DE102006033870B4

DE102006033870B4 - Elektronisches Bauteil mit mehreren Substraten sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben

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Publication number: DE102006033870B4
Application number: DE102006033870A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kilger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2026-07-22
Also published as: DE102006033870A1; US20080017985A1

Abstract

Elektronisches Bauteil mit einem Basis-Substrat (6) und einer Anzahl von weiteren Substraten (1), die über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur (4, 8) mit dem Basis-Substrat (6) verbunden sind, wobei die Anzahl von Substraten (1) jeweils einen oder mehrere integrierte Schaltkreise und/oder elektronische Bauelemente (2) umfassen sowie elektrische Kontaktstellen (4) zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder elektronischen Bauelemente (2) aufweisen, und die Anzahl von Substraten (1) jeweils mit mindestens einem Fortsatz (5) versehen ist, der sich vom Substrat (1) erstreckt, während das Basis-Substrat (6) eine Anzahl von Aussparungen (9) aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie jeweils den Fortsatz (5) des Substrats (1) aufnehmen können, wobei das Basis-Substrat (6) elektrisch leitfähige Elemente (8) aufweist, die im Randbereich einer Aussparung (9) angeordnet sind, um mit den elektrischen Kontaktstellen (4) der Substrate (1) zusammenzuwirken, so dass die Substrate (1) im montierten Zustand jeweils über den in den Aussparungen (9) aufgenommenen Fortsatz (5) mechanisch gekoppelt...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein elektronisches Bauteil mit einer Anzahl von Substraten, die über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur miteinander gekoppelt sind.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit einer Anzahl von Substraten oder Chips mit integrierter Schaltungen auf einem Basis-Substrat, bei dem die elektrischen Kontakte der integrierten Schaltungen auf den Substraten mit leitfähigen Elementen auf dem Basis-Substrat über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur kontaktiert werden.
Insbesondere elektronische Halbleiterbauteile, die auf einer Leadframe- Technik basieren, bieten ebenso wie sog. Leadless Packages keine oder nur sehr eingeschränkte Möglichkeiten zur Verdrahtung, Entflechtung und/oder Durchkontaktierung. Es sind beispielsweise mehrlagige Systeme bekannt, bei denen mehrere Substrate in paralleler Anordnung übereinander geschichtet und metallische Zwischenlagen aus einem Kunststoff oder aus Keramik eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um sog. Multilager-Substrate, bei denen die Anordnung mehrerer Substrate in einem elektrischen Bauteil durch übereinander Schichten der Substrate zu einem Stapel („Stacking") erfolgt. Diese bekannten Multilager-Substrate haben den Nachteil, dass sie einen relativ großen Flächenbedarf haben.
Um die integrierten Schaltkreise auf den verschiedenen Substraten eines elektronischen Bauteils elektrisch zu koppeln, werden deren Kontaktstellen über Verdrahtungen miteinander verbunden. Eines der gebräuchlichsten Verbindungsverfahren ist das Drahtbonden, bei dem Drahtbondverbindungen zwischen elektrischen Kontaktstellen der integrierten Schaltung und Fingern eines Leiterrahmens „Leadframe") gebildet werden. Es sind viele Variationen dieses Verfahrens bekannt, bei denen z. B. die integrierte Schaltung direkt auf der Leiterplatte montiert ist und die Drahtbondverbindungen direkt zwischen der Leiterplatte und der integrierten Schaltung gebildet werden. Bei anderen Variationen werden mehrere übereinander gestapelte integrierte Schaltungen mit Drahtverbindungen untereinander verbunden. Bei noch weiteren Variationen sind integrierte Schaltungen auf gegenüberliegenden Oberflächen der Leiterplatte angeordnet. Diese Drahtverbindungen haben den Nachteil, dass sie aufwendig herzustellen sind und einen hohen Platzbedarf haben.
Bei einem weiteren gebräuchlichen Verpackungsverfahren werden sog. „Flip-Chips" verwendet. Flip-Chips sind integrierte Schaltungen, die elektrische Kontakte an einer ihrer Hauptflächen aufweisen und mit dieser Hauptfläche nach unten auf der Oberfläche eines Substrats platziert werden können, wobei die elektrischen Kontakte der Flip-Chips deckungsgleich zu den entsprechenden elektrischen Kontakten des Substrats liegen. Dabei müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass alle jeweiligen Kontaktpaare zusammentreffen, trotz irgendeiner Unebenheit, die an der Oberfläche der integrierten Schaltung oder des Substrats bestehen könnte. Der Raum zwischen dem Flip-Chip und dem Substrat kann anschließend mit einer „Unterfüllungs"-Schicht angefüllt werden. Auch die bekannte Verwendung von Flip-Chips hat einen hohen Flächenbedarf auf dem Substrat und ist aufgrund der besonderen Maßnahmen zur Sicherstellung der elektrischen Kontaktierung der Flip-Chips aufwendig und damit kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Größe der Bauteile mit wachsender Anzahl von Chips von unten nach oben zunehmen muss.
Es sind auch Substrate bekannt, die zumindest teilweise aus einem flexiblen Material hergestellt sind (Flex-Subtrate bzw. Starr-Flex-Starr-Substrate), die sich verformen oder biegen lassen. Gebogene Substrate werden meist zu sog. MID-Bauteilen (Molded interonnect device) gefertigt. Ferner können Flex-Substrate oder Starr-Flex-Starr-Substrate vor dem Aufbringen von Chips in bereits gebogener Form umspritzt bzw. verpackt („gemolded") werden („premold package"). Substrate, die nach dem Aufbringen der Chips abgewinkelt und umspritzt werden sind ebenfalls Flex-Substrate oder Starr-Flex-Starr-Substrate. Ein Nachteil dieser Flex-Substrate oder Starr-Flex-Starr-Substrate ist der komplizierte und damit kostspielige Herstellungsweg. Ferner kann eine vertikale Aneinanderreihung der Chips nur mit komplizierten Flex-Substraten oder Starr-Flex-Starr-Substraten verwirklicht werden. Ein vertikales Anordnen mehrerer Substrate oder Chips in einem Bauteil ist bisher nur mit kostenintensiven Spezialprozessen möglich, wie z. B. komplizierten Wirebond-, Löt- und Klebeprozessen.
Ein Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, ein elektronisches Bauteil bereitzustellen, das sich durch ein geringes Bauteilvolumen sowie durch einen einfachen Aufbau auszeichnet. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen zur Verfügung zu stellen, mit dem hochintegrierte Bauteile mit einer dreidimensionalen Verdrahtungsstruktur auf einfache Weise herstellbar sind.
In der US 5 754 411 A ist ein elektronisches Bauteil mit einem Basis-Substrat und einer Anzahl von weiteren Substraten gezeigt, die über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur mit dem Basis-Substrat verbunden sind.
Die o. g. und/oder weitere Ziele der Erfindung werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die oben genannten Ziele werden z. B. erreicht durch ein elektronisches Bauteil mit einem Basis-Substrat und einer Anzahl von weiteren Substraten, die über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur mit dem Basis-Substrat verbunden sind, wobei die Anzahl von Substraten jeweils einen oder mehrere integrierte Schaltkreise und/oder elektronische Bauelemente umfassen sowie elektrische Kontaktstellen zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder elektronischen Bauelemente aufweisen, und die Anzahl von Substraten jeweils mit mindestens einem Fortsatz versehen ist, der sich vom Substrat erstreckt, während das Basis-Substrat eine Anzahl von Aussparungen aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie jeweils den Fortsatz des Substrats aufnehmen können, wobei das Basis-Substrat elektrisch leitfähige Elemente aufweist, die im Randbereich einer Aussparung angeordnet sind, um mit den elektrischen Kontaktstellen der Substrate zusammenzuwirken, so dass die Substrate im montierten Zustand jeweils über den in den Aussparungen aufgenommenen Fortsatz mechanisch gekoppelt sind und die integrierten Schaltkreise und/oder die elektronischen Bauelemente der Substrate mit den leitfähigen Elementen des Basis-Substrats elektrisch verbunden sind, und wobei zumindest eines der leitfähigen Elemente auf dem Basis-Substrat als Lötkugel ausgebildet ist, wobei die Lötkugel auf dem Basis-Substrat eine Schnittfläche aufweist.
Nach der vorliegenden Erfindung können Substrate oder Chips auf einem gemeinsamen Basis-Substrat auf kleiner Fläche angeordnet, insbesondere vertikal nebeneinander gereiht und über eine einfache vertikale Verdrahtungsstruktur miteinander elektrisch verbunden werden. Das Basis-Substrat kann später als Grundsubstrat für die Verbindung zur Leiterplatte des Anwenders dienen.
In Überwindung der Nachteile herkömmlicher Verfahren, wie z. B. das oben beschriebene Drahtbonden oder das Verwenden von Flip-Chips, führt die vorliegende Erfindung zu den folgenden Vorteilen:

– Die Anzahl integrierter Schaltungen, die für eine gegebene Substratoberfläche bereitgestellt werden können, ist erhöht.
– Die Gesamtstärke der Kombination des Substrats und integrierter Schaltung ist im Vergleich mit Anordnungen, bei denen die integrierte Schaltung auf einer Außenfläche des Substrats ruht, verringert.
– Da keine Drahtbondverbindungen erforderlich sind, ist es möglich, die Kontaktstellen der integrierten Schaltungen durch kürzere elektrische Verbindungswege im Vergleich zum Verfahren der Drahtbondverbindungsverpackung mit anderen Bauteilen zu verbinden. Dies führt zu robusteren Signalen mit weniger Signalverzerrung bei sehr hohen Betriebsfrequenzen.
– Das Substrat bietet einen effektiven Schutz der integrierten Schaltungen innerhalb des elektronischen Bauteils.

Bei manchen Sensoren oder optoelektronischen Komponenten ist es notwendig, die Anbindung an das Basis-Substrat parallel zum Basis-Substrat bzw. zur Leiterplatte vorzunehmen. Das heißt, dass z. B. der Druckschlauch, das Magnetfeld oder die optische Faser parallel zum Basis-Substrat in das Gehäuse eintreten muss. Eine optimale Anbindung ist dann gewährleistet, wenn dann der Drucksensorchip, der Hall-Sensor oder Lichtsensor/-senderchip senkrecht zur Ebene des Basis-Substratsausgerichtet ist. Die gängigen Verbindungstechniken sind jedoch so konzipiert, dass der Chip zunächst parallel zu einem Substrat aufgebracht wird. Damit ist das Problem dahin verschoben, das Substrat nach dem Aufbau der Chips unter Verwendung von Flex-Substraten oder Starr-Flex-Starr-Substraten zu biegen und im gebogenen Zustand zu verarbeiten.
Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem, indem die Substrate nach ihrer Vorbearbeitung auf dem Basis-Substrat aufrecht stehend angeordnet werden können, so dass die Substrate im montierten Zustand jeweils im Wesentlichen senkrecht gegenüber dem Basis-Substrat ausgerichtet sind. Anstelle von Substraten mit integrierten Schaltkreisen können auch Chips oder SMDs („surface mount device") mit beliebigen elektronischen Bauelementen auf dem Basis-Substrat „aufgesteckt" werden, wobei auch für die Chips oder die SMDs („surface mount device") eine vertikale Ausrichtung gegenüber dem Basis-Substrat erreichbar ist.
Nach dem erfindungsgemäßen Konzept kann die Verbindung der Substrate erfolgen, nachdem auf den Substraten SMDs („surface mount device"), Chips oder andere elektronische Bauelemente mittels Standard-Halbleiter- oder SMD-Bestückungs-Prozessen aufgebracht worden sind. Die Substrate können dabei auch die Chips selbst, geeignete Leiterplattenmaterialien wie FR4, Keramik oder geeignete Leadframes sein. Die Verbindung der Substrate kann während der Herstellung des Gehäuses oder beim SMD-Bestücken des Anwenders erfolgen.
Entsprechend der Erfindung ist zumindest ein leitfähiges Element auf dem Basis-Substrat als Lötkugel ausgebildet. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Lötkugeln auf dem Basis-Substrat unmittelbar an den Rand der Aussparung bzw. Fräsung in dem Basis-Substrat angrenzen.
Auf diese Weise können die Lötkugeln als dreidimensionale Verbindungsstücke zwischen zwei zueinander senkrecht stehenden zweidimensionalen Substraten zur elektrische Kontaktierung verwendet werden. Die Lötkugeln auf dem Basis-Substrat weisen ferner eine Schnittfläche auf, die sich zur Kontaktierung einer Kontaktfläche besonders gut eignet. Dazu verläuft die Schnittfläche der Lötkugeln auf dem Basis-Substrat vorzugsweise im Bereich des maximalen Durchmessers der Lötkugel.
Diese Schnittfläche der Lötkugeln auf dem Basis-Substrat werden durch die entsprechenden Kontaktstellen des Substrats beim Einfügen des Fortsatzes des Substrats in die Aussparung im Basis-Substrat kontaktiert und damit eine elektrische Verbindung zwischen dem Substrat und dem Basis-Substrat hergestellt. Um diese automatische elektrische Kontaktierung beim Einstecken des Substrat in des Basis-Substrat zu unterstützen, grenzen die Schnittfläche der angeschnittenen Lötkugeln auf dem Basis-Substrat unmittelbar an den Rand der Aussparung an, so dass die Schnittfläche der angeschnittenen Lötkugeln auf dem Basis-Substrat jeweils mit dem Rand der Aussparung fluchten.
Alternativ kann die Schnittfläche der angeschnittenen Lötkugeln auf dem Basis-Substrat zumindest teilweise eine schräge, von der Flucht der Aussparung abweichende Ausrichtung aufweisen, um die elektrische Kontaktierung beim Einstecken des Fortsatzes vom Substrat in die Aussparung im Basis-Substrat durch konisch verlaufende Schnittflächen der Lötkugeln zu unterstützen.
Ebenso können die Kontaktstellen zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder elektronischen Bauelemente auf dem Substrat als Lötkugeln ausgebildet sein. Die als Lötkugeln ausgebildeten Kontaktstellen auf dem Substrat grenzen vorzugsweise unmittelbar an den Fortsatz des Substrats an, so dass sie beim Einstecken des Fortsatzes vom Substrat in die Aussparung im Basis-Substrat automatisch die leitfähige Elemente des Basis-Substrats im Randbereich des Aussparung kontaktieren.
Die Lötkugeln der Kontaktstellen auf dem Substrat können ebenfalls eine Schnittfläche aufweisen, die vorzugsweise im Bereich des maximalen Durchmessers der Lötkugel verläuft. Die Schnittfläche der angeschnittenen Lötkugeln auf dem Substrat ist im Wesentlichen senkrecht zur Ausrichtung des Fortsatzes des Substrats ausgerichtet, damit die Schnittfläche der Lötkugeln parallel mit der Kontaktfläche der leitfähige Elemente auf dem Basis-Substrat in Berührung kommen kann.
Die leitfähigen Elemente auf dem Basis-Substrat sind dabei so angeordnet, dass sie mit den elektrischen Kontaktstellen auf den Substraten im montierten Zustand korrespondieren, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Zusätzlich können die leitfähigen Elemente auf dem Basis-Substrat und die korrespondieren elektrischen Kontaktstellen auf den Substraten so angeordnet sein, dass sich im montierten Zustand eine Klemmwirkung dazwischen ergibt, die den elektrischen Kontakt unterstützt. Als Basis-Substrat kann ein sog. TSLP-Leadframe („thin small leadless package") verwendet werden, das keine Kontaktbeinchen an seinen Seiten aufweist, sondern lediglich Kontaktflächen auf seiner Vorder- oder Rückseite.
Folglich können entweder die Kontaktstellen auf dem Substrat zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder elektronischen Bauelemente auf dem Substrat als Lötkugeln ausgebildet sein, dann sind die korrespondierenden leitfähigen Elemente auf dem Basis-Substrat als Kontaktfläche ausgebildet. Alternativ können die leitfähigen Elemente auf dem Basis-Substrat als Lötkugeln ausgebildet sein, dann sollten die korrespondierenden Kontaktstellen auf dem Substrat zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder elektronischen Bauelemente auf dem Substrat als Kontaktfläche ausgebildet sein. Auf diese Weise trifft eine Lötkugel bzw. die Schnittfläche einer Lötkugel immer auf eine Kontaktfläche und es wird ein optimaler elektrischer Kontakt gewährleistet.
Die Abmessungen der Aussparung im Basis-Substrat entspricht im Wesentlichen den Abmessungen des Fortsatzes eines Substrats, so dass sich zwischen der Aussparung im Basis-Substrat und dem Fortsatz des Substrats im montierten Zustand eine Steckverbindung nach dem Prinzip einer Zapfen/Nut-Verbindung ergibt. Dabei entspricht die Länge, um die sich der Fortsatz vom Substrat erstreckt, vorzugsweise der Dicke des Basis-Substrats, so dass der in die Aussparung des Basis-Substrats eingesteckte Fortsatz nicht auf der anderen Seite des Basis-Substrats herausragt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Aussparung im Basis-Substrat und der Fortsatz eines Substrats jeweils so ausgebildet, dass sich zwischen der Aussparung im Basis-Substrat und dem Fortsatz des Substrats im montierten Zustand eine Klemmwirkung ergibt. Dadurch kann die mechanische Kopplung des Substrats am Basis-Substrat gesichert werden.
Der Fortsatz des Substrats kann am Rand nur an einer Seite des Substrats vorgesehen sein, wobei der Fortsatz vorzugsweise so ausgebildet ist, dass er sich über einen Großteil der betreffenden Seite des Substrats erstreckt. Alternativ können an einer Seite des Substrats auch mehrere Fortsätze vorgesehen sein, die beim Anordnen des Substrats auf dem Basis-Substrat jeweils in entsprechend geformte Aussparungen im Basis-Substrat einführbar sind. Darüber hinaus können an mehreren Seiten des Substrats jeweils mindestens ein Fortsatz vorgesehen sein, so dass ein Substrat über mehrere Seiten mit anderen Substraten in der oben beschriebenen Weise mechanisch gekoppelt werden kann.
Das Prinzip der mechanischen Kopplung der Substrate besteht nach der vorliegenden Erfindung darin, dass ein Substrat auf einer Seite einen Fortsatz aufweist, der so geformt ist, dass er ein Verankern in einem anderen Substrat bzw. dem Basis-Substrat ermöglichen, das zu diesem Zweck eine entsprechende Aussparung bzw. Fräsung oder ein entsprechendes Langloch aufweist. In diese Aussparung bzw. Fräsung kann der Fortsatz des ersten Substrats eingreifen und eine mechanische Fixierung bewerkstelligen. Durch geeignete Wahl der Breite der Aussparung sowie der Breite des Fortsatzes können auch andere Winkel als 90° zwischen den Substraten erreicht werden. Dazu müssen die Abstände der als Lötkugeln ausgebildeten leitfähige Elemente des Basis-Substrats bzw. die Abstände der als Lötkugeln ausgebildeten Kontaktstellen der Substrate entsprechend angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils umfasst die Anzahl von Substraten zumindest ein Chip mit einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen und/oder elektrischen Bauelementen. Das heißt, das anstelle von Substraten mit integrierten Schaltkreisen können auch Chips oder SMDs („surface mount device") mit beliebigen elektronischen Bauelementen auf dem Basis-Substrat angeordnet werden, wobei auch die Chips oder SMDs mit einer vertikalen Ausrichtung gegenüber der Ebene des Basis-Substrats aufgestellt werden können. Gleichzeitig mit der mechanischen Kopplung werden die integrierten Schaltkreise und/oder elektrischen Bauelemente auf dem Substrat, Chips oder SMDs über die elektrischen Kontakte und die leitfähigen Elemente auf dem Basis-Substrat elektrisch kontaktiert.
Zum Abschluss der Herstellung eines elektronischen Bauteils wird dieses in der Regel mit einer „Verpackung" bzw. einem Gehäuse versehen, indem es mit z. B. mit einem Gießharz verspritzt bzw. eingegossen wird („molding"). Das Gehäuse umfasst zunächst noch mehrere Bauteile in Form eines sog.
„Substratriegels". Anschließend werden die Bauteile aus dem Substratriegel durch Zersägen vereinzelt.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das elektronische Bauteil umfassend das Basis-Substrat und die daran angeordneten Substrate zumindest teilweise von einem Gehäuse umgeben, wobei zumindest einige der leitfähigen Elemente des Basis-Substrats und/oder der Kontaktstellen der Substrate von außerhalb des Gehäuses kontaktierbar bleiben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest einige der leitfähigen Elemente des Basis-Substrats und/oder der Kontaktstellen der Substrate einen Teil der Außenfläche des Gehäuses darstellen.
Solche Kontaktstellen, die einen Teil der Außenfläche des Gehäuses darstellen, können auf vorteilhafte Weise erzeugt werden, indem das Zersägen des Substratriegels in die einzelne Bauteilgehäuse derart vorgenommen wird, dass dabei die Lötkugeln der Kontaktstellen mitangeschnitten werden. Dadurch verbleibt jeweils ein Teil der als Lötkugeln ausgebildeten Kontaktstellen im Gehäuse, während die durch das Zersägen erzeugte Schnittfläche der Lötkugeln einen Teil der Außenfläche des Gehäuses bildet und als elektrischer Anschluss dienen kann. Wenn mehrere mit Chips bestückte Substrate nebeneinander beim Verspritzen gehalten, kann auch ein horizontales SiP („System in Package") erzeugt werden.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils weisen zumindest die beiden äußeren Substrate und/oder das Basis-Substrat Schirmungslagen auf. Dazu sind jeweils die äußeren Flächen oder die äußeren Substrate des elektronischen Bauteils, d. h. das erste und das letzte Substrat der senkrecht stehenden Substrate, das Basis-Substrat am Boden, der Deckel, die beiden langen Seiten und die beiden Stirnseiten, vorzugsweise so gestaltet, dass Sie auf ihrer Außenlage jeweils große Schirmungsflächen aufweisen. Dadurch kann erreicht werden, dass das Innere des so gebildeten elektronischen Bauteils gegenüber äußerer elektromagnetischer Streustrahlung abgeschirmt ist und die Eigenabstrahlung reduziert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die oben genannten. Aufgaben gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Halbleiterbauteils mit einem Basis-Substrat und einer Anzahl von weiteren Substraten, die über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur mit dem Basis-Substrat verbunden sind, umfassend zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

– Bereitstellen mindestens eines Substrats mit elektrischen Kontaktstellen und mindestens einem Fortsatz, der sich vom Substrat erstreckt, wobei zumindest eine der kontaktstellen auf dem Substrat als Lötkugel ausbebildet ist, wobei die Lötkugel auf dem Substrat eine Schnittfläche aufweist;
– Bereitstellen eines Basis-Substrats mit mindestens einer Aussparung, die so ausgebildet ist, dass sie den Fortsatz eines Substrats aufnehmen kann und mit leitfähigen Elementen, die im Randbereich der Aussparung angeordnet sind;
– Montieren des Substrats auf dem Basis-Substrat durch Einfügen des mindestens einen Fortsatzes des Substrats in einer Aussparung im Basis-Substrat;
– Kontaktieren der Kontaktstellen auf dem Substrat über die leitfähigen Elemente auf dem Basis-Substrat.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die integrierten Schaltkreise und/oder elektrischen Bauelemente auf dem Substrat über die elektrischen Kontakte des Substrats und die leitfähigen Elemente auf dem Basis-Substrat elektrisch kontaktiert. Dadurch werden die Substrate im montierten Zustand jeweils über den in den Aussparungen aufgenommenen Fortsatz mechanisch gekoppelt und gleichzeitig die integrierten Schaltkreise und/oder die elektronischen Bauelemente der Substrate mit den leitfähigen Elementen des Basis-Substrats elektrisch verbunden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst den Schritt des Verschmelzens der Kontaktstellen der Substrate mit den korrespondierenden Kontaktflächen auf dem Basis-Substrat durch Erhitzen. Sobald die Substrate in der gewünschten Weise auf dem Basis-Substrat angeordnet und über ihre Fortsätze im den Aussparungen in dem Basis-Substrat eingesetzt sind, können die Kontaktstellen der Substrate mit den korrespondierenden Kontaktflächen auf dem Basis-Substrat verlötet werden. Dies erfolgt auf vorteilhafte Weise, indem die als Lötkugeln ausgebildeten Kontaktstellen der Substrate durch Erhitzung geschmolzen werden und dadurch mit den korrespondierenden Kontaktflächen auf dem Basis-Substrat verbunden werden. Dementsprechend können auch die als Lötkugeln ausgebildeten leitfähige Elemente auf dem Basis-Substrat durch Erhitzung geschmolzen werden und dadurch mit den korrespondierenden Kontaktflächen der Substrate verbunden werden.
Im Anschluss an des Kontaktieren kann das elektronische Bauteil mit dem Basis-Substrat und den daran angeordneten Substraten zumindest teilweise von einem Gehäuse umgeben werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Umspritzen des elektronischen Bauteils mit einem Verpackungsmaterial, wie z. B. einem Gießharz. Um die elektrische Kontaktierung des elektronischen Bauteils auch nach der Verpackung zu erleichtern, bleiben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die leitfähigen Elemente des Basis-Substrats und/oder die Kontaktstellen der Substrate zumindest teilweise von außerhalb des Gehäuses kontaktierbar.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht darin, dass flächige Substrate zunächst über Standardprozesse mit Lötkugeln, Chips, elektronischen Bauelementen oder Drähten bestückt und danach ineinander gesteckt und zu einem elektronischen Bauteil weiterverarbeitet werden können.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gehäuse des elektronischen Bauteils anschließend derart angeschnitten, dass jeweils ein Teil der als Lötkugeln ausgebildeten leitfähigen Elemente des Basis-Substrats und/oder der als Lötkugeln ausgebildeten Kontaktstellen der Substrate im Gehäuse verbleibt und die Schnittfläche der Lötkugeln einen Teil der Außenfläche des Gehäuses darstellt und als freiliegender, lötbarer Anschluss verwendbar ist.
Dieses Anschneiden erfolgt vorzugsweise beim Vereinzeln der fertig prozessierten elektronischen Bauteile, bei dem die Bauteile durch Zersägen separiert werden, so dass die Lötkugeln der Kontaktstellen mitangeschnitten werden. Dadurch verbleibt jeweils ein Teil der als Lötkugeln ausgebildeten Kontaktstellen im Gehäuse, während die durch das Zersägen erzeugte Schnittfläche der Lötkugeln einen Teil der Außenfläche des Gehäuses bildet und als elektrischer Anschluss dienen kann.
Im Prinzip wird durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen, zwei Substrate mit integrierten Schaltungen miteinander mechanisch zu koppeln und dabei über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur miteinander elektrisch zu verbinden. Die elektrischen Verbindungen werden dabei zwischen Kontaktstellen der integrierten Schaltungen auf den Substraten hergestellt, die vorzugsweise als Lötkugeln ausgebildet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind diese Lötkugeln im Randbereich des Substrats angeordnet und schließen vorzugsweise mit dem Rand des Substrats bündig ab. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Lötkugeln in etwa hälftig angeschnitten sind, so dass die Schnittfläche mit dem Rand des Substrats bündig verläuft. Die Kontaktpunkte des Substrats sind elektrisch mit Verdrahtung verbunden z. B. zum Verbinden der integrierten Schaltung mit anderen, auf dem Substrat montierten Bauteilen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
1A eine schematische Darstellung einer Frontansicht auf ein Substrat für ein elektronisches Bauteil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das in 1A dargestellte Substrat für ein elektronisches Bauteil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A eine schematische Darstellung einer Frontansicht auf ein Basis-Substrat für ein elektronisches Bauteil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2B eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teil des in 2A dargestellten Basis-Substrats für ein elektronisches Bauteil gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A eine schematische Darstellung der Situation vor dem Zusammenfügen des in den 1A und 1B gezeigten Substrats und des in 2A gezeigten Basis-Substrats gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung;
3B eine schematische Darstellung der Situation nach dem Zusammenfügen des in den 1A und 1B gezeigten Substrats und des in 2A gezeigten Basis-Substrats gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung;
4A eine schematische Darstellung der Situation vor dem Zusammenfügen eines Substrats mit einem Basis-Substrat gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4B eine schematische Darstellung der Situation nach dem Zusammenfügen eines Substrats mit einem Basis- Substrat gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein elektronisches Bauteil gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1A zeigt eine schematische Darstellung einer Frontansicht auf ein Substrat 1 für ein elektronisches Bauteil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Substrat umfasst einen Chip 2, der auf dem Substrat 1 beispielsweise mittels Die-, Wire-Bonding und/oder Flipchip-Bonding aufgebracht wurde. An einer Seite des Substrats 1 ist ein Fortsatz 5 ausgebildet, der vom Rand des Substrats 1 absteht und sich nahezu über die gesamte Länge der betreffenden Seite des Substrats 1 erstreckt. Der Fortsatz 5 dient der Verbindung mit einem Basis-Substrat, was weiter unten unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben wird.
Der Chip 2 wird über Drahtleitungen 3 elektrisch kontaktiert, die den Chip 2 mit elektrischen Kontaktstellen des Substrats 1 verbinden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kontaktstellen des Substrats 1 als Lötkugeln 4 ausgebildet.
Die Lötkugeln 4 können so auf der Vorderseite oder auf der Rückseite des Substrats 1 angeordnet sein, dass diese parallel und nahe zu dem Rand des Substrats 1 liegen, an dem der Fortsatz 5 ausgebildet ist. Auf diese Weise sind die Lötkugeln 4 auf der Vorder- und Rückseite des Substrats 1 in einer Ebene parallel zum Rand des Substrats 1 angeordnet.
1B zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das in 1A dargestellte Substrat 1 für ein elektronisches Bauteil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1B ist zu entnehmen, dass sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Substrats 1 ein Chip 2 angeordnet sein kann, der jeweils über Drahtverbindungen 3 mit den Kontaktstellen des Substrats 1 verbunden ist, die als Lötkugeln 4 ausgebildet sind. Die Lötkugeln 4 sind ebenfalls sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Substrats 1 in einer Linie angeordnet und grenzen jeweils unmittelbar an den Fortsatz 5 des Substrats 1 an.
2A zeigt eine schematische Darstellung einer Frontansicht auf ein Basis-Substrat 6 für ein elektronisches Bauteil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Basis-Substrat 6 umfasst mehrere Chips oder andere elektronische Bauelemente 7, die auf dem Basis-Substrat 6 aufgebracht wurden. In der Hauptfläche des Basis-Substrats 6 An ist eine Aussparung bzw. Ausfräsung 9 ausgebildet, die bei der dargestellten Ausführungsform die gesamte Dicke des Basis-Substrats 6 verläuft und sich nahezu über die gesamte Breite des Basis-Substrats 6 erstreckt. Die Aussparung bzw. Ausfräsung 9 dient der Verbindung mit dem Substrat 1, was weiter unten unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben wird.
Die Chips 7 auf dem Basis-Substrat 6 werden über Drahtleitungen 3 elektrisch kontaktiert, die zu leitfähigen Elementen 8 des Basis-Substrat 6 führen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kontaktstellen des Substrats 1 als Kontaktflächen ausgebildet, die so auf der Vorderseite oder auf der Rückseite des Basis-Substrat 6 angeordnet sind, dass diese parallel und nahe zum Rand der Aussparung 9 liegen. Auf diese Weise können die als Kontaktflächen 8 ausgebildeten leitfähigen Elemente des Basis-Substrats 6 mit den Kontaktstellen des Substrats 1 korrespondieren, sobald diese miteinander gekoppelt werden.
2B zeigt die schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Teil des in 2A dargestellten Basis-Substrats für ein elektronisches Bauteil gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Alternativ können die leitfähigen Elemente 8 des Basis-Substrats nicht als Kontaktfläche, sondern als Lötkugeln 4 ausgebildet sein. In 2B ist zu erkennen, dass die als Lötkugeln 4 ausgebildeten leitfähigen Elemente 8 des Basis-Substrats 6 auf dessen Hauptfläche in einer Linie angeordnet sind und jeweils unmittelbar an die Aussparung 9 des Basis-Substrats 6 angrenzen.
In den 3A, 3B und 4A, 4B ist jeweils der Vorgang dargestellt, mit dem ein Substrat 1 mit einem Basis-Substrat 6 gekoppelt wird, wobei jeweils der Fortsatz 5 des Substrats 1 in die Aussparung 9 des Basis-Substrats 6 eingesteckt wird. 3A zeigt eine schematische Darstellung der Situation vor dem Zusammenfügen und 3B zeigt eine schematische Darstellung der Situation nach dem Zusammenfügen des in den 1A und 1B gezeigten Substrats 1 und des in 2A gezeigten Basis-Substrats 6 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
Bei dem in 3A dargestellten Zustand befinden sich die Substrate 1 mit ihren Fortsätzen 5 jeweils unmittelbar über den Aussparungen 9 im Basis-Substrat 6. Die ersten Substrate 1 werden nun senkrecht in die vorhergesehenen Fräsungen bzw. Aussparungen 9 des zweiten Substrats bzw. des Basis-Substrats 6 eingeführt. Es handelt sich also um ein senkrechtes Ineinanderstecken von zwei Substraten 1, 6, wobei das Stecken über die Zapfen/Nut-Verbindung als mechanische Verbindung zwischen der Aussparung 9 in dem Basis-Substrat 6 und dem Fortsatz 5 des Substrats 1 erfolgt, während der elektrische Kontakt über die Lötkugeln 4 und die leitfähigen Elemente 8 bzw. die Kontaktstellen hergestellt wird.
Die Abmessungen der Aussparung 9 im Basis-Substrat 6 und die Abmessungen des Fortsatzes 5 des Substrats 1 sind so gewählt, dass sich zwischen der Aussparung 9 im Basis-Substrat 6 und dem Fortsatz 5 des Substrats 1 im montierten Zustand eine Steckverbindung mit Klemmwirkung ergibt. Dabei entspricht die Länge des Fortsatzes 5 etwa der Dicke des Basis-Substrats 6, so dass der in die Aussparung 9 des Basis-Substrats 6 eingesteckte Fortsatz 5 gerade bis zu anderen Seite des Basis-Substrats 6 reicht. Zusätzlich sind die leitfähigen Elemente 8 auf dem Basis-Substrat 6 und die korrespondieren Kontaktstellen 4 auf den Substraten 1 so angeordnet und dimensioniert, dass sich im montierten Zustand eine Klemmwirkung dazwischen ergibt.
Auch der Abstand der Lötkugelreihen vom Rand des Substrats 1, 6 ist so gewählt, dass bei vollständigem Einstecken des Fortsatzes 5 des ersten Substrats 1 in die Aussparung 9 des zweiten Substrats bzw. des Basis-Substrats 6 die Lötkugeln 4 des ersten Substrats 1 exakt auf den Kontaktflächen der korrespondierenden Kontaktstellen auf der Oberfläche des zweiten Substrats 6 zu liegen kommen, um die elektrische Verbindung zwischen den Substraten 1, 6 zu gewährleisten.
Durch das Zusammenstecken der ersten Substrate 1 mit dem Basis-Substrat 6 sind die Substrate 1 auf dem Basis-Substrat 6 auf einfache und platzsparende Weise senkrecht stehend nebeneinander angeordnet. Nach der mechanischen und elektrischen Kopplung können die Lötkugeln 4 und die leitfähigen Elemente 8 verlötet werden, indem die aus Lot hergestellten Lötkugeln 4 erhitz werden, bis das Lot der Lötkugeln 4 mit den korrespondierenden Kontaktflächen 8 eine Lötverbindung erzeugt.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, dass für das erfindungsgemäße elektronische Bauteil nur flächige Substrate 1, 6 benötigt werden, die jeweils mittels Standardprozessen bearbeitet und mit Chips 2, 7 oder anderen elektrischen Komponenten versehen werden können, ohne dass dabei ein aufwendiges Verformen, Biegen oder Winkeln der Substrate 1, 6 erforderlich ist (wie beim MID oder beim Flex-Substrat oder Starr-Flex-Starr-Substrat).
4A zeigt eine schematische Darstellung der Situation vor dem Zusammenfügen und 4B zeigt eine schematische Darstellung der Situation nach dem Zusammenfügen eines Substrats 1 mit einem Basis-Substrat 6 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie oben bereits erläutert, können zur Verbindung der beiden Substrate entweder auf dem einen Substrat 1, 6 oder auf dem anderen Substrat 1, 6 die Lötkugeln angeordnet werden und auf dem jeweils anderen Substrat 1, 6 die Kontaktflächen ausgebildet werden. Bei den in den 4A und 4B dargestellten Ausführungsformen sind die Lötkugeln 4 auf dem Basis-Substrat 4 unmittelbar angrenzend an die Aussparung 9 angeordnet und auf dem Substrat 1 sind korrespondierende Kontaktflächen ausgebildet, die unmittelbar an den Fortsatz 5 des Substrats 1 angrenzen.
Wie bereits in Verbindung mit 3A und 3B erläutert, werden die Substrate 1 mit ihren Fortsätzen 5 in die Aussparungen 9 im Basis-Substrat 6 eingesteckt, wobei die Lötkugeln 4 auf dem Basis-Substrat 6 mit den korrespondierenden Kontaktflächen auf den Substraten 1 in Kontakt kommen. Die elektrische Kontaktierung erfolgt somit automatisch beim Einstecken der Substrate 1 in das Basis-Substrat 6.
Chips oder andere Bauelemente 2, die eine parallele Ausrichtung zur Platine des Basis-Substrats 6 benötigen, können mittels Standardprozessen (Die-Wire-Bonding oder FlipChip-Bonding) senkrecht stehend auf dem Substrat 1 aufgebracht werden, das wiederum senkrecht auf dem Basis-Substrat 6 aufgebracht wird. Dadurch kommen die senkrecht auf dem Substrat 1 stehenden Komponenten in eine parallele Lage gegenüber der Platine des Basis-Substrats 6.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines elektronischen Bauteils gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Anstelle senkrecht stehender Substrate 1 können auch direkt Chips 10 in das Basis-Substrat 6 senkrecht stehend eingesetzt werden. In 5 ist zu erkennen, wie neben den Substraten 1 jeweils auch Chips 10 senkrecht stehend in Aussparungen 9 im Basis-Substrat 6 eingesteckt sind. Dabei werden die Chips 10 auf die gleiche oben beschriebene Weise über die Verbindung von Lötkugeln 4 und korrespondierenden Kontaktflächen kontaktiert. Dazu werden entweder die Chips 10 mit Lötkugeln 4 und das Basis-Substrat mit den korrespondierenden Kontaktflächen ausgestattet oder umgekehrt.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass dabei Substratkosten gegenüber der Bestückung mit Substraten 1 verringert werden können. Ferner werden dadurch aufwendige Spezialprozesse überflüssig und damit die Herstellungskosten gegenüber den bisherigen Lösungen zur Bestückung von Substraten 6 mit Chips 10 reduziert. Zur Herstellung eines SiP („System in Package") können die Chips 10 über die vertikale Verdrahtungsmöglichkeit senkrecht stehend angeordnet werden. Mehrere vertikal angeordnete Substrate ermöglichen eine platzsparende Aneinanderreihung und Kontaktierung von Chips und SMDs („surface mount device") im Gegensatz zu bisherigen Bauweisen, bei denen die Chips jeweils parallel zum Basis-Substrat angeordnet sind („Stacking").
Als Vorteil können die einzelnen Substrate nach dem Bestücken und Verdrahten, z. B. durch Die-Wire-Flipchip-Bonding, getestet werden. Chips und SMDs („surface mount device") können sowohl auf senkrechten oder dem waagrechten Substrat untergebracht werden. Die Chipmontage kann von der SMD-Montage dadurch entkoppelt werden, da Chips und SMDs auf verschiedenen Substraten aufgebracht werden können.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts auf ein elektronisches Bauteil gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform sind die gegenüber dem Basis-Substrat 6 senkrecht stehenden Substrate 1 nicht nur nebeneinander, sondern auch zueinander gewinkelt angeordnet. Die Lötkugeln 4 sind dementsprechend nicht nur in einer Reihe angeordnet, sondern umlaufend, so dass auch Deckel- und Seitensubstrate platziert und elektrisch kontaktiert werden können.
Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass sich bereits durch die gewinkelte Anordnung der Substrate 1 mit Deckel- und Seitensubstraten ein elektronisches Bauteil mit geschachtelter Bauweise ergibt, dessen Innenvolumen durch die umgebenden Substrate 1 vor äußerer elektromagnetischer Streustrahlung besser geschützt wird. Dieser Effekt der Schirmung kann noch gesteigert werden, indem zumindest die äußeren Substrate 1, Deckel- und/oder Bodensubstrate bzw. das Basis-Substrat Schirmungslagen aufweisen. Dadurch können die Schirmungsflächen zugleich auf ihrer Innenseite noch als Träger für Chips und SMDs („surface mount device") dienen.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein elektronisches Bauteil gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 7 dargestellte Ausführungsform wurde durch Verspritzen mit eine Gehäuse G versehen, das die Komponenten des elektronischen Bauteils zumindest teilweise umgibt.
Anstelle der Aufbringung von Chips und/oder SMD-Bauteile („surface mount device") vor dem Verspritzen, kann das elektronische Bauteil auch so verspritzt werden, dass das senkrecht stehende Substrat 1 auf einer Seite ganz oder teilweise offen gelassen wird, indem ein separat bestücktes Substrat, ein sog. Submount 11, an das Substrat 1 geklebt oder gelötet wird. Bei einem optischen Bauteil kann dann beispielsweise eine Öffnung dafür sorgen, dass Licht vom bzw. zum optischen Chip auf den Submount 11 gelangen kann. Diese Montage eines Submount 11 hat den Vorteil, dass bei dessen Ankleben oder Anlöten die optische Achse unabhängig von Diebond- und Umspritzprozesstoleranzen justiert werden kann.
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform sind die Lötkugeln 4 auf beiden Seiten des Substrats 1 in einer Linie am äußeren Ende des Substrats 1 aufgebracht. Nach dem Verspritzen oder Vergießen des gesamten Bauteilriegels (nicht dargestellt) werden die Bauteile so vereinzelt, dass jeweils eine halbe Lötkugel 4 im Gehäuse G verbleibt und die freiliegende Kreisfläche als lötbarer Anschluss verwendet werden kann. Dazu wird die Schnittfläche S beim Zersägen des Bauteilriegels so gelegt, dass sie unmittelbar durch den größten Durchmesser der Lötkugeln 4 verläuft. Auf diese Weise werden Schnittflächen der Lötkugeln 4 erzeugt, die einen Teil der Außenfläche des Gehäuses G darstellen und somit leicht von außen kontaktierbar sind.
Das so geschaffene Gehäuse G kann senkrecht mit den Anschlussflächen der Lötkugeln 4 nach unten bestückt werden und hat damit beispielsweise eine Anbindung zur einer optischen Faser oder einem Druckschlauch. Die vertikale Verdrahtung ergibt sich folglich durch das Ansägen von dreidimensionalen Kontaktierungsstrukturen, vorzugsweise Lötkugeln, die auf ein Substrat aufgebracht sind, welches die Chips oder andere elektronische Bauelemente trägt, wobei die Sägefläche senkrecht zur Fläche des Substrats 1 steht.

1: Substrat
2: Chip bzw. elektronisches Bauelement auf dem Substrat 1
3: Drahtverbindung
4: Lötkugel
5: Fortsatz des Substrats 1
6: Basis-Substrat
7: Chip auf dem Basis-Substrat 6
8: leitfähige Elemente auf dem Basis-Substrat 6
9: Aussparung bzw. Ausfräsung im Basis-Substrat 6
10: Chip (direkt im Basis-Substrat 6 eingesetzt)
S: Schnittfläche am elektronischen Bauteil
G: Gehäuse des elektronischen Bauteils

Claims

Elektronisches Bauteil mit einem Basis-Substrat (6) und einer Anzahl von weiteren Substraten (1), die über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur (4, 8) mit dem Basis-Substrat (6) verbunden sind, wobei die Anzahl von Substraten (1) jeweils einen oder mehrere integrierte Schaltkreise und/oder elektronische Bauelemente (2) umfassen sowie elektrische Kontaktstellen (4) zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder elektronischen Bauelemente (2) aufweisen, und die Anzahl von Substraten (1) jeweils mit mindestens einem Fortsatz (5) versehen ist, der sich vom Substrat (1) erstreckt, während das Basis-Substrat (6) eine Anzahl von Aussparungen (9) aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie jeweils den Fortsatz (5) des Substrats (1) aufnehmen können, wobei das Basis-Substrat (6) elektrisch leitfähige Elemente (8) aufweist, die im Randbereich einer Aussparung (9) angeordnet sind, um mit den elektrischen Kontaktstellen (4) der Substrate (1) zusammenzuwirken, so dass die Substrate (1) im montierten Zustand jeweils über den in den Aussparungen (9) aufgenommenen Fortsatz (5) mechanisch gekoppelt sind und die integrierten Schaltkreise und/oder die elektronischen Bauelemente (2) der Substrate (1) mit den leitfähigen Elementen (8) des Basis-Substrats (6) elektrisch verbunden sind, und wobei zumindest eines der leitfähigen Elemente (8) auf dem Basis-Substrat (6) als Lötkugel (4) ausgebildet ist, wobei die Lötkugel (4) auf dem Basis-Substrat (6) eine Schnittfläche aufweist.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Substraten (1) im montierten Zustand jeweils im Wesentlichen senkrecht gegenüber dem Basis-Substrat (6) ausgerichtet sind.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lötkugeln (4) auf dem Basis-Substrat (6) unmittelbar an den Rand der Aussparung (9) angrenzen.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittfläche der Lötkugeln (4) auf dem Basis-Substrat (6) im Bereich des maximalen Durchmessers der Lötkugel (4) verläuft.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittfläche der angeschnittenen Lötkugeln (4) auf dem Basis-Substrat (6) unmittelbar an den Rand der Aussparung (9) angrenzen.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittfläche der angeschnittenen Lötkugeln (4) auf dem Basis-Substrat (6) jeweils mit dem Rand der Aussparung (9) fluchten.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittfläche der angeschnittenen Lötkugeln (4) auf dem Basis-Substrat (6) zumindest teilweise eine schräge, von der Flucht der Aussparung (9) abweichende Ausrichtung aufweist.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder elektronischen Bauelemente (2) auf dem Substrat (1) als Lötkugel (4) ausgebildet ist.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 8, wobei die Lötkugeln (4) auf dem Substrat (1) unmittelbar an den Fortsatz (5) des Substrats (1) angrenzen.
Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Lötkugeln (4) auf dem Substrat (1) eine Schnittfläche aufweisen.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 10, wobei die Schnittfläche der Lötkugeln (4) auf dem Substrat (1) im Bereich des maximalen Durchmessers der Lötkugel (4) verläuft.
Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Schnittfläche der angeschnittenen Lötkugeln (4) auf dem Substrat (1) im Wesentlichen senkrecht zur Ausrichtung des Fortsatzes (5) des Substrats (1) ausgerichtet ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die leitfähigen Elemente (8) auf dem Basis-Substrat (6) so angeordnet sind, dass sie mit den elektrischen Kontaktstellen (4) auf den Substraten (1) im montierten Zustand korrespondieren, um einen elektrischen Kontakt herzustellen.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 13, wobei die leitfähigen Elemente (8) auf dem Basis-Substrat (6) und die korrespondieren elektrischen Kontaktstellen (4) auf den Substraten (1) so angeordnet sind, dass sich im montierten Zustand eine Klemmwirkung dazwischen ergibt.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein leitfähiges Element (8) auf dem Basis-Substrat (6) als Kontaktfläche ausgebildet ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder elektronischen Bauelemente (2) auf den Substraten (1) als Kontaktfläche ausgebildet sind.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich der Fortsatz (5) vom Rand an einer Seite des Substrats (1) heraus erstreckt.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an einer Seite des Substrats (1) mehrere Fortsätze (5) vorgesehen sind.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an mehreren Seiten des Substrats (1) jeweils mindestens ein Fortsatz (5) vorgesehen ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abmessungen der Aussparung (9) im Basis-Substrat (6) im Wesentlichen den Abmessungen des Fortsatzes (5) eines Substrats (1) entspricht, so dass sich zwischen der Aussparung (9) im Basis-Substrat (6) und dem Fortsatz (5) eines Substrats (1) im montierten Zustand eine Steckverbindung nach dem Prinzip einer Zapfen/Nut-Verbindung ergibt.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Länge, um die sich der Fortsatz (5) vom Substrat (1) erstreckt, im Wesentlichen der Dicke des Basis-Substrats (6) entspricht.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (9) im Basis-Substrat (6) und der Fortsatz (5) eines Substrats (1) so ausgebildet sind, dass sich zwischen der Aussparung (9) im Basis-Substrat (6) und dem Fortsatz (5) eines Substrats (1) im montierten Zustand eine Klemmwirkung ergibt.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Substrate (1) zumindest einen Chip (10) mit einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen und/oder elektrischen Bauelementen umfasst, der in die Aussparung (9) des Basis-Substrats (6) eingefügt ist.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die integrierten Schaltkreise und/oder elektrischen Bauelemente (2) auf dem Substrat (1) über die elektrischen Kontakte des Substrats (1) und die leitfähigen Elemente (8) auf dem Basis-Substrat (6) elektrisch kontaktiert sind.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das elektronische Bauteil umfassend das Basis-Substrat (6) und die daran angeordneten Substrate (1) zumindest teilweise von einem Gehäuse (G) umgeben sind, wobei zumindest einige der leitfähigen Elemente (8) des Basis-Substrats (6) und/oder der Kontaktstellen (4) der Substrate (1) von außerhalb des Gehäuses (G) kontaktierbar sind.
Elektronisches Bauteil nach Anspruch 25, wobei zumindest einige der leitfähigen Elemente (8) des Basis-Substrats (6) und/oder der Kontaktstellen der Substrate (1) einen Teil der Außenfläche des Gehäuses (G) darstellen.
Elektronisches Bauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest die äußeren Substrate (1) und/oder das Basis-Substrat (6) Schirmungslagen aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Halbleiterbauteils mit einem Basis-Substrat (6) und einer Anzahl von weiteren Substraten (1), die über eine dreidimensionale Verdrahtungsstruktur mit dem Basis-Substrat (6) verbunden sind, umfassend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: – Bereitstellen mindestens eines Substrats (1) mit elektrischen Kontaktstellen und mindestens einem Fortsatz (5), der sich vom Substrat (1) erstreckt, wobei zumindest eine der Kontaktstellen auf dem Substrat (1) als Lötkugel (4) ausgebildet ist, wobei die Lötkugel (4) auf dem Substrat (1) eine Schnittfläche aufweist; – Bereitstellen eines Basis-Substrats (6) mit mindestens einer Aussparung (9), die so ausgebildet ist, dass sie den Fortsatz (5) eines Substrats (1) aufnehmen kann und mit leitfähigen Elementen (8), die im Randbereich der Aussparung (9) angeordnet sind; – Montieren des Substrats (1) auf dem Basis-Substrat (6) durch Einfügen des mindestens einen Fortsatzes (5) des Substrats (1) in einer Aussparung (9) im Basis-Substrat (6); – Kontaktieren der Kontaktstellen (4) auf dem Substrat (1) über die leitfähigen Elemente (8) auf dem Basis-Substrat (6).
Verfahren nach Anspruch 28, ferner umfassend den Schritt des elektrischen Kontaktierens der integrierten Schaltkreise und/oder elektrischen Bauelemente (2) auf dem Substrat (1) über die elektrischen Kontaktstellen (4) des Substrats (1) und die leitfähigen Elemente (8) auf dem Basis-Substrat (6).
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 oder 29, ferner umfassend den Schritt des Verschmelzens der Kontaktstellen der Substrate (1) mit den korrespondierenden leitfähigen Elementen (8) auf dem Basis-Substrat (6) durch Erhitzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, ferner umfassend den Schritt des zumindest teilweisen Einschließens des elektronischen Bauteils umfassend das Basis-Substrat (6) und die daran angeordneten Substrate (1) in ein Gehäuse (G), wobei die leitfähigen Elemente (8) des Basis-Substrats (6) und/oder die Kontaktstellen (4) der Substrate (1) zumindest teilweise von außerhalb des Gehäuses (G) kontaktierbar bleiben.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei an dem Gehäuse eine Schnittfläche (S) derart erzeugt wird, dass jeweils ein Teil der als Lötkugeln (4) ausgebildeten leitfähigen Elemente des Basis-Substrats (6) und/oder der als Lötkugeln (4) ausgebildeten Kontaktstellen (4) der Substrate (1) im Gehäuse (G) verbleibt und die Schnittfläche der Lötkugeln (4) einen Teil der Außenfläche des Gehäuses (G) darstellt und als freiliegender, lötbarer Anschluss verwendbar ist.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Schnittfläche (S) am Gehäuse (G) derart erzeugt wird, dass die Schnittfläche der Lötkugeln (4) senkrecht zur Fläche des Substrats (1) ausgerichtet ist.