JP2012530626A - 電子的な構成部材を製造するための方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電子的な構成部材(1)を製造するための方法において、該方法が、以下の順序で実施されるステップ:すなわち、少なくとも1つのマイクロ構成部材(7)を接触接続するために形成されたマイクロ構成部材収容部(17)を有する少なくとも1つの支持エレメント(5,6)を準備し、該支持エレメント(5,6)をパッケージ(2)の射出成形により該パッケージ(2)で取り囲み、マイクロ構成部材収容部(17)が、パッケージ(2)の少なくとも片側で開いた中空室(3)内に配置されており、該中空室(3)内のマイクロ構成部材収容部(17)内に少なくとも1つのマイクロ構成部材(7)を導入し、これによって、該少なくとも1つのマイクロ構成部材(7)を支持エレメント(5,6)に接触接続し、中空室(3)を充填材料(4)の射出により該充填材料(4)で充填し、これによって、接触接続された少なくとも1つのマイクロ構成部材(7)をパッケージ(2)内にかつマイクロ構成部材収容部(17)内に位置固定する:を有していることを特徴とする、電子的な構成部材を製造するための方法を開示している。

Description

本発明は、電子的な構成部材、特に自動車に使用するためのセンサを製造するための方法に関する。
さらに、本発明は、前述した方法を実施するために使用される射出成形金型に関する。
さらに、本発明は、前述した方法により電子的な構成部材を製造するために形成された支持エレメントに関する。
さらに、本発明は、自動車に使用するためのセンサに関する。
背景技術
センサの構造・接続技術における公知のコンセプトは、機能を実現するための、ますます小さくなる完全に組み込まれた解決手段を使用している。センサチップ、たとえば「ランドグリッドアレイ(LGA)」を「パッケージング」するためのパッケージコンセプトは、1つの回路の全ての構成エレメントを、ほんの数立方ミリメートルしか有していない極小の被覆体(成形材料)内に組み込んでいる。このような形式の小型化された回路は、「セカンドレベルパッケージング」、すなわち、後続処理による固定可能性とコネクタとを備えたセンサの形成に対して極めて大きな課題となっている。
このような形式の小型化された回路、たとえばLGAは、もはやプリント配線板または別の回路支持体を必要としないので、典型的には、取囲み用のセンサパッケージ内に直接的に組み付けられる。試みとして、ここでは、2成分射出成形法が使用される。この2成分射出成形法では、まず、第1のステップにおいて、金属製の支持ストリップに結合されたLGAパッケージが比較的軟質の材料、たとえばシリコーンの射出により、このシリコーンで取り囲まれ、後続のステップにおいて、この構造体が同じく射出成形法によってパッケージプラスチックで取り囲まれる。この順序は必要である。なぜならば、プラスチック射出成形時に必要となる数100barの圧力が、LGAパッケージに損傷を与える恐れがあり、これによって、少なくとも回路の永続的な機能が保証されていないからである。しかし、減衰材料、たとえばシリコーンの射出による先行した取囲みも幾つかの危険:すなわち、たとえば片側でのプラスチック材料の衝突時のシリコーン材料の変位または、たとえばプラスチック射出時に加えられる高い圧力による、LGAパッケージと金属製の支持エレメントとの間の電気的な接触箇所へのシリコーンの侵入:をはらんでいる。したがって、電子的なコンタクトに対する純粋に機械的な緊締結合の使用は問題であり、材料接続的な結合部、たとえばろう接部に逃げなければならない。この材料接続的な結合部は、目下のRoHS指令(電気・電子機器への特定の危険な物質の使用を制限するためのEG指令 2002/95/EG)によって鉛を含有していてはならず、はんだ内の所要の溶剤の内容物によって、汚染もしくは最初の射出成形工程におけるシリコーン材料内への溶剤の連行に対して、少なくない危険をはらんでいる。さらに、鉛を含まないろう接箇所では、ウィスカ形成の問題が発生する。
発明の開示
本発明に係る方法によれば、該方法が、以下の順序で実施されるステップ:すなわち、少なくとも1つのマイクロ構成部材を接触接続するために形成されたマイクロ構成部材収容部を有する少なくとも1つの支持エレメントを準備し、該支持エレメントをパッケージの射出成形により該パッケージで取り囲み、マイクロ構成部材収容部が、パッケージの少なくとも片側で開いた中空室内に配置されており、該中空室内のマイクロ構成部材収容部内に少なくとも1つのマイクロ構成部材を導入し、これによって、該少なくとも1つのマイクロ構成部材を支持エレメントに接触接続し、中空室を充填材料の射出により該充填材料で充填し、これによって、接触接続された少なくとも1つのマイクロ構成部材をパッケージ内にかつマイクロ構成部材収容部内に位置固定する:を有している。
本発明に係る方法の有利な態様によれば、電子的な構成部材が、2つの支持エレメントを有しており、マイクロ構成部材が、2つのコンタクトパッドを有しており、両コンタクトパッドをそれぞれ一方の支持エレメントのマイクロ構成部材収容部に接触接続し、両支持エレメントの両マイクロ構成部材収容部が、中空室内に一緒に配置されている。
本発明に係る方法の有利な態様によれば、中空室をマイクロ構成部材よりも大きく形成し、これによって、該マイクロ構成部材を、該マイクロ構成部材と支持エレメントおよび/またはパッケージとの接触箇所を除いて、充填材料によって完全に被覆する。
本発明に係る方法の有利な態様によれば、マイクロ構成部材収容部内へのマイクロ構成部材の導入時に、該マイクロ構成部材をマイクロ構成部材収容部内に緊締する。
本発明に係る方法の有利な態様によれば、前記方法において、第1の射出成形キャビティを備えた第1の金型部材と、第2の射出成形キャビティを備えた第2の金型部材と、中空室用スライダとを有する複数分割式の射出成形金型を使用し、第1の射出成形キャビティと第2の射出成形キャビティとが、一緒にパッケージの外側の形状を規定しており、支持エレメントをパッケージの射出成形により該パッケージで取り囲む間、中空室を規定するために、中空室用スライダが、第1の射出成形キャビティおよび/または第2の射出成形キャビティに延びている。
本発明に係る方法の有利な態様によれば、マイクロ構成部材収容部内へのマイクロ構成部材の導入のために、パッケージを第1の金型部材に残し、第2の金型部材と中空室用スライダとをパッケージから離反させる。
本発明に係る方法の有利な態様によれば、中空室を充填材料の射出により該充填材料で充填するために、パッケージを第1の金型部材に残し、充填材料を中空室内に射出用スライダを介して射出する。
本発明に係る方法の有利な態様によれば、第1の射出成形キャビティが、パッケージの固定成形エレメントを規定している。
本発明に係る方法の有利な態様によれば、第2の金型部材が、コネクタ中空室用スライダを有しており、支持エレメントをパッケージの射出成形により該パッケージで取り囲む間、コネクタ中空室用スライダが、支持エレメントの接続ピンを取り囲むコネクタ中空室を規定している。
本発明に係る射出成形金型によれば、該射出成形金型が、前述した方法を実施するために形成されている。
本発明に係る支持エレメントによれば、該支持エレメントが、マイクロ構成部材を接触接続するために形成されたばねエレメントを備えたマイクロ構成部材収容部を有しており、パッケージの射出成形により該パッケージで直接的に取り囲むために形成された取囲み部分を有しており、これによって、支持エレメントが、パッケージ内に位置固定されており、パッケージと充填材料とに対して露出させるために形成された接続ピンを有している。
本発明に係る支持エレメントの有利な態様によれば、支持エレメントが、金属薄板から打抜き加工されており、ばねエレメントが、マイクロ構成部材を前記金属薄板の平面に対して平行な方向に押圧するように形成されている。
本発明に係る支持エレメントの有利な態様によれば、マイクロ構成部材収容部が、マイクロ構成部材を正確に位置決めするために、ストッパを有している。
本発明に係るセンサによれば、該センサが、前述した射出成形金型と、前述した支持エレメントとを用いて、前述した方法により製造された電子的な構成部材を有しており、マイクロ構成部材が、マイクロマシニング型のセンサを有している。
請求項1の特徴を備えた、電子的な構成部材を製造するための本発明に係る方法によって、材料・素材選択時にも、製造および組付けの際にも、種々様々なコスト節約が可能となる。これは、特にプリント配線板なしでマイクロ構成部材、いわゆる「LGA」を使用することができることによって達成される。さらに、方法ステップの本発明における順序に基づき、パッケージを通常の条件、たとえば高い温度および高い圧力のもと射出成形することができる。その際、マイクロ構成部材が考慮される必要はない。なぜならば、このマイクロ構成部材はパッケージ射出成形工程の時点でまだ組み付けられていないからである。さらに、マイクロ構成部材が、もはや材料接続的な結合、たとえばろう接を介して結合される必要はない。これによって、ろう接なしの、特に鉛フリーの結合の課題が簡単にかつ廉価に解決されている。同時にはんだの溶剤による充填材、たとえばシリコーンの汚染が回避される。充填材料の供給は、極めて低い圧力で可能となる。これによって、マイクロ構成部材への応力負荷が十分に回避される。さらに、本発明に係る方法によって、電子的な構成部材の極端に可変の製造が可能となる。本発明における組付け順序によって、それぞれ異なる構成サイズおよび/または種々異なる使用分野の種々異なるマイクロ構成部材を同じパッケージ内に組み付けることができる。これら全ての利点は、電子的な構成部材を製造するための本発明に係る方法において、この方法が、以下の順序で実施されるステップ:すなわち、
−少なくとも1つのマイクロ構成部材を接触接続するために形成されたマイクロ構成部材収容部を有する少なくとも1つの支持エレメントを準備し、
−この支持エレメントを、パッケージの射出成形により、このパッケージで取り囲み、マイクロ構成部材収容部が、パッケージの少なくとも片側で開いた中空室内に配置されており、
−この中空室内のマイクロ構成部材収容部内に少なくとも1つのマイクロ構成部材を導入し、これによって、この少なくとも1つのマイクロ構成部材を支持エレメントに接触接続し、
−中空室を、充填材料の射出により、この充填材料で充填し、これによって、接触接続された少なくとも1つのマイクロ構成部材をパッケージ内にかつマイクロ構成部材収容部内に位置固定する:
を有していることによって可能になる。
支持エレメントは、有利には金属材料から成っている。充填材料として、有利にはシリコーンまたは溶融接着材が使用される。充填材料は、有利には複数の機能、たとえば環境影響に対するマイクロ構成部材の防護、パッケージ内へのマイクロ構成部材の機械的な位置決めおよび固着ならびにマイクロ構成部材の減衰を引き受けている。パッケージは、有利には熱可塑性樹脂から成っている。すなわち、本発明によれば、電子的な構成部材の製造に際して、まず、挿入部材としての支持エレメントを備えた外側のパッケージが製造される。次いで、マイクロ構成部材が押し込まれ、支持エレメントに接触接続させられる。マイクロ構成部材をパッケージ内に位置固定するためには、残された中空室が、充填材料の射出により、この充填材料で充填される。したがって、パッケージを製造するために必要となる高い圧力および温度が、マイクロ構成部材にも、このマイクロ構成部材と支持エレメントとの間の接触箇所にも、比較的軟質の充填材料にも負荷をかけることはない。マイクロ構成部材収容部内へのただ1つのマイクロ構成部材の挿入だけでなく、複数のマイクロ構成部材の挿入も有利である。簡単に説明するために、以下には、1つのマイクロ構成部材を備えた変化態様を説明する。
従属請求項には、本発明の有利な改良態様が示してある。
有利な態様では、電子的な構成部材が2つの支持エレメントを有しており、マイクロ構成部材が2つのコンタクトパッドを有している。両コンタクトパッドは、それぞれ一方の支持エレメントのマイクロ構成部材収容部に接触接続されている。両支持エレメントの両マイクロ構成部材収容部は中空室内に一緒に配置されている。したがって、マイクロ構成部材を、互いに隔離された2つの金属製の支持エレメントを介して接触接続することができる。
有利な態様では、中空室がマイクロ構成部材よりも大きく形成されている。これによって、このマイクロ構成部材を、このマイクロ構成部材と支持エレメントおよび/またはパッケージとの接触箇所を除いて、充填材料によって完全に被覆することができる。このような接触箇所は、第1には、コンタクトパッドと支持エレメントのマイクロ構成部材収容部との間のコンタクトである。しかし、引き続き示すように、さらに別の接触箇所、たとえば支持エレメントに形成されたストッパと、マイクロ構成部材との間の接触部が可能となる。さらに、マイクロ構成部材が側方でパッケージに接触し、すなわち、中空室の内壁に接触し、これによって、ガイドされかつ/または緊締されることが可能となる。
有利には、マイクロ構成部材収容部内へのマイクロ構成部材の導入時に、このマイクロ構成部材がマイクロ構成部材収容部内に緊締されることが提案されている。すでに上述したように、この緊締は、マイクロ構成部材が、たとえば側方で中空室の内壁に接触し、したがって、この中空室の内壁を介してガイドされるだけでなく、緊締もされることによって行うことができる。マイクロ構成部材の側方のガイドによって、マイクロ構成部材の考えられる回動に関して極めて狭い誤差が維持可能となる。中空室の内壁の間でのマイクロ構成部材の側方のガイドおよび/または緊締に対して択一的または付加的には、特にばねエレメントによるマイクロ構成部材の緊締が有利である。このようなばねエレメントは、特に支持エレメントに設けられたマイクロ構成部材収容部に形成されていて、マイクロ構成部材を接触接続するだけでなく、緊締するためにも働く。このようなばねエレメントは、当然ながら、パッケージの射出成形による支持エレメントの取囲み時に露出していて、有利には、マイクロ構成部材のコンタクトパッドに作用する。中空室の内部のマイクロ構成部材の位置誤差は、この緊締によって極めて狭く調整可能となる。すなわち、マイクロ構成部材が、ばねエレメントおよび/または中空室の内壁での側方のガイドによって極めて正確にガイドされる。これによって、マイクロ構成部材に設けられたセンサの使用時の極めて少ない目標感度エラーもしくは横方向感度エラーが可能となる。マイクロ構成部材をパッケージ内に最終的に位置固定するためには、当然ながら、緊締に対して付加的に、中空室が充填材料の射出によって充填される。
本発明に係る方法の有利な態様では、複数分割式の、特に二成分射出成形金型の使用が提案されている。この射出成形金型は、第1の射出成形キャビティを備えた第1の金型部材と、第2の射出成形キャビティを備えた第2の金型部材と、中空室用スライダとを有している。第1の射出成形キャビティと第2の射出成形キャビティとは、一緒にパッケージの外側の形状を規定している。さらに、支持エレメントを、パッケージの射出成形により、このパッケージで取り囲む間、中空室を規定するために、中空室用スライダが、第1の射出成形キャビティおよび/または第2の射出成形キャビティに延びている。この射出成形金型の構造によって、本発明に係る方法の効率のよい廉価な実施が可能となる。中空室用スライダの使用によって、中空室を正確に規定することが可能となる。特に1つもしくはそれ以上の支持エレメントのマイクロ構成部材収容部がパッケージの材料に対して露出している。
有利には、マイクロ構成部材収容部内へのマイクロ構成部材の導入のために、パッケージが第1の金型部材に残される。第2の金型部材と中空室用スライダとは、パッケージから離反させられる。このために、有利には、中空室用スライダが第2の金型部材に組み込まれている。したがって、第1の金型部材が同時にマイクロ構成部材の組付け時のパッケージの保持部材として働き、パッケージの手間のかかる置換えが回避される。
さらに、中空室を、充填材料の射出により、この充填材料で充填するために、パッケージが第1の金型部材に残され、充填材料が中空室内に射出用スライダを介して射出されると有利である。したがって、パッケージは充填材料の射出ステップ時でも第1の金型部材に残される。したがって、この第1の金型部材は、有利には、電子的な構成部材の完成に至るまで、その取付け部材および/または保持部材として働く。特に有利には、本発明に係る方法を実施するために、少なくとも4つの位置を備えたターンテーブルが使用される。このターンテーブルには、第1の金型部材が装着されている。この第1の金型部材は、製造の開始時には、パッケージに対するキャビティの一部を成していて、製造がさらに進むと、パッケージの保持部材を成している。製造時の4つの位置は、有利には以下の通りである。
第1の位置では、パッケージの射出成形が行われる。第2の位置では、マイクロ構成部材がマイクロ構成部材収容部内に組み付けられるかもしくは押し込まれる。第3の位置では、充填材料の射出による中空室の充填が行われる。第4の位置では、完成した電子的な構成部材の取出しならびに射出成形金型への、次ぎに製造したい電子的な構成部材に用いられる支持エレメントと、場合によるブシュとの装着が行われる。
別の有利な態様では、第1の射出成形キャビティが、パッケージの固定成形エレメントを規定していることが提案されている。このような固定成形エレメントを介して、本発明に係る電子的な構成部材を、たとえば目的対象、特に車両にねじ締結することができる。第1の射出キャビティひいては第1の金型部材での固定成形エレメントの形成によって、製造プロセスの間にパッケージと第1の金型部材との間に形状接続が保証されている。これによって、第1の金型部材を、特に良好にパッケージの取付け部材および/または保持部材として全製造にわたって使用することができる。別の有利な態様は、第2の金型部材が、コネクタ中空室用スライダを有しており、支持エレメントを、パッケージの射出成形により、このパッケージで取り囲む間、コネクタ中空室用スライダが、支持エレメントの接続ピンを取り囲むコネクタ中空室を規定していることを提案している。固定成形エレメントおよび/またはコネクタ中空室の個別の構成によって、支持エレメントおよびマイクロ構成部材に左右されずに、特に自動車技術に対する顧客別の種々異なる差込みシステムを実現することができる。これによって、特にVDAインタフェースも廉価にかつ効率よく製造可能となる。
さらに、本発明は、これまで説明した方法を実施するために形成された射出成形金型を含む。すでに議論した、電子的な構成部材を製造するための本発明に係る方法の有利な態様は、当然ながら、相応して本発明に係る射出成形金型でも有利に使用される。
さらに、本発明は、すでに説明した方法により電子的な構成部材を製造するために形成された支持エレメントにおいて、この支持エレメントが、マイクロ構成部材を接触接続するために形成されたばねエレメントを備えたマイクロ構成部材収容部を有しており、パッケージの射出成形により、このパッケージで直接的に取り囲むために形成された取囲み部分を有しており、これによって、支持エレメントが、パッケージ内に位置固定されており、パッケージと充填材料とに対して露出させるために形成された接続ピンを有している支持エレメントを含む。本発明では、取囲み部分が、完成した電子的な構成部材内でパッケージの材料に直接接触していて、したがって、パッケージと支持エレメントとの間の結合部を成している。接続ピンもしくは、2つの支持エレメントの使用時には、両接続ピンは、当然ながら、パッケージおよび充填材料に対して露出していなければならない。なぜならば、こうしてしか、ケーブルまたはコネクタとの電気的な接触を保証することができないからである。ばねエレメントの設計、すなわち、ばねエレメントのばね特性線の特性は、幾何学的な設計と支持エレメントの厚さとを介して規定することができる。支持エレメントのマイクロ構成部材収容部と電子的な構成部材の中空室とは、ばねエレメントがパッケージの材料に接触しないように寸法設定されており、これによって、マイクロ構成部材の接触接続および/または緊締のために必要となるばね作用に影響が与えられないようになっている。
支持エレメントの有利な態様では、この支持エレメントが、金属薄板から打抜き加工されており、ばねエレメントが、マイクロ構成部材を金属薄板の平面に対して平行な方向に押圧するように形成されていることが提案されている。すなわち、有利には、ばねエレメントは、金属薄板の平面からの支持エレメントの一部の曲出し加工によって初めて形成されるのではない。むしろ、ばねエレメントは支持エレメントの幾何学的形状によって規定される。したがって、完成した支持エレメントは金属薄板に対して垂直な方向に延びていて、金属薄板と同じ厚さに形成されている。別の有利な態様では、支持エレメントが金属薄板から打抜き加工され、まとめられた多数の支持エレメントを備えた1つの金属薄板打抜き帯材が得られる。これによって、有利なフープめっきプロセスが可能となる。支持エレメントの個別化は、有利には、最終組付けにおける打抜き加工プロセスによって行われる。
有利な態様では、マイクロ構成部材収容部が、マイクロ構成部材を正確に位置決めするために、ストッパを有している。これによって、押込み方向でのパッケージもしくは支持エレメントに対して相対的なマイクロ構成部材の位置が規定されている。
さらに、本発明は、自動車に使用するためのセンサ、特に加速度センサにおいて、このセンサが、特に本発明に係る射出成形金型と、特に本発明に係る支持エレメントとを用いて、すでに説明した本発明に係る方法により製造された電子的な構成部材を有しており、マイクロ構成部材が、マイクロマシニング型のセンサを有しているセンサを含む。前述した利点、たとえば電子的な構成部材のより大きな個数の廉価なかつプロセス確実な製造は、特に自動車技術におけるセンサとしての電子的な構成部材の使用時に明らかとなる。さらに有利には、固定成形エレメントおよび/またはコネクタ中空室を備えたパッケージを顧客固有の要求および車両のインタフェースに適合させることができる。
本発明の実施の形態における電子的な構成部材を3つの方向から見た図である。 本発明の実施の形態に係る1つの支持エレメントを示す図である。 本発明の実施の形態に係る複数の支持エレメントを備えた金属薄板打抜き帯材を示す図である。 本実施の形態における使用されるマイクロ構成部材を示す図である。 本実施の形態におけるマイクロ構成部材の内部への電子的な構成部材の可能な配置形態を示す図である。 本実施の形態におけるマイクロ構成部材を備えていないパッケージの3つの断面図である。 本実施の形態におけるマイクロ構成部材が組み付けられたパッケージを3つの方向から見た図である。 本実施の形態に係る支持エレメント内へのマイクロ構成部材の組付け形態の概略図である。 本実施の形態におけるマイクロ構成部材が組み付けられた支持エレメントの側面図である。 本実施の形態におけるマイクロ構成部材が組み付けられた支持エレメントの背面図である。 本実施の形態におけるマイクロ構成部材が組み付けられた支持エレメントの平面図である。 本発明の実施の形態に係る射出成形金型によるパッケージの製造のための第1の概略的なフローを示す図である。 本発明の実施の形態に係る射出成形金型によるパッケージの製造のための第2の概略的なフローを示す図である。 本発明の実施の形態に係る射出成形金型によるパッケージの製造のための第3の概略的なフローを示す図である。 本実施の形態におけるマイクロ構成部材の組付けの第1の概略的なフローを示す図である。 本実施の形態におけるマイクロ構成部材の組付けの第2の概略的なフローを示す図である。 本実施の形態における充填材料の射出による中空室の充填の第1の概略的なフローを示す図である。 本実施の形態における充填材料の射出による中空室の充填の第2の概略的なフローを示す図である。 本実施の形態における充填材料の射出による中空室の充填の第3の概略的なフローを示す図である。
発明の実施の形態
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して詳しく説明する。
図1には、完成した電子的な構成部材1が示してある。この電子的な構成部材1は、自動車技術に使用するための加速度センサとして形成されていて、本発明の実施の形態に係る製造法により製造されている。このためには、図1において、電子的な構成部材1が、それぞれ異なる方向から見た図で示してある。
電子的な構成部材1は、熱可塑性樹脂から成るパッケージ2を有している。このパッケージ2には、側方に開いた中空室3が形成されている。この中空室3は、シリコーンから成る充填材料4の射出により、この充填材料4で充填されている。パッケージ2内には、このパッケージ2の射出成形により、第1の支持エレメント5が、第2の支持エレメント6に対して平行にかつ間隔を置いて一緒に埋め込まれている。第1の支持エレメント5と第2の支持エレメント6とは、それぞれ金属製であると同時に伝導性である。パッケージ2の中空室3内には、充填材料4によって被覆されると共に第1の支持エレメント5と第2の支持エレメント6とに接触接続されて、マイクロ構成部材7が挿入されている。
パッケージ2の外側の形状は接続成形エレメント8と固定成形エレメント9とを有している。接続成形エレメント8はコネクタ中空室10を有している。このコネクタ中空室10内には、第1の支持エレメント5の第1の接続ピン11と、第2の支持エレメント6の第2の接続ピン12とが延びている。さらに、接続成形エレメント8はパッケージ2の外面に2つの係止突起の形のコネクタ位置固定部材13を有している。接続成形エレメント8は、パッケージ2にコネクタを装着し、ひいては、第1の接続ピン11と第2の接続ピン12とを、たとえばケーブルに接続するために働く。
固定成形エレメント9は、パッケージ2の射出成形により埋め込まれた金属製のブシュ14と、円筒状のピンとして形成された相対回動防止部材15とを有している。ブシュ14の軸線60は相対回動防止部材15の別の軸線61に対して平行であり、これによって、電子的な構成部材1をただ1つのねじまたはボルトによってインタフェースに相対回動不能にねじ締結することができる。
さらに、図1に見ることができるように、電子的な構成部材1のパッケージ2には、空気抜き通路16が形成されている。この空気抜き通路16も同じく充填材料4で充填されている。空気抜き通路16は、充填材料4の射出による中空室3の充填時に有利であるものの、必ずしも必要ではない。
図2には、本発明の実施の形態に係る第1の支持エレメント5が示してある。すでに図1につき示したように、電子的な構成部材1は第1の支持エレメント5と第2の支持エレメント6とを有している。両支持エレメント5,6は電子的な構成部材1内に互いに平行に配置されていて、共にマイクロ構成部材7を接触接続しかつ緊締するために働く。図2および以下の種々の図面では、部分的に第1の支持エレメント5についてしか議論しないことにする。ただし、第1の支持エレメント5と第2の支持エレメント6とが絶対的に同様に形成されており、単に簡単な図示という理由から、数多くの図面に第1の支持エレメント5を示したに過ぎないことに注意しなければならない。
第1の支持エレメント5は、マイクロ構成部材収容部17と、第1の接続範囲21と、第2の接続範囲22と、接続湾曲部23と、第1の接続ピン11とを有している。
マイクロ構成部材収容部17の重要なエレメントは、載置部18、ストッパ19ならびにばねエレメント20である。このばねエレメント20の精密な構成ならびにマイクロ構成部材7を緊締するためのばねエレメント20の機能については、図8〜図11につきより詳しく説明する。載置部18は、組付け時のマイクロ構成部材7のガイドのためだけでなく、ばねエレメント20に対する対抗面としても働く。マイクロ構成部材7は、図8〜図11につき説明するように、ばねエレメント20と載置部18との間に締め込まれる。マイクロ構成部材7をパッケージ2に対しても、ばねエレメント20に対しても正確に位置決めするためには、マイクロ構成部材収容部17がストッパ19を有している。
載置部18は第2の接続範囲22に直接移行している。ばねエレメント20は第1の接続範囲21に結合されている。ばねエレメント20を備えた第1の接続範囲21は、載置部18を備えた第2の接続範囲22に向かい合って位置している。第1の接続範囲21は第2の接続範囲22に片側で接続湾曲部23を介して接続されており、これによって、マイクロ構成部材収容部17がほぼ弓状に形成されている。
第1の接続範囲21と、第2の接続範囲22と、接続湾曲部23とは、パッケージ2の射出成形により取り囲まれる第1の支持エレメント5の取囲み部分を一緒に成している。この取囲み部分は、パッケージ2の射出成形による取囲み時にパッケージ2の材料に直接接触していて、したがって、第1の支持エレメント5とパッケージ2との間の結合部を成している。この結合部をさらに改善するためには、第1の接続範囲21と第2の接続範囲22とに全部で4つの貫通孔24が形成されている。これらの貫通孔24はパッケージ2の材料で充填されている。さらに、接続湾曲部23に第1の接続ピン11が形成されている。
図3には、どのようにして支持エレメント5,6が1つの金属薄板から1回の打抜き加工プロセスで製造されるのかが示してある。この製造形態によって、図3に示した打抜き加工帯材25が形成される。この打抜き加工帯材25は多数の支持エレメント5,6の並列体である。これらの支持エレメント5,6は、それぞれ打抜き除去可能な第1の結合エレメント26と、打抜き除去可能な第2の結合エレメント27とを介して互いに結合されている。打抜き除去可能な両結合エレメント26,27は、それぞれ一方の支持エレメント5,6の第1の接続範囲21から他方の支持エレメント5,6の第2の接続範囲22に延びている。打抜き加工帯材25は、個別化前に1回のフープめっきプロセスにさらされる。
電子的な構成部材1への支持エレメント5,6の使用前には、これらの支持エレメント5,6が個別化されなければならない。このためには、打抜き除去可能な第1の結合エレメント26と打抜き除去可能な第2の結合エレメント27とが、記入した分離線28に沿って打抜き除去される。
さらに、図3に示した打抜き加工帯材25につき、支持エレメント5,6が製造される金属薄板の平面を良好に認めることができる。これによって、金属薄板のこの平面内に第1の支持エレメント5のばねエレメント20が位置していて、ひいては、マイクロ構成部材7を緊締しかつ接触接続するためのばね力を方向Rに加えることができることも明確になる。
図4および図5には、本実施の形態で使用されるようなマイクロ構成部材7が示してある。図4には、マイクロ構成部材7を下方および2つの側方から見た図が示してある。図5には、マイクロ構成部材7が被覆体30を備えずに示してある。
マイクロ構成部材7はプリント配線板29を有している。このプリント配線板29には、マイクロマシニング型のセンサ(MEMS)34と、特定用途向けの回路(ASIC)35と、4つのマイクロチップ(SMD)36とが配置されている。マイクロマシニング型のセンサ34と、特定用途向けの回路35と、マイクロチップ36とは、成形材料の注型により被覆体30で取り囲まれている。プリント配線板29の下面には、第1のコンタクトパッド31と、第2のコンタクトパッド32と、6つのプログラミングパッド33とが形成されている。
マイクロ構成部材7は1つの大きなマトリックスに製造されている。このマトリックスには、多数の同一のマイクロ構成部材7が相並んで装着されていて、被覆されている。次いで、個々のマイクロ構成部材7がソーイングまたはレーザ使用分離によって個別化され、切断されて、正確な直方体が形成されている。
下面に位置するプログラミングパッド33は、マイクロ構成部材7の製造時にもしくは検査時に使用される。電子的な構成部材1の範囲内では、第1のコンタクトパッド31と第2のコンタクトパッド32とが重要となる。第1のコンタクトパッド31は第1の支持エレメント5に接触接続される。第2のコンタクトパッド32は第2の支持エレメント6に接触接続される。したがって、完成した電子的な構成部材1では、第1の接続ピン11が第1のコンタクトパッド31に接続されている。第2の接続ピン12は第2のコンタクトパッド32に接続されている。
図6には、パッケージ2の射出成形により埋め込まれた第1の支持エレメント5と第2の支持エレメント6とを備えたパッケージ2の3種類の断面図が示してある。図6には、どのように中空室3がパッケージ2の材料に対して露出しているのかを良好に認めることができる。また、中空室3の後方の領域をパッケージ2の外面に接続する空気抜き通路16も露出している。コネクタ中空室10内には、第1の接続ピン11と第2の接続ピン12とが延びている。両接続ピン11,12によって、第1のコンタクトパッド31と第2のコンタクトパッド32とを介してマイクロ構成部材7への電気的な接触が可能となる。
図7には、パッケージ2の射出成形により埋め込まれた第1の支持エレメント5および第2の支持エレメント6と、完全に組み付けられたマイクロ構成部材7とを備えているものの、まだ充填材料4の射出による中空室3の充填前のパッケージ2を3つの方向から見た図が示してある。図7には、どのようにマイクロ構成部材7が第1の支持エレメント5と第2の支持エレメント6とに位置しているのかを良好に認めることができる。第1の支持エレメント5および第2の支持エレメント6の内部へのマイクロ構成部材7の正確な位置決めについては、以下の図8〜図11につき一層より正確に説明することにする。図7には、さらに、中空室3が第1の側壁3aと第2の側壁3bとを有していることを認めることができる。第1の側壁3aと第2の側壁3bとはマイクロ構成部材7にほぼ隣接しており、これによって、このマイクロ構成部材7が側方で中空室3によってガイドされ、パッケージ2に比較的正確に位置決めされるようになっている。
図8には、第1の支持エレメント5のマイクロ構成部材収容部17内へのマイクロ構成部材7の組付け形態が概略図で示してある。すでに図7につき明示したように、当然ながら、マイクロ構成部材7は第1の支持エレメント5と第2の支持エレメント6とに同時に組み付けられる。しかし、より簡単な図示のため、図8には、第1の支持エレメント5しか示していない。さらに、図8では、第1の支持エレメント5を取り囲むパッケージ2が省略してある。
図8に示した矢印は組付け方向37を表している。この組付け方向37において、マイクロ構成部材7がマイクロ構成部材収容部17内に押し込まれる。図8に示した完全に組み付けられたマイクロ構成部材7の一点鎖線は、マイクロ構成部材7の終端位置を表している。ばねエレメント20と、マイクロ構成部材7の理論的な終端位置との重畳が記入してある。この重畳はばねエレメント20のばね撓み量を表している。このばね撓み量だけ、ばねエレメント20は変形させられるので、このばねエレメント20が方向Rに沿ってマイクロ構成部材7にばね力を加えることができる。これによって、マイクロ構成部材7がばねエレメント20と載置部18との間に締め込まれると同時に接触接続される。
図9〜図11には、同じく第2の支持エレメント6とパッケージ2とを省略して、第1の支持エレメント5内のもしくはマイクロ構成部材収容部17内のマイクロ構成部材7の最終的な位置が示してある。図9〜図11では、ばねエレメント20が変形させられて示してあり、したがって、方向Rに沿ってマイクロ構成部材7に対してばね力を発生させている。
図9につきより正確に明示したように、ばねエレメント20は、第1の接続範囲21に結合された固定端部38と、第1の湾曲部39と、第2の湾曲部40と、可動端部もしくは自由端部41とを有している。第1の湾曲部39はマイクロ構成部材7と載置部18とに向けられている。さらに、第1の湾曲部39は第2の湾曲部40に直接移行している。この第2の湾曲部40は第1の湾曲部39と逆方向に湾曲させられていて、したがって、第1の接続範囲21に向けられた湾曲部を有している。第2の湾曲部40は一方の側で第1の湾曲部39に結合されているかもしくは移行している。他方の側で第2の湾曲部40はばねエレメント20の自由端部41で終わっている。
図9に示したように、マイクロ構成部材7が組み付けられている場合には、第1の湾曲部39がマイクロ構成部材7に載置されている。これに対して、第2の湾曲部40は上側の接続範囲21に接触している。組み付けられたマイクロ構成部材7の位置がストッパ19と側壁3a,3bの側方のガイドとにより規定されていることによって、第1の湾曲部39が、マイクロ構成部材7の正確に規定された箇所、つまり、第1のコンタクトパッド31に位置している。この正確な位置決めによって、マイクロ構成部材収容部17内へのマイクロ構成部材7の緊締が保証されているだけでなく、第1の支持エレメント5と第1のコンタクトパッド31との正確な接触接続および第2の支持エレメント6と第2のコンタクトパッド32との正確な接触接続も保証されている。このことは、図11に示した平面図に再度明示してある。
以上、どのようにして電子的な構成部材1の支持エレメント5,6を簡単に効率よく製造することができるのかを示した。支持エレメント5,6のばねエレメント20によって、ろう接箇所の使用、特に鉛含有はんだの使用なしのマイクロ構成部材7の緊締ならびに接触接続が可能となる。マイクロ構成部材7の最終的な位置固定と、マイクロ構成部材7の減衰なしの絶縁された支承とは、パッケージ2の製造後に初めて、充填材料4の射出によって実現されている。これによって、充填材料4またはマイクロ構成部材7が損傷されることなく、パッケージ2を従来の高い圧力および温度で製造することが可能となる。これら全ての利点は、本実施の形態により使用されるような本発明に係る射出成形金型42の以下の説明でも再び明らかとなる。
図12〜図14には、本実施の形態により使用されるような本発明に係る射出成形金型42と、この射出成形金型42による本実施の形態に係る製造法のフローとが示してある。
図12に明示してあるように、射出成形金型42は、第1の金型部材43と第2の金型部材44とから成っている。図12に示したような型締めされた状態では、第1の金型部材43に形成された第1の射出成形キャビティ45と、第2の金型部材44に形成された第2の射出成形キャビティ46とが一緒にパッケージ2の逆の形状を形成している。
さらに、第2の金型部材44内には、中空室用スライダ47と、コネクタ中空室用スライダ48と、空気抜き通路中空室用スライダ49とが配置されている。中空室用スライダ47は中空室形状付与エレメント50を有している。この中空室形状付与エレメント50は、パッケージ2の射出成形時に露出させておきたいような中空室3に正確に対応しており、これによって、マイクロ構成部材7の組付けが可能となる。中空室形状付与エレメント50を備えた中空室用スライダ47によって、特にマイクロ構成部材収容部17がばねエレメント20、ストッパ19および載置部18を含めて射出成形工程時にパッケージ2の材料に対して露出していることが可能となる。
コネクタ中空室用スライダ48はコネクタ中空室形状付与エレメント51を有している。このコネクタ中空室形状付与エレメント51の輪郭はコネクタ中空室10に対応していて、第1の接続ピン11と第2の接続ピン12とがパッケージ2の材料に対して露出していることを保証している。空気抜き通路中空室用スライダ49は、のちに充填材料4の射出により中空室3を確実に充填するために必要となる空気抜き通路16を規定している。
固定成形エレメント9は、有利には、下方に位置する第1の金型部材43内に形成されている。以下の図面につき引き続き示すように、この第1の金型部材43は製造プロセス全体にわたってパッケージ2の保持部材または取付け部材として使用される。固定成形エレメント9は、製造の間、パッケージ2と第1の金型部材43との間の形状接続的な結合部材として働く。
さらに、射出成形金型43内へのパッケージ2の材料の射出前にブシュ14が第1の射出成形キャビティ45内に挿入される。
第1の支持エレメント5と、第2の支持エレメント6と、ブシュ14とを挿入して、中空室用スライダ47と、コネクタ中空室用スライダ48と、空気抜き通路中空室用スライダ49とを閉鎖した後、液状の熱可塑性樹脂がゲート52を介して第1の射出成形キャビティ45と第2の射出成形キャビティ46とに射出される。これによって、パッケージ2が形成される。
図13には、パッケージ2の固化後、どのようにして中空室用スライダ47と、コネクタ中空室用スライダ48と、空気抜き通路中空室用スライダ49とがパッケージ2から引き出されるのかが示してある。
次いで、図14によれば、第2の金型部材44全体がパッケージ2から離反させられる。しかし、このパッケージ2は第1の金型部材43の第1の射出成形キャビティ45に位置し続けており、これによって、第1の金型部材43が、後続の製造プロセスにおいて引き続きパッケージ2の保持部材もしくは取付け部材として働く。
図15および図16には、次の方法ステップにおいて、どのようにしてマイクロ構成部材7が組付け方向37に沿ってマイクロ構成部材収容部17内に導入されるのかが示してある。このためには、パッケージ2に対してラム53が降下させられ、これによって、パッケージ2が第1の金型部材43に不動に止められる。次いで、マイクロ構成部材7が組付け方向37に沿って中空室3内に押し込まれる。これによって、マイクロ構成部材7がばねエレメント20によって緊締されると同時に接触接続される。
図16には、完全に位置決めされたマイクロ構成部材7と、後退させられるラム53とが示してある。
図17および図18には、充填材料4の射出による中空室3の充填が示してある。この充填時には、充填材料射出金型54が使用される。この充填材料射出金型54は支持体55を有している。この支持体55内には、射出用スライダ56と空気抜き通路用スライダ59とが配置されている。射出用スライダ56には、射出通路57が加工されている。さらに、射出用スライダ56は、パッケージ2に向けられた密な当付け面58を有しており、これによって、射出通路57が中空室3に密に接続される。
組み付けられたマイクロ構成部材7を備えたパッケージ2は、充填材料4の射出時にも第1の金型部材43に止まっている。この第1の金型部材43に充填材料射出金型54の支持体55が降下させられる。次いで、射出用スライダ56と空気抜き通路用スライダ59とがパッケージ2に当て付けられる。射出通路57を介して、中空室3が充填材料4で充填される。次いで、図18に示したように、射出用スライダ56と空気抜き通路用スライダ59とがパッケージ2から引き戻される。
図19に示した最後の方法ステップでは、充填材料射出金型54全体と第1の金型部材43とが、完成した電子的な構成部材1から取り外される。次いで、この電子的な構成部材1をばり取りすることができ、また、この電子的な構成部材1からゲートを取り除くことができる。
図12〜図19には、どのようにして電子的な構成部材1を射出成形金型42によって有利に製造することができるのかが示してある。外側の部分、つまり、パッケージ2を最初に製造し、次いで、初めて感応性のマイクロ構成部材7を組み付け、最後のステップにおいて、この感応性のマイクロ構成部材7を充填材料4で被覆し、ひいては、パッケージ2内に不動に位置固定することが、どのようにして可能となるのかが明示してある。製造全体の間、パッケージ2は第1の金型部材43に止まっていて、したがって、種々異なる収容部内に置き換えられる必要はない。このためには、第1の金型部材43が、有利には、4つの位置を備えたターンテーブルに位置している。これらの位置は次のように分配されている。第1の位置では、パッケージ2の射出成形が行われ、第2の位置では、マイクロ構成部材7がマイクロ構成部材収容部17内に押し込まれ、第3の位置では、中空室3が充填材料4の射出により充填され、第4の位置では、完成した電子的な構成部材1の取外しならびに射出成形金型42への、次の電子的な構成部材1の製造に用いられる第1の支持エレメント5と、第2の支持エレメント6と、ブシュ14との新たな装着が行われる。
1 電子的な構成部材
2 パッケージ
3 中空室
3a 第1の側壁
3b 第2の側壁
4 充填材料
5 第1の支持エレメント
6 第2の支持エレメント
7 マイクロ構成部材
8 接続成形エレメント
9 固定成形エレメント
10 コネクタ中空室
11 第1の接続ピン
12 第2の接続ピン
13 コネクタ位置固定部材
14 ブシュ
15 相対回動防止部材
16 空気抜き通路
17 マイクロ構成部材収容部
18 載置部
19 ストッパ
20 ばねエレメント
21 第1の接続範囲
22 第2の接続範囲
23 接続湾曲部
24 貫通孔
25 打抜き加工プロセス
26 第1の結合エレメント
27 第2の結合エレメント
28 分離線
29 プリント配線板
30 被覆体
31 第1のコンタクトパッド
32 第2のコンタクトパッド
33 プログラミングパッド
34 マイクロマシニング型のセンサ
35 特定用途向けの回路
36 マイクロチップ
37 組付け方向
38 固定端部
39 第1の湾曲部
40 第2の湾曲部
41 自由端部
42 射出成形金型
43 第1の金型部材
44 第2の金型部材
45 第1の射出成形キャビティ
46 第2の射出成形キャビティ
47 中空室用スライダ
48 コネクタ中空室用スライダ
49 空気抜き通路中空室用スライダ
50 中空室形状付与エレメント
51 コネクタ中空室形状付与エレメント
52 ゲート
53 ラム
54 充填材料射出金型
55 支持体
56 射出用スライダ
57 射出通路
58 当付け面
59 空気抜き通路用スライダ
60 軸線
61 軸線
R 方向

Claims (14)

  1. 電子的な構成部材(1)を製造するための方法において、該方法が、以下の順序で実施されるステップ:すなわち、
    −少なくとも1つのマイクロ構成部材(7)を接触接続するために形成されたマイクロ構成部材収容部(17)を有する少なくとも1つの支持エレメント(5,6)を準備し、
    −該支持エレメント(5,6)をパッケージ(2)の射出成形により該パッケージ(2)で取り囲み、マイクロ構成部材収容部(17)が、パッケージ(2)の少なくとも片側で開いた中空室(3)内に配置されており、
    −該中空室(3)内のマイクロ構成部材収容部(17)内に少なくとも1つのマイクロ構成部材(7)を導入し、これによって、該少なくとも1つのマイクロ構成部材(7)を支持エレメント(5,6)に接触接続し、
    −中空室(3)を充填材料(4)の射出により該充填材料(4)で充填し、これによって、接触接続された少なくとも1つのマイクロ構成部材(7)をパッケージ(2)内にかつマイクロ構成部材収容部(17)内に位置固定する:
    を有していることを特徴とする、電子的な構成部材を製造するための方法。
  2. 電子的な構成部材(1)が、2つの支持エレメント(5,6)を有しており、マイクロ構成部材(7)が、2つのコンタクトパッド(31,32)を有しており、両コンタクトパッド(31,32)をそれぞれ一方の支持エレメント(5,6)のマイクロ構成部材収容部(17)に接触接続し、両支持エレメント(5,6)の両マイクロ構成部材収容部(17)が、中空室(3)内に一緒に配置されている、請求項1記載の方法。
  3. 中空室(3)をマイクロ構成部材(7)よりも大きく形成し、これによって、該マイクロ構成部材(7)を、該マイクロ構成部材(7)と支持エレメント(5,6)および/またはパッケージ(2)との接触箇所を除いて、充填材料(4)によって完全に被覆する、請求項1または2記載の方法。
  4. マイクロ構成部材収容部(17)内へのマイクロ構成部材(7)の導入時に、該マイクロ構成部材(7)をマイクロ構成部材収容部(17)内に緊締する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 前記方法において、第1の射出成形キャビティ(45)を備えた第1の金型部材(43)と、第2の射出成形キャビティ(46)を備えた第2の金型部材(44)と、中空室用スライダ(47)とを有する複数分割式の射出成形金型(42)を使用し、第1の射出成形キャビティ(45)と第2の射出成形キャビティ(46)とが、一緒にパッケージ(2)の外側の形状を規定しており、支持エレメント(5,6)をパッケージ(2)の射出成形により該パッケージ(2)で取り囲む間、中空室(3)を規定するために、中空室用スライダ(47)が、第1の射出成形キャビティ(45)および/または第2の射出成形キャビティ(46)に延びている、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. マイクロ構成部材収容部(17)内へのマイクロ構成部材(7)の導入のために、パッケージ(2)を第1の金型部材(43)に残し、第2の金型部材(44)と中空室用スライダ(47)とをパッケージ(2)から離反させる、請求項5記載の方法。
  7. 中空室(3)を充填材料(4)の射出により該充填材料(4)で充填するために、パッケージ(2)を第1の金型部材(43)に残し、充填材料(4)を中空室(3)内に射出用スライダ(56)を介して射出する、請求項5または6記載の方法。
  8. 第1の射出成形キャビティ(45)が、パッケージ(2)の固定成形エレメント(9)を規定している、請求項5から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 第2の金型部材(44)が、コネクタ中空室用スライダ(48)を有しており、支持エレメント(5,6)をパッケージ(2)の射出成形により該パッケージ(2)で取り囲む間、コネクタ中空室用スライダ(48)が、支持エレメント(5,6)の接続ピン(11,12)を取り囲むコネクタ中空室(10)を規定している、請求項5から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 射出成形金型(42)において、該射出成形金型(42)が、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法を実施するために形成されていることを特徴とする、射出成形金型。
  11. 請求項1から9までのいずれか1項記載の方法により電子的な構成部材(1)を製造するために形成された支持エレメント(5,6)において、該支持エレメント(5,6)が、
    −マイクロ構成部材(7)を接触接続するために形成されたばねエレメント(20)を備えたマイクロ構成部材収容部(17)を有しており、
    −パッケージ(2)の射出成形により該パッケージ(2)で直接的に取り囲むために形成された取囲み部分を有しており、これによって、支持エレメント(5,6)が、パッケージ(2)内に位置固定されており、
    −パッケージ(2)と充填材料(4)とに対して露出させるために形成された接続ピン(11,12)を有していることを特徴とする、支持エレメント。
  12. 支持エレメント(5,6)が、金属薄板から打抜き加工されており、ばねエレメント(20)が、マイクロ構成部材(7)を前記金属薄板の平面に対して平行な方向(R)に押圧するように形成されている、請求項11記載の支持エレメント。
  13. マイクロ構成部材収容部(17)が、マイクロ構成部材(7)を正確に位置決めするために、ストッパ(19)を有している、請求項11または12記載の支持エレメント。
  14. 自動車に使用するためのセンサにおいて、該センサが、特に請求項10記載の射出成形金型と、特に請求項11から13までのいずれか1項記載の支持エレメント(5,6)とを用いて、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法により製造された電子的な構成部材(1)を有しており、マイクロ構成部材(7)が、マイクロマシニング型のセンサ(34)を有していることを特徴とする、自動車に使用するためのセンサ。
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