß 1,
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9 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch eine Verbundplatte nach Aufbringen von Halbleiterchips
auf die Tragstruktur, gemäß 8,
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10 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch einen Nutzen nach teilweise Entfernen des Bleches
der Verbundplatte, gemäß 9.
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1 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 1 einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung. Das Halbleiterbauteil 1 weist ein Kunststoffgehäuse 2 auf,
das von einem geschlitzten Blech 23 einer Kupferlegierung
oder einer Eisen-Nickel-Legierung getragen wird. Dieses Blech 23 weist
Schlitze 34 auf, die das Blech 23 in großflächige Flachleiter 5 auftrennen
und eine Umverdrahtungsstruktur 3 bilden.
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Die
Flachleiter 5 weisen eine Oberseite 6 und eine
Rückseite 11 auf.
Die Randseiten 14 der Flachleiter 5 sind in dieser
Ausführungsform
der Erfindung gestanzt und zeigen folglich keine Ätzkontur, sondern
glatte Ränder 14.
Sowohl auf der Oberseite 25 des Bleches 23, als
auch auf der Rückseite 26 des Bleches 23 ist
eine Schicht aus Kunststoff 4 angeordnet, der ausgehärtete Photolackschichten 27 darstellt.
Die auf der O berseite 25 des Bleches 23 angeordnete
ausgehärtete
Photolackschicht, weist Fenster 28 auf, die von einer galvanisch
abgeschiedenen Gold-Nickel-Legierung aufgefüllt sind und Kontaktanschlussflecken 7 bilden
und auf den Fenstern abgeschiedene Überkragungen 29 aufweisen,
die automatisch bei dem Abscheideprozess gebildet werden.
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Auf
dieser lötbaren
Gold-Nickel-Legierung sind Flipchip-Kontakte 8 eines Halbleiterchips 9 aufgelötet, wobei
der Halbleiterchip 9 und die Flipchip-Kontakte 8 vollständig in
den Kunststoff 4 des Kunststoffgehäuses 2 eingebettet
sind. Die Photolackschicht 27 der Rückseite 26 des Bleches 23 weist ebenfalls
Fenster 28 in der Photolackschicht 27 auf, die
gleichzeitig mit den Fenstern 28 der Photolackschicht 27 auf
der Oberseite 25 des Bleches 23 mittels Abscheiden
einer Gold-Nickel-Legierung zu Außenkontaktflecken gefüllt werden
und ebenfalls Überkragungen 29 aufweisen.
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Bei
der Konstruktion dieses Bauteils wird ein geschlitztes Blech genutzt,
um Flachleiter 5 darzustellen, wobei die Flachleiter 5 auf
ihren Oberseiten 6 die Kontaktanschlussflecken 7 tragen
und auf ihren Rückseiten 11 Außenkontaktflecken 12 aufweisen. Die
Kontaktanschlussflecken 7 sind nicht nur kleiner und den
Mikroabmessungen der Flipchip-Kontakte angepasst, sondern sind auch
in einem Versatz zu den Außenkontaktflecken 12 angeordnet.
Somit können
die Außenkontaktflecken,
größer als
die Kontaktanschlussflecken 7 gestaltet werden, so dass
auf den Außenkontaktflecken 12 Außenkontakte
angebracht werden können,
die einen Durchmesser aufweisen, der um eine Größenordnung größer ist
als der Durchmesser der Flipchip-Kontakte 8, welche unmittelbar
mit dem Halbleiterchip 9 in Verbindung stehen.
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Durch
das geschlitzte Blech 23 wird neben einer erhöhten Stabilität des Halbleiterbauteils 1 auch
eine verbesserte Abschirmung des Halbleiterbauteils 1 gegenüber Störfeldern
erreicht, weil die Flachleiter 5 großflächig ausgeführt sind und lediglich durch
enge Schlitze 34 Störstrahlung
eingestreut werden könnte.
Um ein derartiges Halbleiterbauteil 1 weiter zu verbessern,
insbesondere in seinen Hochfrequenzeigenschaften, ist es auch möglich, das Kunststoffgehäuse 2 mit
einer weiteren Metallplatte abzudecken.
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2 zeigt eine schematische
Draufsicht auf eine Tragstruktur 22 mit in Zeilen und Spalten
angeordneten Bauteilpositionen 21 für Halbleiterbauteile 1,
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, wie in 1 gezeigt.
In jeder der hier gezeigten Bauteilpositionen 21 sind vier
Flachleiter 5 angeordnet, die durch gestanzte Schlitze 34 voneinander getrennt
sind und durch einen Flachleiterrahmen 24 zusammengehalten
werden. Auf den Oberseiten 6 der Flachleiter 5 sind
Kontaktanschlussflecken 7 angeordnet, während auf der in der gezeigten
Draufsicht der 2 nicht
sichtbaren Rückseite
der Flachleiter 5 jeweils ein Außenkontaktfleck 12 angeordnet ist,
der in dieser Darstellung durch eine gestrichelte Linie gezeigt
wird.
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Die
Außenkontaktflecken 12 sind
gegenüber den
Kontaktanschlussflecken 7 größer und versetzt dazu auf den
Rückseiten
der Flachleiter 5 angeordnet. Dieser Versatz wird elektrisch
durch den Flachleiter 5 überbrückt. Mit strichpunktierten
Linien ist darüber
hinaus die Position der Halbleiterchips 9 in jeder der
Bauteilpositionen 21 gezeigt. Der Flachleiterrahmen 24,
der die Flachleiter 5 in Position hält, wird nach Fertigstellung
der Halbleiterbauteile in den Bauteilpositionen 21 ausgestanzt,
so dass ein Kurzschluss der Umverdrahtungslei tungen über den Flachleiter 5 nicht
mehr gegeben ist. Die hier gezeigte Anzahl von vier Flachleitern 5 pro
Bauteilposition 21 kann durch entsprechendes Einbringen
von weiteren Schlitzen 34 in jeder der Bauteilpositionen 21 beliebig
erhöht
werden, so dass ein dichtes Netz von Flachleitern 5 entsteht,
wobei die Flachleiter 5 die jeweils einen Kontaktanschlussfleck 7 auf
ihrer Oberseite 6 und einen Außenkontaktfleck 12 auf
ihrer Rückseite
aufweisen.
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Die
nachfolgenden 3 bis 6 zeigen Zwischenprodukte
die auch als Handelsware dienen können, und bei Verfahrensschritten
zu der Herstellung eines Halbleiterbauteils, gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung entstehen.
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3 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch ein Blech 23 mit gestanzten Schlitzen 34 als
Basis einer Tragstruktur für
Bauteile, gemäß 1. Dieses Blech 23 aus
einer Kupferlegierung oder einer Eisen-Nickel-Legierung hat in dieser
Ausführungsform
der Erfindung eine Dicke d von 0,05 bis 2 mm und weist gestanzte
oder gesägte
Schlitze 34 auf, die eine Breite b zwischen 0,05 und 2
mm aufweisen. Durch die Schlitze 34 werden einzelne Flachleiter 5 voneinander
in der Weise getrennt, dass sie nur noch von einem hier nicht gezeigten
Flachleiterrahmen in Position gehalten werden. Ein derartig präpariertes
Blech 23 kann anschließend
beidseitig mit einer Photolackschicht versehen werden.
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4 zeigt einen schematischen
Querschnitt nach einem beidseitigen Aufbringen einer Photolackschicht 27 auf
das geschlitzte Blech 23, gemäß 3. Die Photolackschicht 27 auf
der Oberseite 25 des Bleches 23, weist nach entsprechender
Belichtung und Entwicklung auf der Oberseite 6 eines Flachleiters 5 ein
Fenster 28 auf, das für
einen Kontaktan schlussfleck vorgesehen ist. Die Photolackschicht 27 auf
der Rückseite 26 des
Bleches 23 weist ein Fenster 28 auf, das auf der
Rückseite 11 eines Flachleiters 5 für Außenkontaktflecken
angeordnet ist. Die Fenster 28 in der Photolackschicht 27 auf
der Oberseite 25 des Bleches 23 und auf der Rückseite 26 des
Bleches 23 unterscheiden sich einerseits in ihrer Größe und andererseits
in ihrer Anordnung auf dem Flachleiter 5. Das Fenster 28 auf
der Oberseite 6 des Flachleiters 5 ist kleiner
und an die Größe von Flipchip-Kontakten
eines Halbleiterchips angepasst, während das Fenster 28 auf
der Rückseite 11 des Flachleiters 5 größer ist
und gegenüber
dem Fenster 28 auf der Oberseite 6 versetzt ist.
Durch diesen Versatz ist es möglich,
größere Außenkontaktflecken
für entsprechende
Außenkontakte
eines Halbleiterbauteils vorzusehen.
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5 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch eine Tragstruktur 22 nach Abscheiden von
Kontaktanschlussflecken 7 auf der Oberseite 25 und
Außenkontaktflecken 12 auf
der Rückseite 26 des
geschlitzten Bleches 23, gemäß 4. Durch ein verlängertes Abscheiden einer Metall-Legierung, wie
Gold-Nickel in den
Fenstern 28 wird eine Überkragung 29 auf
den Fenstern 28 erreicht. Diese Überkragung 29 kann
zu einer verbesserten Verankerung der Kontaktanschlussflecken 7 in
dem Kunststoff 4 eines Kunststoffgehäuses beitragen. Ein Entfernen der
Photolackschichten 27 auf der Rückseite 26 und der
Oberseite 25 des strukturierten Bleches 23 ist nicht
erforderlich, so dass ein Veraschungsschritt oder ein Auflösungsschritt
der ausgehärteten
Photolackschichten 27 auf der Oberseite 25 und
der Rückseite 26 vermieden
werden kann. Dennoch ist es möglich,
die Photolackschichten 27 vor der Weiterbearbeitung des
geschlitzten und strukturierten Bleches 23 vorzusehen.
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6 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch einen Nutzen 30 nach Aufbringen von Halbleiterchips 9 auf
die Tragstruktur 22, gemäß 5 und Einbetten der Halbleiterchips 9 in
eine Kunststoffmasse 31. In dieser Darstellung wird lediglich
ein Ausschnitt des Nutzens 30 gezeigt, der in Zeilen und
Spalten angeordnete Bauteilpositionen 21 aufweist. Der
Nutzen 30 ist, wie es 2 zeigt,
in Form eines Streifens von mehreren aneinandergereihten Halbleiterpositionen
aufgebaut. Alternativ kann der Nutzen 30 auch eine Waferform
oder eine Plattenform aufweisen, die mehrere Bauteilpositionen 21 für entsprechende
Halbleiterbauteile 1 aufweist.
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Um
ein Bauteil, wie es in 1 gezeigt
wird, aus diesem Nutzen 30 herzustellen, werden die Bauteilpositionen 21 entlang
der Zeilen und Spalten getrennt und dabei der in 2 gezeigte Flachleiterrahmen 24 herausgestanzt,
so dass keinerlei Kurzschlüsse
zwischen den Flachleitern 5 auftreten können. Die dabei entstehenden
Halbleiterbauteile entsprechen der Ausführungsform, gemäß 1 und weisen in ihren Bauteilrandseiten
freie Randseiten der Flachleiter 5 auf, die nicht von Kunststoff 4 bedeckt
sind. Während
das Material dieser Flachleiter 5 dem Material des geschlitzten
Bleches 23 entspricht, ist das Material der abgeschiedenen
Außenkontaktflecken 12 und
der abgeschiedenen Kontaktanschlussflecken 7 identisch
und von dem Material des geschlitzten Bleches 23 unterschiedlich.
-
7 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 10 einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden
Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht
extra erörtert.
Die zweite Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform
der Erfindung dadurch, dass die Kontaktanschlussflecken 15 langgestreckt
sind, eine Oberseite 16 und eine Rückseite 17 aufweisen, und
damit größer sind
als es den Flipchip-Kontakten 8 des Halbleiterchips 9 entspricht.
Ferner ist das Material des in 1 gezeigten
Bleches 23 der Tragstruktur 22 bis auf Reste,
die von den Außenkontaktflecken 12 bedeckt
sind, weggeätzt.
Durch dieses Wegätzen
des Bleches aus einer Kupferlegierung oder einer Nickel-Eisen-Legierung,
weisen die Kontaktanschlussflecken 12 neben der Kontur
einer Überkragung 29 eine
Außenkontur 20 in
einem ersten Bereich auf, der durch das Wegätzen des Bleches entstanden
ist. Somit weisen die Außenkontaktflecken 12 einen
ersten Bereich 18 mit einer Ätzkontur als Außenkontur 20 auf
und einen zweiten Bereich 19 mit auskragenden Randzonen 13,
wobei die Materialien des ersten Bereichs 18 und des zweiten
Bereichs 19 sich voneinander unterscheiden. Während der
erste Bereich 18 eine Kupferlegierung oder eine Nickel-Eisen-Legierung
aufweist, weist der zweite Bereich 19 eine Gold-Nickel-Legierung
auf.
-
In
jedem Fall ist dieser Außenkontaktfleck 12 mit
dem langgestreckten Kontaktanschlussfleck 15 verbunden,
welcher die Funktion von Umverdrahtungsleitungen zusätzlich übernimmt.
Der Versatz zwischen Außenkontaktfleck 12 und
Flipchip-Kontakten 8 wird
von den langgestreckten Kontaktanschlussflecken 15 elektrisch überbrückt. Anstelle
eines weitgehenden Wegätzens
des Bleches der Tragstruktur 22, kann dieses Blech auch
lediglich Ätzspuren
aufweisen, welche in ähnlicher
Form, wie die Ätzschlitze
in der ersten Ausführungsform
der Erfindung, angeordnet sind. In diesem Fall unterscheidet sich
dann die zweite Ausführungsform
der Erfindung nur darin von der ersten Ausführungsform der Erfindung, dass
die Photolackschicht auf der Rückseite 26 des
in 1 gezeigten geschlitzten
Bleches 23 nicht vorhanden ist.
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8 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch eine Tragstruktur 22 mit einer Oberseite 32 und
einer Rückseite 33 zur
Herstellung des Halbleiterbauteils 10, gemäß 1. Der Unterschied dieser
Tragstruktur 22 gegenüber
der Tragstruktur gemäß 5 liegt darin, dass für die zweite
Ausführungsform
der Erfindung ein geschlossenes Blech 23 in der Tragstruktur 22 eingesetzt
ist und die Kontaktanschlussflecken 15 in der Photolackschicht 27 auf der
Oberseite 25 des Bleches langgestreckt sind und damit den
Versatz zwischen der Position von Flipchip-Kontakten und Außenkontaktflecken 12 elektrisch überbrücken.
-
9 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch eine Verbundplatte 40 nach Aufbringen von
Halbleiterchips 9 auf die Tragstruktur 22, gemäß 8. Die Halbleiterchips 9 werden
auf der Tragstruktur 22 in eine Kunststoffmasse 31 eingebettet,
die später
das Bauteilgehäuse
darstellt. Ferner ist in 9 die
Photolackschicht 27 auf der Rückseite 26 des geschlossenen
Bleches 23 entfernt. Dieses Entfernen wird durch Veraschen
der Photolackschicht 27 oder durch Auflösen der Photolackschicht 27 in
einer oxidierenden Flüssigkeit
erreicht. Die Verbundplatte 40 wird somit noch von dem
Blech 23 gestützt,
das in 10 größtenteils
entfernt ist.
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10 zeigt einen schematischen
Querschnitt durch einen Nutzen 30 nach teilweisem Entfernen
des Bleches 23 der Verbundplatte 40 gemäß 9. Das Entfernen des Bleches
wird durch eine Metallätzlösung erreicht,
die speziell auf das Material des Bleches 23 abgestimmt
ist, so dass die Außenkontaktflecken 12 der
Tragstruktur 22, wie sie 8 zeigt,
erhalten bleiben und ein Rest des in 9 gezeigten
Bleches 23 stehen bleibt, da er durch das nicht geätzte Material des
Außenkontaktfleckes 12 teilweise
vor einem Ätzangriff
geschützt
wird. Somit besteht der verbleibende Außenkontaktfleck 12 aus einem
ersten Bereich 18, der eine Ätzkontur als Außenkontur 20 aufweist
und einem zweiten Bereich 19, der eine Überkragung 29 aufweist.
Die Materialien dieser beiden Bereiche 18, 19 sind
voneinander unterschiedlich. Um aus diesem Nutzen 30 einzelne elektronische
Bauteile, wie sie 7 zeigt,
herzustellen, ist es lediglich erforderlich, die einzelnen Bauteilpositionen 21 des
Nutzens 30 voneinander zu trennen, was beispielsweise durch
Aufsägen
der Kunststoffmasse 31 entlang der Zeilen und Spalten des Nutzens 30 durchgeführt wird.
-
- 1
- Halbleiterbauteil
- 2
- Kunststoffgehäuse
- 3
- Umverdrahtungsstruktur
- 4
- Kunststoff
- 5
- Flachleiter
- 6
- Oberseite
des Flachleiters
- 7
- Kontaktanschlussflecken
- 8
- Flipchip-Kontakt
- 9
- Halbleiterchip
- 10
- Halbleiterbauteil
- 11
- Rückseite
des Flachleiters
- 12
- Außenkontaktflecken
- 13
- auskragende
Randzone
- 14
- Rand
der Flachleiter
- 15
- langgestreckte
Kontaktanschlussflecken
- 16
- Oberseite
der langgestreckten Kontaktanschlussfle
-
- cken
- 17
- Rückseite
der langgestreckten Kontaktanschlussfle
-
- cken
- 18
- erster
Bereich
- 19
- zweiter
Bereich
- 20
- Außenkontur
des ersten Bereichs
- 21
- Bauteilposition
- 22
- Tragstruktur
- 23
- Blech
einer Kupferlegierung
- 24
- Flachleiterrahmen
- 25
- Oberseite
des Bleches
- 26
- Rückseite
des Bleches
- 27
- Photolackschicht
- 28
- Fenster
in der Photolackschicht
- 29
- Überkragung
- 30
- Nutzen
- 31
- Kunststoffmasse
- 32
- Oberseite
der Tragstruktur
- 33
- Rückseite
der Tragstruktur
- 34
- Schlitze
- 40
- Verbundplatte
- d
- Blechdicke
- b
- Breite
der Schlitze