WO2007137742A1 - Verfahren zum herstellen einer elektronischen baueinheit, zugehörige baueinheit und baugruppe mit mindestens einer solchen baueinheit - Google Patents

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Daniel Benz
Wolfgang Eberhardt
Uli Kessler
Heinz KÜCK
Daniel Warkentin
Sascha Weser
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    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3025—Electromagnetic shielding

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electronic component, in which at least one contact surfaces exhibiting electronic or electromechanical component, preferably a semiconductor chip or chip with a one or more in the semiconductor chip integrated electronic components having microelectronic circuit is embedded in a plastic material, and a associated electronic assembly and an assembly with at least one such electronic assembly.
  • the contact carrier has metallically conductive connecting pins which protrude from the cover and by means of which the component can be electrically contacted from outside the electronic assembly formed in this way.
  • the contact carrier is formed depending on the respective housing shape.
  • a contact carrier is used for the so-called DIL housing (Dual-InLine), which has connection legs on both sides of the chip.
  • the contact surfaces of the chip are connected before closing the housing via micro wires to the terminal pins of the contact carrier.
  • Alternative connection methods are the so-called TAB (Tape Automatic Bonding) or flip-chip technology, in which conductive bumps or bumps are applied to the contact surfaces of the chip, which are then electrically connected to the connection pins of the housing.
  • the shape of the contact carrier determines the shape of the electronic assembly, which, in particular in the further use of the electronic assembly, for example when used on a printed circuit board, leads to restrictions with regard to the shaping of the assembly formed thereby.
  • connecting surfaces must be provided at the corresponding points, the shape and spacing of which is essentially determined by the design of the contact carrier used.
  • WO 01/37338 A2 a method for integrating a chip within a printed circuit board is known.
  • This is a lamination technique in which a chip is embedded within a printed circuit board by thinning the chip on the back side, applying it to a printed circuit board bottom layer, enveloping it with a further printed circuit board bottom layer in which recesses are created which extend to a conductor structure the PCB bottom layer and pads of the chip extend.
  • a Contacting is effected by a Needlesungsleiter Modell which extends to the terminal surface of the chip and the conductor pattern of the circuit board bottom layer. For multilayer three-dimensional structures, the process is repeated in layers.
  • the invention has for its object to provide a method for producing an electronic assembly and an associated assembly and an assembly with at least one such assembly, which overcome the disadvantages of the prior art.
  • the electrical or electromechanical component may, for example, be a so-called micro-electro-mechanical system (MEMS), ie a component which has, for example, mechanical, optical, magnetic and / or electrical or electronic components and a preferably common one Substrate integrated, for example, on a silicon substrate, as it is used for the production of microelectronic circuits.
  • MEMS micro-electro-mechanical system
  • the electronic component in the manufacturing process, the electronic component is encapsulated to form a the electronic component in the manner of a liner or insert receiving carrier body with the plastic material. It is dispensed with a contact carrier, but the component is molded directly from the plastic material.
  • so-called nude chips can be constructed into an electronic component without these nude chips having to be mounted on a carrier body.
  • openings are provided in the carrier body, which are either already formed during encapsulation of the device, for example by the associated injection mold are formed according to the corresponding locations and provides placeholder.
  • openings for contacting the component and / or further openings can be introduced from a front side onto an opposite rear side of the carrier body, following encapsulation of the component in the carrier body.
  • the encapsulation is preferably carried out by injection molding, for example, by the plastic material softens plastically under heat and flows under pressure through a nozzle into the cavity of a previously closed tool.
  • injection molding for example, by the plastic material softens plastically under heat and flows under pressure through a nozzle into the cavity of a previously closed tool.
  • transfer molding in which the injection molding material softens plastically under heat and under the pressure of a punch is pressed through one or more channels in the cavity of a previously closed tool.
  • thermoplastics such as, for example, polystyrene (PS), polyamide (PA), polyurethane (PU), are used as the injection-molding compound.
  • PE Polyethylene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • LCP liquid crystalline polymers
  • PBT polybutylene terephthalate
  • sPS syndiotactic polystyrene
  • I ester poly methacrylic I ester
  • duroplastics or vulcanizing elastomers of rubber or silicone rubber as injection molding compound, as well as foamed plastics or mixtures of the abovementioned plastics.
  • a reaction injection molding process RIM, Reaction Injection Molding
  • unfilled or filled plastic materials can be used. It is also possible, for example, to use an electrically insulating but thermally highly conductive filler, for example alumina in powder form, in order to prevent the
  • the inventive method can basically be used for all types of electronic components, such as for example for the encapsulation of resistors, capacitors, coils, sensors, actuators and the like. Particularly advantageous is the use of semiconductor chips or chips, which in use in a larger network or are produced on a common substrate and separated after completion of the semiconductor technology manufacturing steps by separating or sawing cuts.
  • the nude chips constructed by the method according to the invention into an electronic assembly are not subject to any restrictions with regard to their geometric shape or their thickness.
  • the electronic component On at least one of its surfaces, the electronic component has at least one, preferably two or more contact surfaces, by means of which the component is electrically contactable.
  • the contact surfaces of the electronic components have a thickness of the metallic layer of more than 0.5 .mu.m, preferably more than 1 .mu.m and in particular about 5 .mu.m. But it is also possible to thicken a relatively thin contact layer subsequent to the encapsulation by a metallization.
  • the carrier body is also metallized, in particular the inner sides of the openings assigned to the contact surfaces of the electronic component are metallized, for example in order to be able to contact the contact surfaces of the electronic component on an outer side of the carrier body.
  • conductor tracks can also be applied to at least one outer side of the carrier body, for example to electrically connect the contact surfaces of the electronic component with one another, with further components arranged on the carrier body or with components outside the electronic component.
  • the metallization of the openings to the contact surfaces of the device takes place simultaneously with the metallization of the surface of the carrier body.
  • the metallization can take place unstructured, in particular over the entire surface, for example by vapor deposition, sputtering (PVD, physical vapor deposition), vapor deposition (CVD, chemical vapor deposition), plasma enhanced chemical vapor deposition (PEPVD) or electroless or galvanic deposition Coating from a suspension or solution.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • PEPVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • electroless or galvanic deposition Coating from a suspension or solution.
  • a thus produced, for example, relatively thin unstructured starting layer can subsequently be patterned, for example by laser ablation methods, by mechanical structuring or by photolithographic methods with subsequent etching technique.
  • the structured printed conductor structure produced in this way can then be reinforced with regard to the layer thickness of the printed conductors, for example by selective deposition, for example by electroless or galvanic coating.
  • the metallization can also be structured.
  • a material is used for the encapsulation, which can be activated by supplying energy in such a way that a metallization structure can be predetermined by the activated regions.
  • thermoplastics or thermosets can be used.
  • a coating of the thus activated structures can take place, for example by an electroless coating.
  • the respective installation location for the electronic assembly can be taken into account, for example by also suitable mechanical structures are integrally formed by the carrier body produced by encapsulation, which facilitate mechanical fixing and / or electrical contacting of the device.
  • the carrier body forms contact organ carrier, which can be used for an electrical connection of the electronic assembly.
  • These contact organ carriers can be metallized, for example, and thereby be connected to the conductor track structure present on the carrier body, and / or mounting structures for fixing terminals, plug pins, sockets or the like to the carrier body can be provided.
  • further components can be arranged on the carrier body, which are at least partially electrically connected to the electronic component integrated in the carrier body, thereby forming a complete assembly.
  • the carrier body can form mechanical structures, which can also be designed such that they form a positive connection with the other components, so that their assembly and contacting on the carrier body is simplified.
  • the carrier body can have recesses into which SMD (surface mounted devices) can be inserted, which are then electrically connected to the conductor track structures on the carrier body.
  • the carrier body may also have mechanical structures, the mating or stacking of several units or Allow assemblies on top of each other and / or side by side, thereby easily construct complete assembly systems and electrically connect the individual modules together.
  • FIGS. 2 to 6 show cross sections through an electronic component according to the invention in various stages of the manufacturing method
  • Fig. 7 shows a plan view of an inventively prepared
  • FIG. 8 shows a cross section through an assembly with an electronic component according to the invention
  • FIG. 9 shows a plan view of the assembly of FIG. 8, FIG.
  • Fig. 10 shows a cross section through a further embodiment of an assembly
  • Fig. 1 1 shows a cross section through a further embodiment of an assembly
  • Fig. 12 shows a cross section through a stack passing through
  • Fig. 13 shows a cross section through a system in which several
  • FIG. 1 shows a cross section through an electronic component 12, in the illustrated embodiment, a semiconductor chip or chip having a plurality of contact surfaces 14 on a flat and preferably rectangular top, by means of which the electronic components integrated in the chip can be electrically contacted.
  • the component 12 is simplified in this and the following figures, in particular, neither the semiconductor structures within the device 12 are shown nor present on the surface insulation and conductor layers.
  • FIGS. 2 to 6 show cross sections through an electronic assembly 10 according to the invention in various stages of the manufacturing process.
  • the component 12 is completely encapsulated by a thermoplastic or thermosetting plastic to form a carrier body 16 accommodating the component 12 in the manner of an insert or insert.
  • the component 12 is completely enclosed by the carrier body 16.
  • the carrier body 16 itself has a substantially plate-shaped configuration and has rectangular or trapezoidal ribs 18 near or at its edge in cross-section, which permit mechanical and / or electrical installation of the assembly 10 in a superordinated assembly 100 or in a system 200 (FIG. 13) ).
  • the height of the ribs 18 relative to the adjoining surface of the carrier body 16 can be selected so that the structures applied to the carrier body 16, such as conductor tracks 28 (FIG. 4) or further components (34), are surmounted; In particular, when the ribs 18 also serve to stiffen the carrier body 16, the height of the ribs 18 corresponds approximately to the thickness of the carrier body 16.
  • the support body 16 may also have a deviating from the plate shape, in particular, the support body 16 may have almost arbitrarily complex shapes, and thus be adapted in terms of its external shape, for example, optimally to the particular application and in particular installation.
  • the outer shape can fulfill mechanical functions, for example a form or adhesion with an associated holding or mounting device, and / or electrical or optical functions, for example, with respect to the electrical contact or optical coupling or interruption.
  • the ribs 18 may also be arranged at other positions, for example, distributed in the middle or according to a predetermined pattern over the surface of the support body 16.
  • the ribs 18 may also be shaped in the form of a bump or with other geometries.
  • openings 20 are introduced whose position is assigned to the contact surfaces 14 and via which the contact surfaces 14 can be electrically contacted from outside the unit 10. 3, the openings 20 form a kind of microvia with respect to the contact surfaces 14.
  • further openings 24 can be formed in the carrier body 16, which in the manner of through-openings form the first surface 22 of the carrier body 16 with the opposite second surface 26 connect.
  • the Openings 20 and the further openings 24 can be made by laser ablation or laser drilling.
  • the openings 20 and / or the further openings 24 can also already be produced during encapsulation of the component 12, for example by the associated injection mold having punches or other placeholders at the associated positions.
  • the metallization and the concomitant contacting of the component 12 can be achieved either by a so-called fully-additive
  • Metallization process for example, by a selective metallization, or by a semi-additive or subtractive process, for example, by a first unstructured metallization followed by structuring.
  • FIG. 4 shows a cross-section of the assembly 10 after-starting from the state shown in FIG. 3 -a selective metallization has been applied to the carrier body 16.
  • an activatable, in particular laser-activatable thermoplastic or duroplastic plastic material was used for example for encapsulating the component 12.
  • a suitable plastic material can be used, for example, a crystallization germs exhibiting thermoplastic or thermosetting plastic.
  • all conductive structures to be formed such as Tracks or cables activated.
  • a laser beam is guided along the surfaces to be activated.
  • the openings 20 and the other openings 24 and the other activated areas were fully additive coated without external power. It comes not only to a contact of the contact surfaces 14 of the device 12, as is apparent in particular from the enlarged section in the right half of FIG. 4, but also for forming conductor tracks 28 on both surfaces 22, 26 of the carrier body 16, and to metallize the further openings 24, so that the two surfaces 22, 26 are also electrically connected to one another.
  • the ribs 18 are preferably metallized over the entire surface, so that by the plane-parallel surface of the ribs 18, an electrical contacting of the assembly 10 and in particular of the device 12 is possible, and / or shielding of the device 12 against electrical noise.
  • FIG. 5 shows a cross section through an assembly 10, in which - starting from the state shown in FIG. 3 - the entire surface of the carrier body 16 is coated in a conductive manner.
  • the contact surfaces 14 of the device 12 are electrically contacted, as well as on the other openings 24, a through-contact of the carrier body 16 is carried out.
  • the (optionally plasma-enhanced) deposition from the gas phase (CVD, PECVD), vapor deposition, sputtering (PVD), or a chemical, electroless or galvanic coating can be used as coating method.
  • the whole-area metallization 30 then has to be patterned, in which case suitable structuring methods are used can.
  • a relatively thin whole-area metallization 30 having a layer thickness of fractions of a micrometer or a few micrometers can be provided, which can then be structured, for example, by laser ablation methods.
  • laser ablation instead of the laser ablation, other suitable
  • Structuring be provided, including a mechanical, chip-based structuring or photolithographic process.
  • Another possibility for producing the printed conductors consists of a two-component injection molding process. In this process, two different plastics are injected into one another in a two-stage spraying process so that the conductor pattern of the two components is formed on the surface. If a chemically readily metallizable and a non-or not well metallisierbarer plastic used, the chemical metal deposition directly generates the desired interconnect structure.
  • FIG. 6 shows the result of the structuring and, to that extent, corresponds to the cross section illustrated in FIG. 4. Subsequently, the thickness of the now structured thin metallization layer can be increased, for example by a corresponding selective deposition from the gas phase or by electroless, chemical or galvanic
  • conductor tracks 28 are again formed, which are current-carrying in the required manner.
  • FIG. 7 shows a plan view of a constructional unit 10 produced according to the invention, wherein for reasons of representability a magnifying scale has been selected compared with FIGS. 1 to 6 and the arrangement of the contact surfaces 14 and the associated connection surfaces 32 formed on the carrier body 16 does not coincide with FIG Representation of the unit 10 in Figures 2 to 6 coincides.
  • the assembly 10 can with large In particular, not only simple geometric bodies such as plates or rods can be formed, but it can be formed due to the injection molding technique complex geometrical body, which may also have undercuts, by means of which the assembly 10 mechanically and / or electrically with others Building units 10 can be connected.
  • FIG. 8 shows a cross section through an assembly 100 with an electronic component 10 according to the invention.
  • the assembly 100 is formed by a further component on at least one surface of the carrier body 16, in the embodiment shown on both surfaces 22, 26 of the carrier body 16 34 is arranged and at least partially electrically connected to the electronic component 12.
  • the further components 34 may be, for example, SMD (Surface Mounted Devices), which are electrically contacted via the conductor tracks 28 running on the surface.
  • FIG. 9 shows a plan view of the assembly 100 of FIG. 8.
  • the further component 34 is connected to the contact surface 14 of the component 12 by the conductor track 28.
  • the opposite electrode of the further component 34 is connected both to the plated-through hole 36 and to the metallization 38 of the surface 18 of the rib 18 which is plane-parallel to the first surface 22 of the carrier body 16.
  • the further components 34 in the right-hand half of FIG. 9 are provided with further contact surfaces 14 of the component 12 or with the metallization 38 of the further rib 18 connected.
  • FIG. 10 shows a cross section through a further embodiment of an assembly 100, wherein in this embodiment, on the side facing away from the support body 16, preferably planar surface of the rib 18 contact members are provided, in particular in the form of contact pins 40 on the one hand and associated contact sockets 42 on the other.
  • form the ribs 18 contact organ holder, for example, bores for the contact pins 40 and receiving openings for the contact sockets 42.
  • the contact sockets 42 and / or contact pins 40 can also be produced directly by injection molding and subsequent metallization, for example using the Molded Interconnect Device (MID) method.
  • MID Molded Interconnect Device
  • FIG. 11 shows a cross section through a further exemplary embodiment of an assembly 100.
  • an opening extending up to the component 12 is provided on the opposite surface 26 of the carrier body 16, into which a heat sink 44 is inserted, for example by gluing or can already be determined by encapsulation on the support body 16. In this way, a cooling of the device 12 is ensured.
  • Fig. 12 shows a cross-section through a stack formed by the juxtaposition of two assemblies 100, 100A.
  • the pins 40 of the assembly 100 are mated with the contact sockets 42 of the assembly 100A.
  • the contact pins 40 of the assembly 100A are mated with the contact sockets 42 of the assembly 100. Due to the great diversity of shapes for the carrier body 16 to be produced, it is readily possible, in the manner of a modular system, to mechanically and electrically connect a large number of modular units 10 or assemblies 100 according to the invention. Notwithstanding the illustration in FIG. 12, it would also be possible, for example, to assemble the contact pins 40 of the assembly 100A with contact sockets 42 of a third assembly. In this way, identical or differently constructed or wired assemblies can be combined or cascaded together.
  • the juxtaposition can be done one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional.
  • FIG. 13 shows a cross-section through a system 200 in which a plurality of subassemblies 100 are stacked on top of one another, wherein the connection in the illustrated embodiment does not take place via releasable plug contact elements but, for example, by soldering, microwelding, conductive bonding, including isotropic conductive bonding and / or anisotropic Conductive bonding, or cold pressure welding.
  • at least one electronic component 12 is arranged in each assembly 100.
  • one or more subassemblies 100 may also have conductor tracks only and thereby serve as inter-wiring layers. It is also possible to mount the assemblies on printed circuit boards, flexible printed circuit boards or other circuit boards and contact.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit (10), bei dem mindestens ein Kontaktflächen (14) aufweisendes elektronisches oder elektromechanisches Bauelement (12), vorzugsweise ein Halbleiterplättchen oder Chip mit einer ein oder mehrere in dem Halbleiterplättchen integrierte elektronische Bauelemente aufweisenden mikroelektronischen Schaltung, in ein Kunststoffmaterial eingebettet wird, wobei das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) kontaktträgerlos unter Bildung eines das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) in der Art eines Einlagestücks oder Inserts aufnehmenden Trägerkörpers (16) mit dem Kunststoffmaterial umspritzt wird, und wobei mindestens eine den Kontaktflächen (14) des elektronischen oder elektromechanischen Bauelements (12) zugeordnete Öffnung (20) in dem Trägerkörper (16) vorgesehen wird, über welche das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) von außerhalb des Trägerkörpers (16) elektrisch kontaktierbar ist, sowie eine Baueinheit (10) mit einem Kuststoffmaterial eingebetteten Bauelement und eine Baugruppe (100) mit mindestens einer solchen Baueinheit (10).

Description

Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e. V., Allmandring 9b, 70569 Stuttgart
Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit, zugehörige Baueinheit und Baugruppe mit mindestens einer solchen Baueinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit, bei dem mindestens ein Kontaktflächen aufweisendes elektronisches oder elektromechanisches Bauelement, vorzugsweise ein Halbleiterplättchen oder Chip mit einer ein oder mehrere in dem Halbleiterplättchen integrierte elektronische Bauelemente aufweisenden mikroelektronischen Schaltung, in ein Kunststoffmaterial eingebettet wird, sowie eine zugehörige elektronische Baueinheit und eine Baugruppe mit mindestens einer solchen elektronischen Baueinheit.
Üblicherweise werden elektronische Bauelemente oder Chips im Rahmen der Aufbau- und Verbindungstechnik auf einen Kontaktträger oder auf ein Chipgehäuse aufgebracht und anschließend mit einer elektrisch isolierenden und in der Regel das Bauelement hermetisch verschließenden Abdeckung verschlossen. Der Kontaktträger weist metallisch leitfähige Anschlussbeinchen auf, die aus der Abdeckung herausragen und mittels denen das Bauelement von außerhalb der so gebildeten elektronischen Baueinheit elektrisch kontaktiert werden kann. Der Kontaktträger ist abhängig von der jeweiligen Gehäuseform ausgebildet. Beispielsweise wird für das so genannte DIL-Gehäuse (Dual-InLine) ein Kontaktträger verwendet, der zu beiden Seiten des Chips Anschlussbeinchen aufweist. Die Kontaktflächen des Chips werden vor dem Verschließen des Gehäuses über Mikrodrähte mit den Anschlussbeinchen des Kontaktträgers verbunden. Alternative Verbindungsverfahren sind das so genannte TAB (Tape-Automatic-Bonding) oder die Flipchip-Technik, bei denen auf den Kontaktflächen des Chips leitfähige Höcker oder Bumps aufgebracht werden, die anschließend mit den Anschlussbeinchen des Gehäuses elektrisch verbunden werden.
Die Form des Kontaktträgers bestimmt die Form der elektronischen Baueinheit, was insbesondere bei der Weiterverwendung der elektronischen Baueinheit, beispielsweise bei dem Einsatz auf einer Leiterplatte, zu Einschränkungen hinsichtlich der Formgestaltung der dadurch gebildeten Baugruppe führt. Insbesondere müssen auf der Leiterplatte, auf der die hergestellte elektronische Baueinheit angeordnet werden soll, an den entsprechenden Stellen Anschlussflächen vorgesehen sein, deren Form und Abstand wesentlich von der Ausgestaltung des verwendeten Kontaktträgers bestimmt ist.
Aus der WO 01/37338 A2 ist ein Verfahren zum Integrieren eines Chips innerhalb einer Leiterplatte bekannt. Dabei handelt es sich um eine Laminiertechnik, bei welcher ein Chip innerhalb einer Leiterplatte eingebettet wird, indem der Chip rückseitig gedünnt wird, auf einer Leiterplattenbodenschicht aufgebracht wird, von einer weiteren Leiterplattenbodenschicht umhüllt wird, in der Ausnehmungen erzeugt werden, welche sich bis zu einer Leiterstruktur der Leiterplattenbodenschicht und Anschlussflächen des Chips erstrecken. Eine Kontaktierung erfolgt durch eine Kontaktierungsleiterstruktur, die sich bis zu der Anschlussfläche des Chips und der Leiterstruktur der Leiterplattenbodenschicht erstreckt. Für mehrschichtige dreidimensionale Strukturen wird das Verfahren lagenweise wiederholt.
Alle bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass sowohl das Packaging des Chips als auch dessen elektrische Kontaktier.ung fertigungstechnisch aufwendig ist und darüber hinaus die Formfreiheit bei der Gestaltung der durch das Packaging des Chips gebildeten Baueinheit eingeschränkt ist. Zudem muss das Layout einer Baugruppe, in der die Baueinheit eingesetzt werden soll, an den Kontaktträger angepasst sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit sowie eine zugehörige Baueinheit und eine Baugruppe mit mindestens einer solchen Baueinheit bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden.
Diese Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Verfahren sowie durch die in den nebengeordneten Ansprüchen bestimmte Baueinheit und Baugruppe gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
Bei dem elektrischen oder elektromechanischen Bauelement kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS) handeln, d.h. um ein Bauelement, das beispielsweise mechanische, optische, magnetische und/oder elektrische oder elektronische Komponenten aufweist und auf einem vorzugsweise gemeinsamen Substrat integriert, beispielsweise auf einem Siliziumsubstrat, wie es für die Herstellung von mikroelektronischen Schaltkreisen verwendet wird. In einer Ausführungsart der Erfindung wird bei dem Herstell verfahren das elektronische Bauelement unter Bildung eines das elektronische Bauelement in der Art eines Einlagestücks oder Inserts aufnehmenden Trägerkörpers mit dem Kunststoffmaterial umspritzt. Dabei wird auf einen Kontaktträger verzichtet, sondern das Bauelement wird unmittelbar von dem Kunststoffmaterial umspritzt. Dadurch können beispielsweise so genannte Nacktchips zu einer elektronischen Baueinheit aufgebaut werden, ohne dass diese Nacktchips auf einen Trägerkörper aufgebaut werden müssen.
Zur Kontaktierung der Kontaktflächen des elektronischen Bauelements oder Chips sind in dem Trägerkörper Öffnungen vorgesehen, die entweder bereits beim Umspritzen des Bauelements gebildet werden, beispielsweise indem die zugehörige Spritzform an den zugehörigen Stellen entsprechend ausgebildet sind und Platzhalter vorsieht. Alternativ oder ergänzend können Öffnungen für eine Kontaktierung des Bauelements und/oder weitere Öffnungen, beispielsweise auch Durchkontaktierungen von einer Vorderseite auf eine gegenüberliegende Rückseite des Trägerkörpers, anschließend an das Umspritzen des Bauelements in den Trägerkörper eingebracht werden.
Das Umspritzen erfolgt vorzugsweise durch Spritzgießen, beispielsweise indem die Spritzgussmasse unter Wärmeeinwirkung plastisch erweicht und unter Druck durch eine Düse in den Hohlraum eines zuvor geschlossenen Werkzeuges einfließt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, ein Spritzpressen einzusetzen, bei dem die Spritzgussmasse unter Wärmeeinwirkung plastisch erweicht und unter dem Druck eines Stempels durch einen oder mehrere Kanäle in den Hohlraum eines zuvor geschlossenen Werkzeuges gepresst wird.
In einer Ausführungsart werden als Spritzgussmasse Thermoplaste wie beispielsweise Polystyrol (PS), Polyamid (PA), Polyurethan (PU),
Polyethylen (PE), Polyphenylensulfid (PPS), flüssigkristalline Polymere (LCP), Polybutylenterephthalat (PBT), syndiotaktisches Polystyrol (sPS) oder PoIy methacry I säureester eingesetzt. Es können auch Duroplaste oder vulkanisierende Elastomere aus Kautschuk oder Silikonkautschuk als Spritzgussmasse eingesetzt werden, ebenso wie Schaumkunststoffe oder Mischungen der oben genannten Kunststoffe. Beispielsweise ist neben einem Ein-, Zwei- oder Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren auch ein Reaktions-Spritzgussverfahren (RIM, Reaction Injection Moulding) anwendbar, bei dem als Kunststoffwerkstoff insbesondere Polyurethan eingesetzt werden kann.
Für das Umspritzen können ungefüllte oder gefüllte Kunststoffwerkstoffe eingesetzt werden. Es ist beispielsweise auch möglich, einen elektrisch isolierenden aber thermisch gut leitfähigen Füllstoff zu verwenden, beispielsweise Aluminiumoxid in Pulverform, um dadurch die
Wärmeableitung in dem Trägerkörper zu verbessern und/oder für eine homogene Temperaturverteilung in dem Trägerkörper und damit auch in dem umspritzten Bauelement zu sorgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich für alle Arten von elektronischen Bauelementen eingesetzt werden, wie beispielsweise auch für das Umspritzen von Widerständen, Kondensatoren, Spulen, Sensoren, Aktoren und dergleichen. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz bei Halbleiterplättchen oder Chips, die im Nutzen in einem größeren Verbund oder auf einem gemeinsamen Substrat hergestellt werden und nach Abschluss der halbleitertechnologischen Herstellschritte durch Trenn- oder Sägeschnitte vereinzelt werden. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einer elektronischen Baueinheit aufgebauten Nacktchips unterliegen keinen Beschränkungen hinsichtlich ihrer geometrischen Form oder ihrer Dicke.
Auf mindestens einer seiner Oberflächen weist das elektronische Bauelement mindestens eine, vorzugsweise zwei oder mehrere Kontaktflächen auf, mittels der das Bauelement elektrisch kontaktierbar ist. In einer Ausführungsart weisen die Kontaktflächen der elektronischen Bauelemente eine Dicke der metallischen Schicht von mehr als 0,5 μm auf, vorzugsweise mehr als 1 μm und insbesondere etwa 5 μm. Es ist aber auch möglich, eine verhältnismäßig dünne Kontaktschicht anschließend an das Umspritzen durch eine Metallisierung zu verdicken.
Nach dem Umspritzen wird außerdem der Trägerkörper metallisiert, insbesondere werden die Innenseiten der den Kontaktflächen des elektronischen Bauelements zugeordneten Öffnungen metallisiert, beispielsweise um die Kontaktflächen des elektronischen Bauelements auf einer Außenseite des Trägerkörpers kontaktieren zu können. Außerdem können auf mindestens einer Außenseite des Trägerkörpers auch Leiterbahnen aufgebracht werden, beispielsweise um die Kontaktflächen des elektronischen Bauelements miteinander, mit weiteren auf dem Trägerkörper angeordneten Bauelementen oder mit Bauelementen außerhalb der elektronischen Baueinheit elektrisch zu verbinden. In einer Ausführungsart erfolgt die Metallisierung der Öffnungen zu den Kontaktflächen des Bauelements gleichzeitig mit der Metallisierung der Oberfläche des Trägerkörpers. Die Metallisierung kann unstrukturiert, insbesondere ganzflächig erfolgen, beispielsweise durch Bedampfen, Kathodenzerstäubung (PVD, physical vapour deposition), Abscheiden aus der Gasphase (CVD, chemical vapour deposition), plasmaunterstütztes Abscheiden (PEPVD, plasma enhanced chemical vapour deposition) oder durch außenstromloses oder galvanisches Beschichten aus einer Suspension oder Lösung. Eine so hergestellte, beispielsweise verhältnismäßig dünne unstrukturierte Startschicht kann anschließend strukturiert werden, beispielsweise durch laserablative Verfahren, durch mechanisches Strukturieren oder durch photolithographische Verfahren mit anschließender Ätztechnik. Die so hergestellte strukturierte Leiterbahnstruktur kann anschließend bei Bedarf noch hinsichtlich der Schichtdicke der Leiterbahnen verstärkt werden, beispielsweise durch eine selektive Abscheidung, etwa durch außenstromloses oder galvanisches Beschichten.
Alternativ oder ergänzend kann die Metallisierung auch strukturiert erfolgen. Hierzu wird für das Umspritzen beispielsweise ein Werkstoff eingesetzt, der durch Energiezufuhr dahingehend aktivierbar ist, dass durch die aktivierten Bereiche eine Metallisierungsstruktur vorgebbar ist. Hierzu können insbesondere laseraktivierbare Thermoplaste oder Duroplaste eingesetzt werden. Gleichzeitig mit der Herstellung der Öffnungen zu den Kontaktflächen und/oder eventueller weiterer Öffnungen für Durchkontaktierungen können deren Innenwände und sämtliche leitfähig auszubildenden Strukturen mit einem Laser aktiviert werden. Anschließend kann eine Beschichtung der so aktivierten Strukturen erfolgen, beispielsweise durch eine außenstromlose Beschichtung. Durch das Packaging des elektronischen Bauelements durch Umspritzen ist eine nahezu beliebige Formfreiheit möglich. Dadurch kann beispielsweise dem jeweiligen Einbauort für die elektronische Baueinheit Rechnung getragen werden, beispielsweise indem auch geeignete mechanische Strukturen einstückig von dem durch Umspritzen hergestellten Trägerkörper ausgebildet werden, die eine mechanische Festlegung und/oder elektrische Kontaktierung des Bauelements erleichtern. Außerdem ist es möglich, dass der Trägerkörper Kontaktorganträger ausbildet, die für einen elektrischen Anschluss der elektronischen Baueinheit verwendet werden können. Diese Kontaktorganträger können beispielsweise metallisiert werden und dadurch mit der auf dem Trägerkörper vorhandenen Leiterbahnstruktur verbunden werden, und/oder es können Montagestrukturen für das Festlegen von Anschlussklemmen, Steckerstiften, Steckbuchsen oder dergleichen an dem Trägerkörper vorgesehen werden.
In einer Ausführungsart können an dem Trägerkörper weitere Bauelemente angeordnet werden, die mindestens teilweise mit dem in dem Trägerkörper integrierten elektronischen Bauelement elektrisch verbunden sind und dadurch eine komplette Baugruppe gebildet werden. Hierzu kann der Trägerkörper mechanische Strukturen ausbilden, die auch so ausgestaltet sein können, dass sie einen Formschluss mit den weiteren Bauelementen bilden, sodass deren Montage und Kontaktierung auf dem Trägerkörper vereinfacht ist. Beispielsweise kann der Trägerkörper Vertiefungen aufweisen, in welche SMD (surface mounted devices) eingesetzt werden können, die anschließend mit den Leiterbahnstrukturen auf dem Trägerkörper elektrisch verbunden werden.
Der Trägerkörper kann außerdem mechanische Strukturen aufweisen, die ein Zusammenstecken oder Stapeln mehrerer Baueinheiten oder Baugruppen übereinander und/oder nebeneinander ermöglichen, um dadurch auf einfache Weise komplette Baugruppensysteme aufzubauen und die einzelnen Baugruppen miteinander elektrisch zu verbinden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein elektronisches Bauelement, Fig. 2 bis 6 zeigen Querschnitte durch eine erfindungsgemäße elektronische Baueinheit in verschiedenen Stadien des Herstell Verfahrens,
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß hergestellte
Baueinheit, Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine Baugruppe mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Baueinheit, Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf die Baugruppe der Fig. 8,
Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe, Fig. 1 1 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe, Fig. 12 zeigt einen Querschnitt durch einen Stapel, der durch
Aufeinanderstecken von zwei Baugruppen gebildet ist, und Fig. 13 zeigt einen Querschnitt durch ein System, bei dem mehrere
Baugruppen übereinander gestapelt sind. Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein elektronisches Bauelement 12, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Halbleiterplättchen oder Chip, das auf einer flachen und vorzugsweise rechteckigen Oberseite mehrere Kontaktflächen 14 aufweist, mittels denen die in dem Chip integrierten elektronischen Bauelemente elektrisch kontaktiert werden können. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in dieser und den nachfolgenden Figuren das Bauelement 12 vereinfacht dargestellt, insbesondere sind weder die halbleitertechnischen Strukturen innerhalb des Bauelements 12 dargestellt noch die auf der Oberfläche vorhandenen Isolations- und Leiterschichten.
Die Figuren 2 bis 6 zeigen Querschnitte durch eine erfindungsgemäße elektronische Baueinheit 10 in verschiedenen Stadien des Herstellverfahrens. In der Fig. 2 ist das Bauelement 12 vollständig von einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff umspritzt unter Bildung eines das Bauelement 12 in der Art eines Einlagestücks oder Inserts aufnehmenden Trägerkörpers 16. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauelement 12 vollständig von dem Trägerkörper 16 umschlossen. Der Trägerkörper 16 selbst ist im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und weist nahe oder an seinem Rand im Querschnitt rechteckförmige oder trapezförmige Rippen 18 auf, die einem mechanischen und/oder elektrischen Einbau der Baueinheit 10 in eine übergeordnete Baugruppe 100 oder in ein System 200 (Fig. 13) dienen können. Die Höhe der Rippen 18 gegenüber der angrenzenden Oberfläche des Trägerkörpers 16 kann so gewählt werden, dass die auf dem Trägerkörper 16 aufgebrachten Strukturen, wie etwa Leiterbahnen 28 (Fig. 4) oder weitere Bauelemente (34), überragt werden; insbesondere dann, wenn die Rippen 18 außerdem einer Versteifung des Trägerkörpers 16 dienen, entspricht die Höhe der Rippen 18 etwa der Dicke des Trägerkörpers 16. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Trägerkörper 16 auch eine von der Plattenform abweichende Form aufweisen, insbesondere kann der Trägerkörper 16 nahezu beliebig komplexe Formen aufweisen, und dadurch hinsichtlich seiner äußeren Form beispielsweise optimal an den jeweiligen Anwendungsfall und insbesondere Einbauort angepasst sein. Die äußere Form kann dabei mechanische Funktionen erfüllen, beispielsweise einen Form- oder Kraftschluss mit einer zugehörigen Halte- oder Einbaueinrichtung, und/oder elektrische oder optische Funktionen, beispielsweise hinsichtlich der elektrischen Kontaktgabe oder optischen Kopplung oder Unterbrechung.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel können die Rippen 18 auch an anderen Positionen angeordnet sein, beispielsweise in der Mitte oder nach einem vorgebbaren Muster über die Fläche des Trägerkörpers 16 verteilt angeordnet sein. Außerdem können die Rippen 18 auch in Form eines Höckers (bump) oder mit anderen Geometrien abgeformt sein.
Wie sich aus dem in der Fig. 3 dargestellten Querschnitt ergibt, werden anschließend an das Umspritzen des Bauelements 12 von der den Kontaktflächen 14 des Bauelements 12 zugeordneten ersten Oberfläche 22 des Trägerkörpers 16 Öffnungen 20 eingebracht, deren Position den Kontaktflächen 14 zugeordnet ist und über welche die Kontaktflächen 14 von außerhalb der Baueinheit 10 elektrisch kontaktiert werden können. Wie sich aus der in der rechten Bildhälfte der Fig. 3 dargestellten Vergrößerung ergibt, bilden die Öffnungen 20 eine Art Microvia zu den Kontaktflächen 14. Gleichzeitig können weitere Öffnungen 24 in dem Trägerkörper 16 gebildet werden, die in der Art von Durchkontaktierungsöffnungen die erste Oberfläche 22 des Trägerkörpers 16 mit der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 26 verbinden. Die Öffnungen 20 und die weiteren Öffnungen 24 können durch Laserablation oder Laserbohren hergestellt werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Öffnungen 20 und/oder die weiteren Öffnungen 24 auch bereits beim Umspritzen des Bauelements 12 hergestellt werden, beispielsweise indem die zugehörige Spritzgussform an den zugehörigen Positionen Stempel oder sonstige Platzhalter aufweist.
Ausgehend von dem in der Fig. 3 dargestellten Zustand der Baueinheit 10 kann die Metallisierung und die damit einhergehende Kontaktierung des Bauelements 12 entweder durch ein sogenanntes volladditives
Metallisierungsverfahren erfolgen, beispielsweise durch eine selektive Metallisierung, oder durch ein semiadditives oder subtraktives Verfahren, beispielsweise durch eine zunächst unstrukturierte Metallisierung mit anschließender Strukturierung.
In der Fig. 4 ist ein Querschnitt der Baueinheit 10 dargestellt, nachdem - ausgehend von dem in der Fig. 3 dargestellten Zustand - eine selektive Metallisierung auf den Trägerkörper 16 aufgebracht wurde. Hierzu wurde beispielsweise zum Umspritzen des Bauelements 12 ein aktivierbarer, insbesondere laseraktivierbarer thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoffwerkstoff verwendet. Hierzu kann ein geeigneter Kunststoff werkstoff verwendet werden, beispielsweise ein Kristallisationskeime aufweisender Thermoplast oder Duroplast. Gleichzeitig mit der Herstellung der Öffnungen 20 und der weiteren Öffnungen 24 im Trägerkörper 16 wurden die Innenwände dieser
Öffnungen 20, 24 für eine außenstromlose Abscheidung einer leitfähigen Schicht aktiviert. Außerdem wurden in dem gleichen Verfahrensschritt sämtliche leitfähig auszubildenden Strukturen wie beispielsweise Leiterbahnen oder Anschlussleitungen aktiviert. Hierzu wird beispielsweise ein Laserstrahl entlang der zu aktivierenden Flächen geführt.
Anschließend wurden die Öffnungen 20 und die weiteren Öffnungen 24 sowie die sonstigen aktivierten Bereiche volladditiv außenstromlos beschichtet. Dabei kommt es nicht nur zu einem Kontaktieren der Kontaktflächen 14 des Bauelements 12, wie sich insbesondere aus dem vergrößerten Ausschnitt in der rechten Bildhälfte der Fig. 4 ergibt, sondern auch zum Ausbilden von Leiterbahnen 28 auf beiden Oberflächen 22, 26 des Trägerkörpers 16, und zu einem Metallisieren der weiteren Öffnungen 24, sodass die beiden Oberflächen 22, 26 auch elektrisch miteinander verbindbar sind. Außerdem werden auch die Rippen 18 vorzugsweise ganzflächig metallisiert, sodass durch die planparallele Oberfläche der Rippen 18 eine elektrische Kontaktierung der Baueinheit 10 und insbesondere des Bauelements 12 möglich ist, und/oder eine Abschirmung des Bauelements 12 gegen elektrische Störsignale.
Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Baueinheit 10, bei der - ausgehend von dem in der Fig. 3 dargestellten Zustand - die gesamte Oberfläche des Trägerkörpers 16 leitfähig beschichtet ist. Dabei werden auch die Kontaktflächen 14 des Bauelements 12 elektrisch kontaktiert, ebenso wie über die weiteren Öffnungen 24 eine Durchkontaktierung des Trägerkörpers 16 erfolgt. Insbesondere wenn eine vollflächige Beschichtung des Trägerkörpers 16 erwünscht ist, bietet sich als Beschichtungsverfahren das (gegebenenfalls auch plasmaunterstützte) Abscheiden aus der Gasphase (CVD, PECVD), Aufdampfen, Sputtern (PVD), oder ein chemisches, außenstromloses oder galvanisches Beschichten an. Die ganzflächige Metallisierung 30 muss anschließend strukturiert werden, wobei diesbezüglich geeignete Strukturierungsverfahren eingesetzt werden können. So kann beispielsweise eine verhältnismäßig dünne ganzflächige Metallisierung 30 mit einer Schichtdicke von Bruchteilen eines Mikrometers oder wenigen Mikrometern vorgesehen werden, die anschließend beispielsweise durch laserablative Verfahren strukturiert werden kann. Anstelle der Laserablation können auch andere geeignete
Strukturierungsverfahren vorgesehen sein, einschließlich eine mechanische, spanabhebende Strukturierung oder photolithographische Verfahren. Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der Leiterbahnen besteht durch ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren. Dabei werden in einem zweistufigen Spritzverfahren zwei verschiedene Kunststoffe so ineinander gespritzt, dass an der Oberfläche das Leiterbahnmuster aus den zwei Komponenten entsteht. Werden ein chemisch gut metallisierbarer und ein nicht oder nicht gut metallisierbarer Kunststoff verwendet, erzeugt die chemische Metallabscheidung direkt die gewünschte Leiterbahnstruktur.
Die Fig. 6 zeigt das Ergebnis der Strukturierung und entspricht insoweit dem in der Fig. 4 dargestellten Querschnitt. Anschließend kann die nun strukturierte dünne Metallisierungsschicht in ihrer Dicke verstärkt werden, beispielsweise durch eine entsprechend selektive Abscheidung aus der Gasphase oder durch außenstromloses, chemisches oder galvanisches
Beschichten. Dadurch werden wiederum Leiterbahnen 28 ausgebildet, die in der erforderlichen Weise stromtragfähig sind.
Die Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß hergestellte Baueinheit 10, wobei aus Gründen der Darstellbarkeit ein vergrößernder Maßstab gegenüber den Figuren 1 bis 6 gewählt wurde und die Anordnung der Kontaktflächen 14 und der zugehörigen, auf dem Trägerkörper 16 gebildeten Anschlussflächen 32 nicht mit der Darstellung der Baueinheit 10 in den Figuren 2 bis 6 übereinstimmt. Die Baueinheit 10 kann mit großer Formfreiheit hergestellt werden, insbesondere können nicht nur einfache geometrische Körper wie beispielsweise Platten oder Stäbe gebildet werden, sondern es können aufgrund der verwendeten Spritzgusstechnik komplexe geometrische Körper gebildet werden, die auch Hinterschneidungen aufweisen können, mittels denen die Baueinheit 10 mechanisch und/oder elektrisch mit anderen Baueinheiten 10 verbunden werden kann.
Die Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine Baugruppe 100 mit einer erfindungsgemäßen elektronischen Baueinheit 10. Die Baugruppe 100 ist dadurch gebildet, dass auf mindestens einer Oberfläche des Trägerkörpers 16, im dargestellten Ausführungsbeispiel auf beiden Oberflächen 22, 26 des Trägerkörpers 16, ein weiteres Bauelement 34 angeordnet und mindestens teilweise mit dem elektronischen Bauelement 12 elektrisch verbunden ist. Bei den weiteren Bauelementen 34 kann es sich beispielsweise um SMD (Surface Mounted Devices) handeln, die über die auf der Oberfläche verlaufende Leiterbahnen 28 elektrisch kontaktiert sind.
Für die Montage der weiteren Bauelemente 34 können die aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau- und Verbindungstechnik verwendet werden. Die Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf die Baugruppe 100 der Fig. 8. Durch die Leiterbahn 28 ist das weitere Bauelement 34 mit einer Kontaktfläche 14 des Bauelements 12 verbunden. Die gegenüberliegende Elektrode des weiteren Bauelements 34 ist sowohl mit der Durchkontaktierung 36 als auch mit der Metallisierung 38 der zur ersten Oberfläche 22 des Trägerkörpers 16 planparallelen Oberfläche der Rippe 18 verbunden. In entsprechender Weise sind die weiteren Bauelemente 34 in der rechten Bildhälfte der Fig. 9 mit weiteren Kontaktflächen 14 des Bauelements 12 bzw. mit der Metallisierung 38 der weiteren Rippe 18 verbunden. Insgesamt kann auf diese Weise eine Verdrahtung des Bauelements 12 mit den weiteren Bauelementen 34 auf der Oberfläche des Trägerkörpers 16 in der Art einer Leiterplatte erfolgen.
Die Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe 100, wobei in diesem Ausführungsbeispiel auf der von dem Trägerkörper 16 wegweisenden, vorzugsweisen planen Oberfläche der Rippe 18 Kontaktorgane vorgesehen sind, insbesondere in Form von Kontaktstiften 40 einerseits und zugehörigen Kontaktbuchsen 42 andererseits. Hierzu bilden die Rippen 18 Kontaktorganhalter aus, beispielsweise Bohrungen für die Kontaktstifte 40 und Aufnahmeöffnungen für die Kontaktbuchsen 42. Durch die auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufgebrachte Metallisierung ist eine Kontaktierung der Kontaktstifte 40 und Kontaktbuchsen 42 sowie eine Verbindung mit den zugehörigen Bauelementen 12, 34 auf einfache Weise möglich. Die Kontaktbuchsen 42 und/oder Kontaktstifte 40 können auch direkt durch Spritzguss und anschließende Metallisierung hergestellt werden, beispielsweise unter Anwendung des Molded Interconnect Device (MID) Verfahrens.
Die Fig. 11 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe 100. In diesem Fall ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche 26 des Trägerkörpers 16 eine bis auf das Bauelement 12 hindurchreichende Öffnung vorgesehen, in welche ein Kühlkörper 44 eingesetzt ist, der beispielsweise durch Verkleben oder auch bereits durch Umspritzen an dem Trägerkörper 16 festgelegt werden kann. Auf diese Weise ist eine Kühlung des Bauelements 12 gewährleistet.
Die Fig. 12 zeigt einen Querschnitt durch einen Stapel, der durch Aufeinanderstecken von zwei Baugruppen 100, 100A gebildet ist. Hierzu werden die Kontaktstifte 40 der Baugruppe 100 mit den Kontaktbuchsen 42 der Baugruppe 100A zusammengesteckt. Gleichzeitig sind die Kontaktstifte 40 der Baugruppe 100A mit den Kontaktbuchsen 42 der Baugruppe 100 zusammengesteckt. Aufgrund der großen Formvielfalt für den herzustellenden Trägerkörper 16 ist es ohne Weiteres möglich, in der Art eines Baukastensystems eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Baueinheiten 10 oder Baugruppen 100 mechanisch und elektrisch miteinander zu verbinden. Abweichend von der Darstellung in der Fig. 12 wäre es beispielsweise auch möglich, die Kontaktstifte 40 der Baugruppe 100A mit Kontaktbuchsen 42 einer dritten Baugruppe zusammenzustecken. Auf diese Weise lassen sich identisch oder unterschiedlich aufgebaute oder verdrahtete Baugruppen miteinander kombinieren oder kaskadieren. Das Aneinanderreihen kann dabei eindimensional, zweidimensional oder auch dreidimensional erfolgen.
Die Fig. 13 zeigt einen Querschnitt durch ein System 200, bei dem mehrere Baugruppen 100 übereinander gestapelt sind, wobei die Verbindung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht über lösbare Steckkontaktelemente erfolgt, sondern beispielsweise durch Auflöten, Mikroschweißen, Leitkleben, einschließlich isotropes Leitkleben und/oder anisotropes Leitkleben, oder Kaltpressschweißen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist in jeder Baugruppe 100 mindestens ein elektronisches Bauelement 12 angeordnet. Alternativ oder ergänzend können auch ein oder mehrere Baugruppen 100 lediglich Leiterbahnen aufweisen und dadurch als Zwischenverdrahtungslagen dienen. Es ist auch möglich die Baugruppen auf Leiterplatten, flexiblen Leiterplatten oder anderen Schaltungsträgern zu montieren und zu kontaktieren.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Baueinheit (10), bei dem mindestens ein Kontaktflächen (14) aufweisendes elektronisches oder elektromechanisches Bauelement (12), vorzugsweise ein Halbleiterplättchen oder Chip mit einer ein oder mehrere in dem Halbleiterplättchen integrierte elektronische Bauelemente aufweisenden mikroelektronischen Schaltung, in ein Kunststoffmaterial eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) kontaktträgerlos unter Bildung eines das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) in der Art eines Einlagestücks oder Inserts aufnehmenden Trägerkörpers (16) mit dem Kunststoffmaterial umspritzt wird, und dass mindestens eine den Kontaktflächen (14) des elektronischen oder elektromechanischen Bauelements (12) zugeordnete Öffnung (20) in dem Trägerkörper (16) vorgesehen wird, über welche das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) von außerhalb des Trägerkörpers (16) elektrisch kontaktierbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (20) anschließend an das Umspritzen in den Trägerkörper
(16) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (20) bereits beim Umspritzen des Bauelements (12) gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (16) zur elektrischen Kontaktierung des Bauelements (12) metallisiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig sowohl die Öffnung (20) zu der Kontaktfläche (14) des Bauelements (12) als auch mindestens eine Leiterbahn (28), die mit mindestens einer Kontaktfläche (14) des Bauelements (12) verbunden ist, auf dem Trägerkörper (16) metallisiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (16) entsprechend einer vorgebbaren Leitungsstruktur selektiv metallisiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu metallisierende Oberfläche (22, 26) des Trägerkörpers (16) aktiviert wird, insbesondere durch Energiezufuhr beispielsweise mit einem Laserstrahl aktiviert wird, und die Metallisierung auf den aktivierten Flächen erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (16) unstrukturiert metallisiert wird und die unstrukturiert aufgebrachte Metallisierung (30) anschließend entsprechend einer vorgebbaren Leitungsstruktur strukturiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung durch außenstromloses Abscheiden erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Spritzgießen des Trägerkörpers (16) mindestens ein Kontaktorganträger (18) gebildet wird für einen elektrischen Anschluss der elektronischen Baueinheit (10).
11. Elektronische Baueinheit (10) mit mindestens einem elektronischen oder elektromechanischen Bauelement (12), das Kontaktflächen (14) aufweist, vorzugsweise mit einem Halbleiterplättchen oder Chip mit einer ein oder mehrere in dem Halbleiterplättchen integrierte elektronische Bauelemente aufweisenden mikroelektronischen Schaltung, wobei das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) in ein Kunststoffmaterial eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) kontaktträgerlos unter Bildung eines das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) in der Art eines Einlagestücks oder Inserts aufnehmenden Trägerkörpers (16) mit dem Kunststoffmaterial umspritzt ist, und dass mindestens eine den Kontaktflächen (14) des elektronischen oder elektromechanischen Bauelements (12) zugeordnete Öffnung (20) in dem Trägerkörper (16) vorgesehen ist, über welche das elektronische oder elektromechanische Bauelement (12) von außerhalb des Trägerkörpers (16) elektrisch kontaktierbar ist.
12. Elektronische Baueinheit (10) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (12) auf mindestens einer seiner Oberflächen die Kontaktfläche aufweist, mittels der das Bauelement (12) elektrisch kontaktierbar ist, und dass die Kontaktfläche über die Öffnung (20) in dem Tragkörper (16) zugänglich ist, insbesondere für den Anschluss einer auf dem Trägerkörper (16) angeordneten Leiterbahn (28) zugänglich ist.
13. Elektronische Baueinheit (10) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das den Trägerkörper (16) bildende und das
Bauelement (12) teilweise oder vollständig umgebende Kunststoffmaterial eine homogene Werkstoffzusammensetzung aufweist.
14. Elektronische Baueinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial, mit dem das Bauelement (12) umspritzt wird, ein Thermoplast oder ein Duroplast ist.
15. Elektronische Baueinheit (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (16) Kontaktorgane aufweist, insbesondere Steckkontakte (40, 42), mittels denen die Baueinheit (10) und damit das Bauelement (12) elektrisch kontaktierbar ist.
16. Baugruppe (100) mit mindestens einer elektronischen Baueinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Oberfläche des Trägerkörpers (16) ein weiteres Bauelement (34) angeordnet ist, und dass das weitere Bauelement (34) mindestens teilweise mit dem Bauelement (12) elektrisch verbunden ist.
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