DE10353139B4 - Stapelbares modulares Gehäusesystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
Stapelbares
modulares Gehäusesystem,
insbesondere stapelbare modulare Mikrosysteme, bestehend aus:
– einem, aus einem metallorganischen Werkstoff gefertigten Hauptteil in Form einer Wanne oder Doppelwanne mit jeweils nach außen geneigten inneren Seitenwänden,
– wobei elektrische Leitungs- und Anschlussstrukturen auf beiden Seiten der jeweiligen Wanne ausgebildet sind und durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind,
– und die elektrischen Leitungs- und Anschlussstrukturen nach außen metallisierte ein- oder mehrzeilige Pad-Line-Strukturen, die mittels Laserstrukturierung, Aktivierung und Metallisierung des metallorganischen Werkstoffes erzeugt sind, aufweisen,
– das Hauptteil ergänzende separate Zusatzteile, welche eine äußere Umverdrahtungsplatte, eine innerhalb der Wanne angeordnete Montageplatte für Bauelemente, eine Zwischeninterfaceplatte zur Anpassung an verschiedene Wannengrößen, eine Kopplungsplatte zur Anpassung verschiedener Fremdsysteme, und eine Abdeckplatte zum Schutz der Bauelemente, umfassen.
– einem, aus einem metallorganischen Werkstoff gefertigten Hauptteil in Form einer Wanne oder Doppelwanne mit jeweils nach außen geneigten inneren Seitenwänden,
– wobei elektrische Leitungs- und Anschlussstrukturen auf beiden Seiten der jeweiligen Wanne ausgebildet sind und durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind,
– und die elektrischen Leitungs- und Anschlussstrukturen nach außen metallisierte ein- oder mehrzeilige Pad-Line-Strukturen, die mittels Laserstrukturierung, Aktivierung und Metallisierung des metallorganischen Werkstoffes erzeugt sind, aufweisen,
– das Hauptteil ergänzende separate Zusatzteile, welche eine äußere Umverdrahtungsplatte, eine innerhalb der Wanne angeordnete Montageplatte für Bauelemente, eine Zwischeninterfaceplatte zur Anpassung an verschiedene Wannengrößen, eine Kopplungsplatte zur Anpassung verschiedener Fremdsysteme, und eine Abdeckplatte zum Schutz der Bauelemente, umfassen.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein stapelbares modulares Gehäusesystem für modulare Systemaufbauten von Funktionsbausteinen für ein Baukastensystem, insbesondere zum Einsatz in der Mikrosystemtechnik und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
- Stand der Technik
- Ein Konzept eines solchen Baukastensystems für modulare Mikrosysteme ist bekannt unter der Bezeichnung „MATCH-X", das federführend vom Verband der Maschinen- und Anlagenbauer und den Fraunhofer Instituten IPA und IZM entwickelt wurde. Es handelt sich dabei um einheitliche Designvorschriften und Schnittstellendefinitionen, welche die Modularität und Kompatibilität der Bausteine des Mikrosystembaukastens garantieren.
- Ein ähnliches stapelbares modulares Gehäusesystem ist aus der
DE 20302144 U1 bekannt. - Die Bausteine mit elektrischen, elektronischen, mechanischen, fluidischen und optischen Funktionen sind in standardisierten Gehäusen untergebracht. Die Standards beziehen sich auf die Geometrie und die elektrischen Verbindungen (Interfaces) zwischen gleichartigen und unterschiedlichen Funktionsbausteinen. Innerhalb dieser Vorgaben und Restriktionen können nun die einzelnen Bausteine nach der Black-Box-Methode entsprechend der vorgegebenen Klassifikation entwickelt werden.
- Nachteilig bei den bekannten Gehäusen sind die Anzahl der zu deren Herstellung benötigten Einzelteile sowie die daraus resultierenden Herstellungs- und Montagekosten.
-
1 zeigt ein herkömmliches Gehäuse entsprechend dem MATCH-X-Standard. Das Gehäuse ist ein Top-Bottom-Ball-Grid-Array-Package (TB-BGA-Package), welches aus dem TB-BGA-Carrier (1 ), einer unter Umständen notwendigen Umverdrahtungsebene (2 ), einem aufgesetzten Rahmen (3 ) für die interne Busführung und dem TB-BGA-Deckel (4 ) besteht. Die jeweiligen Ball Grid Arrays (5 ) stellen die elektrischen Schnittstellen zur Umgebung dar. Bekannt sind Ausführungen in Keramik und FR4 (Glas/Epoxy), wobei die Klassifizierung mit den Klassen A, B, C auch schon weitere Werkstoffgruppen nennt (vgl. dazu http://www.pb.izm.fhg.de/match-x/, "Modulare Mikrosystemtechnik-Bericht für den Anwender" vom VDMA und "Das Baukastensystem für modulare Mikrosysteme MATCH X", Seminar Modulare Mikrosysteme, München, FhG IZM, 12. u. 13. Juni 2001). Die zur Herstellung benötigten Technologien sind bekannte Leiterplattentechnologien. Es sind mindestens drei Einzelteile für das Gehäuse notwendig. -
2 zeigt ein weiteres Gehäuse, bekannt aus der älteren nachveröffentlichtenDE 10258478 A1 , das aus einer metallorganischen Verbindung besteht, wobei die elektrischen Leitungen laserstrukturiert und in einem anschließenden chemischen Metallisierungsprozess metallisiert werden. Hierbei können die Ober- bzw. Unterteile jeweils als Platte und/oder Wanne ausgeführt werden, siehe beispielhaft die2 ,3 ,4 . Die Wandneigungen ergeben sich aus der Tatsache, dass diese Flächen mit dem gleichen Laserstrahl wie die horizontalen Flächen strukturiert werden, wobei durch eine schnelle Optikeinheit im Strahlengang des Lasers der Laserspot zum Strukturieren entsprechend der Wandposition angehoben oder abgesenkt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das zu strukturierende Teil unter dem Laserstrahl so zu drehen und verschieben, dass eine 3-D Strukturierung erzielt werden kann. - Nachteilig gestaltet sich bei diesen beiden Gehäusekonzepten, dass die Ball-Grid-Strukturen (
5 ) für die Gestaltung der Anschlussstrukturen durch ihre vollflächigen Ausführungen eine Nutzung für weitere Umverdrahtungsebenen verhindern. Im Falle des ersten Gehäuses nach1 bedeutet das die Einführung einer weiteren Umverdrahtungslage (2 ), die auch als Multilayer ausgeführt sein kann, wodurch vorteilhaft eine hohe Verdrahtungsdichte erzielbar wird. - Im Falle des zweiten Gehäusekonzeptes; beispielhaft entsprechend
2 bis4 , muss für eine weitere Umverdrahtungsebene die innere zweite Fläche, z. B. innere Deckelseite nach3 , dazu verwendet werden. Eine noch weitergehende Zahl von Umverdrahtungsebenen lässt sich nur dadurch erzielen, indem wie beim ersten Gehäusekonzept nach1 eine zusätzliche Multilayerstruktur integriert wird, was den Aufwand natürlich erheblich vergrößert. - Aufgabe der Erfindung
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der Einzelteile des Gehäusesystems weiter zu reduzieren, mindestens zwei Umverdrahtungsebenen unterzubringen, ein bzw. mehrere Anschlussverbindungen zu den oben genannten zwei bekannten Gehäusekonzepten zu realisieren und im Rahmen des Gesamtkonzeptes eine Kostenreduzierung zu erreichen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
- Die Aufgabe wird durch die Patentansprüche 1 und 13 gelöst.
- Das erfindungsgemäße Gehäusesystem für modulare Systemaufbauten besteht aus einem Hauptteil (obligatorisch) in Form einer Wanne oder Doppelwanne, welches aus einem metallorganischen Werkstoff gefertigt wird. Es wird durch weitere Zusatzteile (optional) ergänzt, die das Gehäusesystem hinsichtlich weiterer Schutzfunktionen, höheren Integrationsgrades und Kopplung zu anderen Geometriegrößen im gleichen System und zu anderen Gehäusesystemen erweitern.
- Die inneren Seiten der Wanne des Hauptteils weicht um einen Winkel nach außen von der Vertikalen ab, so dass eine Strukturierung mit einem zur Vertikalen parallel einfallenden Laserstrahl möglich ist. Für eine vollständig notwendige Strukturerzeugung durch den Laser wird das Teil einmal umgedreht.
- Der Boden der Wanne weist auf beiden Seiten elektrische Leitungs- und Anschlussstrukturen auf, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind.
- Die elektrische Anschlussstruktur wird nach außen durch metallisierte ein- oder mehrzeilige Pad-Line-Strukturen, die rund, eckig oder oval sind, realisiert. Die Pad-Line-Strukturen sind mit den Strukturen auf dem Boden durch elektrische Leitungen verbunden.
- Die Pad-Line-Strukturen auf dem oberen Wannenrand sind mit den außen liegenden Pad-Line-Strukturen auf der Bodenseite der Wanne durch elektrische Leitungen verbunden, welche über die geneigten inneren Wände der Wanne verlaufen. In Verbindung mit den elektrischen Durchkontaktierungen wird so ein vertikales Durchführen der Leitungen durch die Wanne ermöglicht.
- Die Wanne weist einen schmalen umlaufenden Wannenrand auf, der einen temporären äußeren Kurzschlussleiterzug mit Anschlussstummeln trägt. So werden alle an die Pad-Line-Strukturen angeschlossenen Leiterzüge für eine galvanische Metallisierung kurzgeschlossen. Nach diesem technologischen Schritt werden die Anschlussstummel wieder entfernt, indem sie abgebrochen oder durch einen Laser abgeschnitten werden.
- Der umlaufende temporäre Kurzschlussleiterzug weist an mindestens einer der vier Ecken eine Verbreiterung auf, die eine elektrische Kontaktierung für den Galvanostrom erlaubt.
- Leiterzüge, die logisch nicht an die Pad-Line-Strukturen anzuschließen sind, werden dennoch durch eine laserstrukturierte und metallisierte Kurzschlussbrücke so an die mit den Pad-Line-Strukturen verbundenen Leiterzüge angeschlossen, dass sie nach dem galvanischen Metallisierungsprozess durch einen subtraktiven Laserprozess wieder aufgehoben werden. Der gleiche Laser schneidet mit anderen Laserparametern danach oder davor den umlaufenden Wannenrand, der den äußeren Kurzschlussleiterzug und einen Teil der Anschlussstummel trägt, ab.
- Ein Zusatzteil, eine äußere Umverdrahtungsplatte wird in Form einer ebenen Platte ausgeführt, die aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff besteht. Auf der Ober- und Unterseite trägt diese Pad-Line-Strukturen, die mit den Pad-Line-Strukturen der Wanne deckungsgleich sind und mittels elektrischer Durchkontaktierungen verbunden werden.
- Zusätzlich sind auf einer oder beiden Seiten der Umverdrahtungsplatte elektrische Leiterzüge vorhanden, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden werden. Die Umverdrahtungsplatte trägt auf der Unterseite Anschlussstrukturen für weitere Bauelemente.
- Eine weitere äußere Umverdrahtungsplatte wird in Form einer um 180° umgedrehten Wanne realisiert.
- Ein weiteres Zusatzteil, eine innere Montageplatte ist in Form einer ebenen Platte ausgeführt, die auf der Ober- und Unterseite Pad-Line-Strukturen trägt, die mit den Pad-Line-Strukturen der Wanne, die sich auf dem inneren Absatz der Wanne befinden, deckungsgleich und mittels elektrischer Durchkontaktierungen verbunden sind.
- Zusätzlich sind auf einer oder beiden Seiten der inneren Montageplatte elektrische Leiterzüge vorhanden, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden werden, und Anschlussstrukturen für weitere Bauelemente auf einer oder beiden Seiten aufgebracht werden.
- Ein weiteres Zusatzteil, eine Zwischeninterfaceplatte ist für die Kopplung von unterschiedlichen Wannengrößen im Gehäusesystem in Form einer ebenen Platte ausgeführt. Sie besteht aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff. Auf der Unter- und Oberseite befinden sich Pad-Line-Strukturen, die zu den Pad-Line-Strukturen der unteren und oberen Wanne deckungsgleich sind.
- Die Pad-Line-Strukturen der Ober- und Unterseite der Zwischeninterfaceplatte sind durch elektrische Leitungen auf beiden Seiten und elektrische Durchkontaktierungen verbunden.
- Ein weiteres Zusatzteil, eine Kopplungsplatte zu Fremdsystemen wird in Form einer ebenen Platte ausgeführt, die aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff besteht. Die Kopplungsplatte trägt auf der einen Seite die Pad-Line-Struktur der Wanne und auf der anderen Seite die Anschlussstruktur des Fremdsystems. Die Pad-Line-Strukturen der einen Seite der Kopplungsplatte sind mit den Pad-/Anschlussstrukturen der anderen Seite durch elektrische Leitungen auf beiden Seiten und elektrische Durchkontaktierungen verbunden.
- Die elektrischen Leiterzüge, Anschlussstrukturen, elektrischen Durchkontaktierungen und Pad-Line-Strukturen werden bei Verwendung metallorganischer Werkstoffe mit dem Laser geometrisch strukturiert und aktiviert und anschließend chemisch und bei Bedarf auch galvanisch metallisiert.
- Eine Vernetzung der metallorganischen Werkstoffe durch thermische oder β- oder γ- Strahlungseinwirkung erfolgt vor, während oder nach der Fertigung der Teile.
- Die Montage zu einem Gehäusesystem erfolgt mittels eines Hauptteils in Form von Wannen und Zusatzteilen derart, dass die zu den jeweiligen Teilen gehörenden Pad-Line-Strukturen von zwei aufeinander stehenden oder anderen Anschlussstrukturen bei Kopplung zu Fremdsystemen immer deckungsgleich sind, so dass eine vertikale Montage der Einzelteile erfolgt.
- Beispiele
- Erfindungsgemäß enthält das Gehäusesystem ein Hauptteil in Form einer Wanne oder Doppelwanne aus einem metallorganischen Werkstoff, eine Abdeckplatte, eine äußere Umverdrahtungsplatte, eine innere Montageplatte, eine Zwischeninterfaceplatte für die Kopplung von unterschiedlichen Wannengrößen im Gehäusesystem und eine Kopplungsplatte zu Fremdsystemen (wie z. B. MATCH-X).
- Charakteristisch für das Gehäusesystem ist, dass mit nur einem Bauteil, der Wanne/Doppelwanne, das Häusen im Wesentlichen realisiert werden kann. Alle weiteren genannten Bauteile erweitern das Gehäusesystem hinsichtlich weiterer Schutzfunktionen (z. B. Berührungs- und Feuchteschutz), höheren Integrationsgrades und Kopplung zu anderen Geometriegrößen im gleichen System und zu anderen Gehäusesystemen.
- Die
5 bis14 erläutern die Erfindung, wobei jeweils nur die zu erläuternden Teile dargestellt sind. - Teil
1 : Wanne und Doppelwanne -
5 zeigt eine Wanne aus einem metallorganischen Werkstoff. Die Doppelwannenausführung zeigt6 . Wanne und Doppelwanne werden im folgenden synonym als Wanne bezeichnet. Die Fertigung dieser Wanne kann einfach durch spanende Bearbeitung von Rohlingen hergestellt werden. Bei größeren Stückzahlen bietet sich das Spritzgussverfahren an, wodurch sich eine erhebliche Kostensenkung für die zunächst unstrukturierten Wannen realisieren lässt. Die elektrischen Leiterbahnen6 der Ober- und Unterseite, die Durchkontaktierungen10 zwischen diesen und die Anschlüsse7 werden mit einem Laser strukturiert und anschließend chemisch metallisiert, vorzugsweise mit Kupfer. Die Anschlussstruktur7 nach außen (elektrisches Interface) wird mit Hilfe von Pad-Line-Strukturen8 erzielt, die am Rand der Wanne ein- oder mehrzeilig verlaufen.5 zeigt die Schichten auf den Ober- und Unterseiten der Wanne, wobei diese Pad-Line-Strukturen, hier beispielhaft einzeilig, auf der Unterseite jeweils deckungsgleich mit den Pad-Line-Strukturen auf der Oberseite der Wanne sind. Dadurch wird ein vertikales Stapeln direkt übereinander einzelner gleich großer Wannen ermöglicht, so wie es z. B. auch das Konzept nach MATCH-X vorsieht, mit dem Durchführen der elektrischen Leitungen und Busse. Die Neigungen der inneren Wände9 um typischerweise α ≥ 15° ermöglichen dabei die Laserstrukturierung mit dem gleichen Laserstrahl wie für die horizontalen Flächen unter Nutzung einer schnellen Optikeinheit im Laserstrahlengang mit vertikaler Verschiebung des Laserspots. - Um ein Baukastensystem realisieren zu können, müssen die verschiedenen Schnittstellen definiert sein. Die äußere Geometrie sollte sich an die MATCH-X Struktur anpassen, wobei die Abmessungen typischerweise bei 10 × 10 mm2 beginnen und in 2,5 mm Schritten erhöht werden. Bei den Pad-Line-Strukturen sind die Padgrößen und Padraster zu definieren. So ergeben sich beispielsweise für ein Gehäusesystem mit einer Wanne von 25 × 25 mm2 und einem Raster von 1 mm 15 × 4 = 60 Anschlusspins.
- Sollten die Schichtstärken der chemischen Metallabscheidung nicht ausreichen, so kann eine galvanische Nachverstärkung realisiert werden. Dazu müssen alle Leiterzüge und Pads kurzgeschlossen werden, was durch einen umlaufenden Wannenrand
11 , der metallorganischen Verbindung und einem darauf verlaufenden Kurzschlussleiterzug12 mit Anschlussstummeln14 geschieht vgl.7 . In den vier Ecken sollten jeweils Flächenvergrößerungen13 dieser Kurzschlussstruktur12 eingebracht werden, um eine problemlose elektrische Ankontaktierung realisieren zu können. Nach der galvanischen Metallisierung können die überstehenden Wannenränder entweder einfach abgebrochen oder aber mit dem Laser abgeschnitten werden. Sollten Leiterzüge oder Pads nicht an die umlaufende Kurzschlussstruktur12 mit einfachem Herausziehen der Leiterzüge angeschlossen werden können, z. B. bei separaten innen liegenden Strukturen, so müssen diese vom Design her mit zunächst den Leiterzügen verbunden werden, die wiederum an die Kurzschlussstruktur angeschlossen sind. Diese Kurzschlüsse werden dann nach der Galvanisierung mit dem Laser wieder entfernt. In diesem Falle kann der Laser in einem Prozessschritt mit verschiedenen Lasersetparametern die inneren Kurzschlüsse beseitigen und den überstehenden Wannenrand abtrennen. - Der Vorteil der Doppelwanne liegt darin, dass hierbei auch auf der Unterseite Bauelemente montiert werden können, was einerseits zu einer Erhöhung der Bauelementedichte führt und andererseits die Möglichkeit eröffnet, Bauelemente in bestimmter Art und Weise zueinander anordnen zu können, z. B. Abblockkondensatoren direkt unter elektronischen Schaltkreisen.
- Teil 2: Abdeckung
- Die Abdeckung nach
8 stellt ein Zusatzteil des Gehäusesystems dar und hat im Wesentlichen die Aufgabe, die Funktionen und Bauelemente innerhalb einer Wanne zu schützen, z. B. vor mechanischen Einwirkungen, Staub, Feuchte u. ä.. - Bei vertikaler Stapelung mehrerer Wannen braucht somit nur die letzte mit dieser Abdeckung versehen werden. Da in der Regel keine weiteren Funktionen hier zu realisieren sind, brauchen keine weiteren Strukturen auf der Abdeckung aufgebracht werden. Sinnvoll sind Ausführungen in Form einer Platte
15 und einer Wanne16 , deren unstrukturierter Körper der Wanne nach Teil 1 entspricht. - Die Abdeckung gemäß
8 kann dann mit der Wanne, gemäß Teilt, verklebt werden. - Teil 3: Äußere Umverdrahtungsplatte
- Die äußere Umverdrahtungsplatte nach
9 schließt die Wanne nach oben ab, so wie die Deckplatte. Der Unterschied besteht darin, dass diese äußere Umverdrahtungsplatte eine oder mehrere Funktionen realisiert. So können auf einer oder beiden Seiten zusätzliche elektrische Leitungen und auf der Unterseite zusätzliche Bauelemente untergebracht werden. Diese Bauelemente17 können elektrischer als auch nichtelektrischer Art sein. Damit kann die Dichte von Leitungen und von Bauelementen innerhalb des Gehäuses deutlich erhöht werden, ohne die äußere Geometrie zu vergrößern. Die Grundfläche dieser äußeren Umverdrahtungsplatte entspricht der Grundfläche der Wanne. Auf den Ober- und Unterseiten dieser Platte müssen die gleichen Pad-Line-Strukturen8 wie die der Wanne angeordnet sein, so dass eine Verbindung mit den Pad-Line-Strukturen der abzuschließenden Wanne und einer möglichen weiteren vertikal aufzusetzenden Wanne erfolgen kann. Auf dieser Platte kann bzgl. der elektrischen Funktion ein allgemein bekanntes Ein- oder Zweiseitenlayout6 ohne oder mit Durchkontaktierungen10 realisiert werden. Diese äußere Umverdrahtungsplatte sollte ebenfalls wie die Wanne aus der metallorganischen Verbindung bestehen mit der entsprechenden oben genannten Laserstrukturierungstechnik und der chemischen und/oder galvanischen Metallisierung, muss es aber nicht zwangsläufig. - Teil 4: Innere Montageplatte
- Die innere Montageplatte
21 , entsprechend10 , schafft zusätzlich zwei weitere Verdrahtungs- und Bauelementebenen und wird in das Innere der Wanne auf einen zusätzlichen Absatz entsprechend20 montiert. Kontaktiert wird sie über die untere Pad-Line-Struktur18 , die deckungsgleich ist mit der entsprechenden Pad-Line-Struktur19 , auf dem inneren Absatz20 der Wanne mittels bekannter Verbindungstechnologien wie Löten oder Leitkleben. In Verbindung mit der Wanne können somit vier Verdrahtungs- und drei Bauelementebenen (bei der Doppelwanne sogar vier) realisiert werden. Kommt noch die äußere Umverdrahtungsplatte dazu, so ergeben sich maximal sechs Verdrahtungs- und vier Bauelementebenen (bzw. fünf). Eingeschränkt wird der Einsatz der inneren Montageplatte bzgl. elektrischer und elektronischer Gehäusemodule, da nun bedingt durch die zweite Schräge nicht mehr alle elektrischen Leitungen nach außen geführt werden können. Denkbar ist ein derartiges Gehäusedesign aber auch für nichtelektrische Module, z. B. Mikromechaniken. - Teil 5: Zwischeninterfaceplatte für die Kopplung von unterschiedlichen Wannengrößen im Gehäusesystem
- Die Zwischeninterfaceplatte
22 dient dazu, unterschiedliche Wannengrößen innerhalb dieses modularen Gehäusesystems zu verbinden, vgl.11 . Dazu wird von einer Pad-Line-Struktur23 , die auch mehrzeilig sein kann, auf eine andere Pad-Line-Struktur24 mittels beidseitiger elektrischer Leitungen6 und Durchkontaktierungen10 übergegangen. Diese Strukturen können sich in der Anzahl der Zeilen, in der Anzahl der Anschlüsse pro Zeile und im Rastermaß der Anschlüsse selbst unterscheiden. Typischerweise werden dann nicht immer alle Anschlüsse übertragen, was beim Gesamtdesign eines Gehäusesystems berücksichtigt werden muss. - Teil 6: Kopplungsplatte zu Fremdsystemen
- Die Kopplungsplatte
25 zu einem Fremdsystem, z. B. zum modularen Baukastensystem MATCH X, soll die Anwendungsmöglichkeiten des vorgeschlagenen Systems erweitern. Im speziellen Fall des MATCH X-Systems müssen dazu die Pad-Line-Strukturen8 der Wanne auf eine flächige Matrixstruktur26 umverdrahtet werden bzw. anders herum, vgl.12 . So ergibt sich dafür beispielsweise, wenn das untere Gehäuse eine Wanne ist und das obere einen Aufbau nach MATCH X hat, für die Kopplungsplatte25 ein Zwei-Ebenen-Design mit einer Pad-Line-Struktur auf der Unterseite und einer Matrix-Struktur auf der Oberseite, wobei die Verbindung mittels bekannter elektrischen Leitungen6 und Durchkontaktierungen10 erfolgt. - Abschließend zeigen die
13 und14 zwei Beispiele für Systemaufbauten mit den oben beschriebenen Einzelbestandteilen. Das Gehäusesystem entsprechend13 besteht aus einer Doppelwanne27 , einer Wanne mit äußerer Umverdrahtungsplatte28 , einer Wanne29 , einer weiteren Wanne30 und einer abschließenden Abdeckplatte31 . Das Gehäusesystem entsprechend14 besteht aus einer Wanne32 , einer weiteren Wanne33 , einer Wanne mit einer Zwischeninterfaceplatte34 , einer Wanne35 und einer abschließenden Abdeckplatte36 . - Zur Erhöhung der Temperaturbelastbarkeit nachfolgender Montageprozesse können die metallorganischen Werkstoffe vor, während oder nach der Einzelteilfertigung durch thermische Einwirkung oder β- oder γ- Strahlung vernetzt werden, was insbesondere bei Lötprozessen von Bedeutung ist.
-
- 1
- TB-BGA-Carrier
- 2
- Umverdrahtungsebene
- 3
- Rahmen
- 4
- TB-BGA-Deckel
- 5
- Ball Grid Arrays
- 6
- Leiterbahnen
- 7
- Anschlussstruktur
- 8
- Pad-Line-Struktur
- 9
- inneren Wände
- 10
- Durchkontaktierungen
- 11
- umlaufenden Wannenrand
- 12
- Kurzschlussstruktur
- 13
- Flächenvergrößerungen
- 14
- Anschlussstummel
- 15
- Platte
- 16
- Wanne
- 17
- Bauelemente
- 18
- Pad-Line-Struktur
- 19
- Pad-Line-Struktur
- 20
- zusätzlicher Absatz
- 21
- innere Montageplatte als Zusatzteil
- 22
- Zwischeninterfaceplatte
- 23
- Pad-Line-Struktur
- 24
- Pad-Line-Struktur
- 25
- Kopplungsplatte als Zusatzteil
- 26
- flächige Matrixstruktur
- 27
- Doppelwanne
- 28
- äußere Umverdrahtungsplatte als Zusatzteil
- 29
- Wanne
- 30
- Wanne
- 31
- Abdeckplatte
- 32
- Wanne
- 33
- Wanne
- 34
- Zwischeninterfaceplatte als Zusatzteil
- 35
- Wanne
- 36
- abschließende Abdeckplatte als Zusatzteil
Claims (19)
- Stapelbares modulares Gehäusesystem, insbesondere stapelbare modulare Mikrosysteme, bestehend aus: – einem, aus einem metallorganischen Werkstoff gefertigten Hauptteil in Form einer Wanne oder Doppelwanne mit jeweils nach außen geneigten inneren Seitenwänden, – wobei elektrische Leitungs- und Anschlussstrukturen auf beiden Seiten der jeweiligen Wanne ausgebildet sind und durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind, – und die elektrischen Leitungs- und Anschlussstrukturen nach außen metallisierte ein- oder mehrzeilige Pad-Line-Strukturen, die mittels Laserstrukturierung, Aktivierung und Metallisierung des metallorganischen Werkstoffes erzeugt sind, aufweisen, – das Hauptteil ergänzende separate Zusatzteile, welche eine äußere Umverdrahtungsplatte, eine innerhalb der Wanne angeordnete Montageplatte für Bauelemente, eine Zwischeninterfaceplatte zur Anpassung an verschiedene Wannengrößen, eine Kopplungsplatte zur Anpassung verschiedener Fremdsysteme, und eine Abdeckplatte zum Schutz der Bauelemente, umfassen.
- Gehäusesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Pad-Line-Strukturen auf dem oberen Wannenrand mit den außen liegenden Pad-Line-Strukturen auf der Unterseite der Wanne durch elektrische Leitungen, die über die geneigten inneren Wände der Wanne verlaufen, und elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind, so dass ein vertikales Durchführen der Leitungen durch die Wanne möglich ist.
- Gehäusesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umverdrahtungsplatte in Form einer ebenen Platte ausgeführt ist, die aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff besteht, auf der Ober- und Unterseite Pad-Line-Strukturen (
8 ) trägt, die mit den Pad-Line-Strukturen (8 ) der Wanne deckungsgleich sind und mittels elektrischer Durchkontaktierungen verbunden sind. - Gehäusesystem nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auf einer oder beiden Seiten der Umverdrahtungsplatte elektrische Leiterzüge vorhanden sind, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden werden, und auf der Unterseite Anschlussstrukturen für weitere Bauelemente aufgebracht sind.
- Gehäusesystem nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere äußere Umverdrahtungsplatte in Form einer um 180° umgedrehten Wanne realisiert ist.
- Gehäusesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die innere Montageplatte (
21 ) in Form einer ebenen Platte ausgeführt ist, die auf der Ober- und Unterseite Pad-Line-Strukturen (18 ) trägt, die mit den Pad-Line-Strukturen (19 ) der Wanne, die sich auf dem inneren Absatz der Wanne (20 ) befinden, deckungsgleich und mittels elektrischer Durchkontaktierungen verbunden sind. - Gehäusesystem nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auf einer oder beiden Seiten der inneren Montageplatte (
21 ) elektrische Leiterzüge vorhanden sind, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden werden, und Anschlussstrukturen für weitere Bauelemente auf einer oder beiden Seiten aufgebracht sind. - Gehäusesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischeninterfaceplatte (
22 ) für die Kopplung von unterschiedlichen Wannengrößen im Gehäusesystem in Form einer ebenen Platte ausgeführt ist, die aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff besteht und die auf der Unter- und Oberseite Pad-Line-Strukturen (23 ) und (24 ) tragen, die zu den Pad-Line-Strukturen der unteren und oberen Wanne deckungsgleich sind. - Gehäusesystem nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Pad-Line-Strukturen der Ober- und Unterseite der Zwischeninterfaceplatte (
22 ) durch elektrische Leitungen auf beiden Seiten und elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind. - Gehäusesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsplatte (
25 ) zu Fremdsystemen in Form einer ebenen Platte ausgeführt wird, die aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff besteht und die auf der einen Seite die Pad-Line-Struktur (8 ) der Wanne und auf der anderen Seite die Anschlussstruktur des Fremdsystems trägt. - Gehäusesystem nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Pad-Line-Strukturen der einen Seite der Kopplungsplatte (
25 ) mit den Pad-/Anschlussstrukturen der anderen Seite durch elektrische Leitungen auf beiden Seiten und elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind. - Gehäusesystem nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Montage zu einem Gehäusesystem mittels Haupt- und Zusatzteile derart erfolgt, dass die zu den jeweiligen Teilen gehörenden Pad-Line-Strukturen von zwei aufeinander stehenden oder anderen Interfacestrukturen bei Kopplung zu Fremdsystemen immer deckungsgleich sind, so dass eine vertikale Montage der Einzelteile erfolgt.
- Verfahren zur Herstellung eines Gehäusesystem nach vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterzüge, Anschlussstrukturen, elektrischen Durchkontaktierungen und Pad-Line-Strukturen des aus metallorganischem Werkstoff bestehenden Hauptteils in Form einer Wanne mit inneren nach außen geneigten Seitenflächen und der Zusatzteile, sofern sie aus metallorganischem Werkstoff bestehen, mit einem Laser geometrisch strukturiert und aktiviert und anschließend metallisiert werden.
- Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung mit einem zur Vertikalen parallel einfallenden Laserstrahl erfolgt und für eine vollständige Strukturerzeugung durch den Laser das Teil einmal umgedreht wird.
- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung chemisch und/oder galvanisch erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne einen schmalen umlaufenden Wannenrand (
11 ) aufweist, der einen temporären äußeren Kurzschlussleiterzug (12 ) mit Anschlussstummeln (14 ) trägt, der alle an die Pad-Line-Strukturen angeschlossenen Leiterzüge für eine galvanische Metallisierung kurzschließt und danach wieder entfernt wird. - Verfahren nach Anspruche 16 dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende temporäre Kurzschlussleiterzug (
12 ) an mindestens einer der vier Ecken eine Verbreiterung (13 ) aufweist, die eine elektrische Kontaktierung für den Galvanostrom erlaubt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass Leiterzüge, die logisch nicht an die Pad-Line-Strukturen anzuschließen sind, dennoch durch eine laserstrukturierte und metallisierte Kurzschlussbrücke so an die mit den Pad-Line-Strukturen verbundenen Leiterzüge angeschlossen werden, dass sie nach dem galvanischen Metallisierungsprozess durch einen subtraktiven Laserprozess wieder aufgehoben werden, und der gleiche Laser mit anderen Laserparametern danach oder davor den umlaufenden Wannenrand (
11 ), der den äußeren Kurzschlussleiterzug (12 ) und einen Teil der Anschlussstummel (14 ) trägt, abschneidet. - Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass eine Vernetzung der metallorganischen Werkstoffe durch thermische oder β- oder γ- Strahlungseinwirkung vor, während oder nach der Fertigung der Teile erfolgt.
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