DE102012222491A1

DE102012222491A1 - Elektronisches Bauteil mit einem gespritzten Bauteilgehäuse

Info

Publication number: DE102012222491A1
Application number: DE102012222491.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Rojahn; Eberhard HAISS; Matthias TAGLIEBER; Thomas Schrimpf; Matthias Ludwig; Andreas Blum
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US9408319B2; US20140158420A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit einem gespritzten Bauteilgehäuse, einem im Bauteilgehäuse eingebetteten elektrisch leitfähigen Einlegeteil zur Kontaktierung eines Mikrobauelements, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des Mikrobauelements mit einem von dem Mikrobauelement beabstandeten Teilbereich zur Entkopplung des Mikrobauelements von Material-Spannungen des Bauteilgehäuses aufweist.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit einem gespritzten Bauteilgehäuse, wobei ein elektrisch leitfähiges Einlegeteil zur Kontaktierung eines Mikrobauelements in dem Bauteilgehäuse eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Aufnahmebereich zur Aufnahme des Mikrobauelements an dem Einlegeteil ein von dem Mikrobauelement beabstandeter Teilbereich das Mikrobauelement von Material-Spannungen des Bauteilgehäuses während des Aushärtens des Gehäusematerials entkoppelt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Bauteil mit einem gespritzten Bauteilgehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einem Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, insbesondere zur Verwendung in der Fahrzeugtechnik.
Solche elektronischen Bauteile sind allgemein bekannt. Die Herstellung elektronischer Bauteile mit einem Mikrobauelement, wie beispielsweise Drehratensensoren oder Beschleunigungssensoren, umfassen insbesondere die Herstellung einer Lötverbindung zwischen dem Mikrobauelement und einer zur Aufnahme des Mikrobauelements vorgesehenen Leiterplatine. Ein alternatives Herstellungsverfahren umfasst das Einklemmen des Mikrobauelements auf einem Einlegeteil.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2008 006 707 A1 ein Sensor mit einem Sensorgehäuse, mit einem darin angeordneten Sensormodul und einem Einlegeteil bekannt. Dabei ist das Sensormodul an zwei gegenüberliegenden Außenflächen mit dem Einlegeteil verbunden. Weiterhin ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2009 026 804 A1 ein Verfahren zur Herstellung elektronischer Bauteil bekannt, wobei in einem Rahmen angeordnete Einheiten aus Einlegeteilen mit einem eingeklemmten Mikrobauelement jeweils mit einem separaten ersten Überzug umspritzt werden. Die umspritzten Einheiten werden dabei aus dem Rahmen getrennt und anschließend mit einem zweiten Überzug umspritzt.
Die Herstellung solcher elektronischer Bauteile kann nachteilhaft zu einer Beschädigung des Mikrobauelements auf Grund von auf das Mikrobauelement übertragenen Material-Spannungen des Bauteilgehäuses, beispielsweise beim Umspritzen einer Einheit aus Einlegeteil und Mikrobauelement mit einem Gehäusematerial und/oder während des Aushärtens des Gehäusematerials, führen. Besonders ein leicht zu beschädigendes Mikrobauelement mit hochempfindlichen Komponenten, insbesondere ein mikroelektromechanischer Sensor, beispielsweise ein Drehratensensor, erfordert jedoch einen besonders guten und zugleich kostengünstigen Schutz gegenüber Material-Spannungen, insbesondere thermomechanischen Belastungen und/oder mechanische Spannungen. Die aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen Bauteile sind, vor allem bei kostenkritischen Herstellungsverfahren und insbesondere bei der Bereitstellung eines geeigneten Gehäusematerials zum Umspritzen, nicht hinreichend vor solchen Belastungen geschützt. Insbesondere ist die Herstellung elektronischer Bauteile mit sehr empfindlichen Komponenten, wie es beispielsweise bei Drehratensensoren der Fall ist, zusätzlich mit einem erhöhten Aufwand verbunden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektronisches Bauteil zur Verfügung zu stellen, welches einen kostengünstigen Schutz des Bauteils vor auftretenden Belastungen, insbesondere während des Herstellungsprozesses, ermöglicht.
Das erfindungsgemäße elektronische Bauteil mit einem gespritzten Bauteilgehäuse und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eine elektronischen Bauteils gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein einfacher und kostengünstiger Schutz des Mikrobauelements gegenüber Material-Spannungen, insbesondere thermomechanischen Belastungen und/oder insbesondere von dem Bauteilgehäuse auf das Mikrobauelement übertragene mechanische Spannungen, bereitgestellt wird. Weiterhin ist es mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Bauteil vorteilhaft möglich, Signalverfälschungen mittels eines insbesondere elektrisch leitfähig ausgebildeten Teilbereichs zu vermeiden. Insbesondere wird dadurch die elektromagnetische Verträglichkeit des elektronischen Bauteils verbessert. Die Mikrobauelemente sind insbesondere mikroelektromechanische Sensoren, beispielsweise Drehratensensoren oder Beschleunigungssensoren, wobei das erfindungsgemäße Bauteil, welches ein solches Mikrobauelement aufweist, beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt wird.
Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, das Mikrobauelement über am Einlegeteil angeordnete elektrisch leitfähige Kontaktstifte an externe Systeme, beispielsweise in einem Fahrzeug, anzuschließen. Bevorzugt wird das Mikrobauelement in dem Aufnahmebereich derart angeordnet, dass der Teilbereich einen Schutz des Mikrobauelements vor externen oder vom Bauteilgehäuse herrührenden Beeinträchtigungen, insbesondere vor mechanische Spannungen des Bauteilgehäuses und/oder ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte, bietet. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, den Teilbereich vom Mikrobauelement beabstandet anzuordnen, um eine Art Pufferbereich zwischen Bauteilgehäuse und Mikrobauelement zu bilden.
Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung des elektronischen Bauteils ein das Mikrobauelement umgebender Abstandhalter zur Verbesserung einer Lagetoleranz bei einer Bestückung des Einlegeteils mit dem Mikrobauelements eingesetzt, welcher den Spalt ausfüllt und insbesondere nach der Positionierung und/oder Ausrichtung des Mikrobauelements entfernt wird. Weiterhin weist der Teilbereich Insbesondere Führungsnuten zur Aufnahme eines Deckels auf. Dadurch ist es vorteilhaft möglich das Mikrobauelement auch von der Oberseite her in der bereits beschriebenen Weise zu schützen. Weiterhin sind insbesondere der Teilbereich und/oder der Deckel elektrisch leitfähig zur Verbesserung der Elektromagnetischen Verträglichkeit ausgebildet. Besonders bevorzugt wird ein Vorumspritzling zur Fixierung des Einlegeteils, und insbesondere der gebogenen Wandungen, zur Sicherstellung eines ausreichenden Schutzes der aus Einlegeteil und Mikrobauelement gebildeten Einheit während des Spritzgussprozesses am Einlegeteil angebracht. Das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit einem gespritzten Bauteilgehäuse aufweisend ein Gehäusematerial umfasst insbesondere einen ersten Herstellungsschritt, wobei ein elektrisch leitfähiges Einlegeteil mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Mikrobauelements bereitgestellt wird. Insbesondere in einem zweiten Herstellungsschritt entkoppelt ein im Aufnahmebereich des Einlegeteils und von dem Mikrobauelement beabstandeter Teilbereich, insbesondere während des Aushärtens des Gehäusematerials, das Mikrobauelement von mechanischen Spannungen des Bauteilgehäuses. In einem dritten Herstellungsschritt wird insbesondere das Einlegeteil mit dem Mikrobauelement zur Bildung einer Einheit bestückt und insbesondere in einem vierten Herstellungsschritt zur Bildung eines Gehäuses die Einheit zumindest teilweise umspritzt. Hierdurch wird besonders vorteilhaft ein vergleichsweise hoher und kostengünstiger Schutz eines hochempfindlichen Mikrobauelements während der Herstellung realisiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Teilbereich des Einlegeteils zur Entkopplung des Mikrobauelements von Material-Spannungen teilweise gebogen ausgebildet ist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, das Mikrobauelement vor Beeinträchtigungen durch das Bauteilgehäuse zu schützen. Der gebogene oder abgewinkelte Teilbereich, auch als Wandung bezeichnet, ist dabei insbesondere derart angeordnet, dass der Teilbereich das Mikrobauelement zumindest teilweise umschließt. Bevorzugt ist die Wandung in zumindest einem Teilbereich L-förmig ausgebildet, um insbesondere zusammen mit zumindest einer weiteren Wandung einen fast vollständig geschlossenen Rahmen um das Mikrobauelement zu bilden. Das Mikrobauelement weist eine parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Mikrobauelements angeordnete Oberseite und eine gegenüberliegend parallel zur Oberseite angeordnete Unterseite auf. Weiterhin weist das, insbesondere quaderförmig ausgebildete, Mikrobauelement einen das Mikrobauelement umschließenden Seitenbereich auf. Das Mikrobauelement wird dabei mit der Unterseite im Aufnahmebereich des Einlegeteils positioniert. Die Wandung ist insbesondere innerhalb der Haupterstreckungsebene des Mikrobauelements derart von dem Seitenbereich des im Aufnahmebereich des Einlegeteils angeordneten Mikrobauelements angeordnet, dass zwischen der Wandung und dem Mikrobauelement ein eine Spaltbreite aufweisender Spalt ausgebildet ist. Die Spaltbreite ist insbesondere derart gewählt, dass das Mikrobauelement nicht bewegt werden kann, und insbesondere eine ungewollte Klapperbewegung des Mikrobauelements nicht möglich ist. Weiterhin weist der Teilbereich Insbesondere Führungsnuten zur Aufnahme eines Deckels auf. Dadurch ist es vorteilhaft möglich das Mikrobauelement auch von der Oberseite her in der bereits beschriebenen Weise zu schützen. Insbesondere sind der Teilbereich und/oder der Deckel elektrisch leitfähig zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Einlegeteil zur Positionierung und/oder Ausrichtung des Mikrobauelements eine, insbesondere gestanzte, Passermarke aufweist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, das Mikrobauelement mittels der Passermarke vergleichsweise präzise in dem Aufnahmebereich und insbesondere mit einem definiert Abstand zum Teilbereich zu positionieren und auszurichten. Insbesondere weist das Mikrobauelement eine elektrisch leitfähige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mit dem Einlegeteil auf, wobei das Mikrobauelement insbesondere auf das Einlegeteil mittels eines Lötmittels gelötet und/oder mittels eines leitfähigen Klebers geklebt ist. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, insbesondere das hochempfindliche Komponenten aufweisende Mikrobauelement mit dem Einlegeteil ohne eine Beschädigung des Mikrobauelements, wie beispielsweise auf Grund der von einer beim Einklemmen des Mikrobauelements mittels einer Haltelasche herrührenden Klemmkraft, zu verbinden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Mikrobauelement drei, insbesondere dreieckig angeordnete, Lötkontaktbereiche oder vier, insbesondere viereckig angeordnete, Lötkontaktbereiche zur Kontaktierung des Einlegeteils aufweist, wobei insbesondere das Mikrobauelement ein Land-Grid-Array oder ein Ball-Grid-Array aufweist.
Dadurch ist es vorteilhaft möglich, bei dreieckig an der Unterseite des Mikrobauelements angeordneten Lötkontaktbereichen auf das Mikrobauelement einwirkende mechanische Spannungen zu reduzieren und/oder eine Kippbewegung des Mikrobauelements weitestgehend zu verhindern. Bei viereckiger Anordnung der Lötkontaktbereiche an der Unterseite des Mikrobauelements ist es vorteilhaft möglich die als Einschwimmen bezeichnete Ausrichtung des Mikrobauelements im Aufnahmebereich zu verbessern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Einlegeteil eine Struktur, insbesondere eine Mulde, zur Vergrößerung des Abstandes zwischen Mikrobauelement und Aufnahmebereich des Einlegeteils in eine zu einer Haupterstreckungsebene des Aufnahmebereichs senkrechten Kontaktrichtung aufweist.
Dadurch ist es vorteilhaft möglich, das Mikrobauelement besser vor insbesondere thermisch induzierten oder mechanischen, Material-Spannungen zu schützen und/oder die Haftung des Mikrobauelements bei auftretenden Scherkräften zu verbessern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass an dem Mikrobauelement drei, insbesondere dreieckig angeordnete, Lötkontaktbereiche oder vier, insbesondere viereckig angeordnete, Lötkontaktbereiche zur Kontaktierung des Einlegeteils ausgebildet werden, wobei insbesondere an dem Mikrobauelement ein Land-Grid-Array oder ein Ball-Grid-Array ausgebildet wird. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, bei einer dreieckigen Anordnung der Lötkontaktbereiche eine Kippbewegung des Mikrobauelements und/oder mechanische Spannungen auf das Mikrobauelement zu reduzieren und bei viereckiger Anordnung das Einschwimmen des Mikrobauelements, insbesondere während des Lötens, zu verbessern und die mechanische Scherfestigkeit des Mikrobauelements auf dem Einlegeteil zu verbessern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf dem Einlegeteil eine Struktur, insbesondere eine Mulde, zur Vergrößerung des Abstandes zwischen Mikrobauelement und Aufnahmebereich des Einlegeteils in eine zu einer Haupterstreckungsebene des Aufnahmebereichs senkrechte Kontaktrichtung ausgebildet wird.
Dadurch ist es vorteilhaft möglich, durch thermisch induzierte mechanische Spannungen hervorgerufene Beeinträchtigungen des Mikrobauelements zu vermindern.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
1 eine schematische Draufsicht des elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Draufsicht des Einlegeteils gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 eine schematische Draufsicht des Einlegeteils mit einem Mikrobauelement gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Seitenansicht des Einlegeteils gemäß der vorliegenden Erfindung
5 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Einlegeteils mit einem Mikrobauelement gemäß der vorliegenden Erfindung,
6 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Einlegeteils mit einem Mikrobauelement gemäß der vorliegenden Erfindung,
7 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Mikrobauelements gemäß der vorliegenden Erfindung und
8 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Mikrobauelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist eine schematische Draufsicht des elektronischen Bauteils 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches beispielsweise zur Integration in ein Fahrzeug (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Das elektronische Bauteil 1 weist ein gespritztes Bauteilgehäuse 10 und eine darin eingebettete Einheit aus einem Einlegeteil 20 und einem Mikrobauelement 30, insbesondere einen mikroelektromechanischen Sensor, beispielsweise einen Drehratensensor oder einen Beschleunigungssensor, auf. Das Einlegeteil 20 weist einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift 21 und einen weiteren elektrisch leitfähigen Kontaktstift 21‘ auf, welche zur Herstellung eines Kontaktes zwischen dem im gespritzten Bauteilgehäuse 10 des Bauteils 1 eingebetteten Mikrobauelement 30 und einer Vorrichtung, beispielsweise einem elektrischen Fahrzeugsystem, konfiguriert sind. Das Mikrobauelement 30 weist ferner eine dem Aufnahmebereich 22 des Einlegeteils 20 abgewandte Oberseite (nicht dargestellt) und eine dem Einlegeteil 20 zugewandte, der Oberseite gegenüberliegende, Unterseite (nicht dargestellt) auf. Besonders bevorzugt weist das Einlegeteil 20 einen Aufnahmebereich 22 zur Aufnahme des, insbesondere flächig erstreckten, Mikrobauelements 30 auf. Das Mikrobauelement 30 ist dabei an der Unterseite im Aufnahmebereich 22 des Einlegeteils 20 mit dem Einlegeteil 20 elektrisch leitfähig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Bevorzugt weist zumindest der Aufnahmebereich 22 des Einlegeteils 20 eine Haupterstreckungsebene 100 auf, wobei das, die insbesondere flächige Erstreckung aufweisende, Mikrobauelement 30, insbesondere mit der flächigen Erstreckung parallel zur Haupterstreckungsebene 100, im Aufnahmebereich angeordnet ist.
Weiterhin weist das Einlegeteil 20 einen gebogenen Teilbereich 23 und insbesondere einen gebogenen weiteren Teilbereich 23‘ auf. Der Teilbereich 23 und der weitere Teilbereich 23‘ weisen jeweils eine senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 des Aufnahmebereichs 22 angeordnete Seitenfläche (nicht dargestellt) auf, welche zum rahmenartigen Umschließen des Mikrobauelements 30 konfiguriert sind, wobei die Seitenflächen das Mikrobauelement zumindest teilweise, vorzugsweise fast vollständig, umschließen. Weiterhin sind der gebogene Teilbereich 23 und der weitere Teilbereich 23‘ in eine Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene 100 des Aufnahmebereichs 22 derart von dem Mikrobauelement 30 beabstandet, dass ein eine Spaltbreite aufweisender Spalt 40 zwischen dem Teilbereich 23 und dem Mikrobauelement und ein weiterer Spalt 40‘ zwischen dem weiteren Teilbereich 23‘ und dem Mikrobauelement 30 an einer dem Spalt 40 gegenüberliegenden Seite des Mikrobauelements 30 ausgebildet wird.
In 2 ist eine schematische Draufsicht des Einlegeteils gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Einlegeteil 20 wird insbesondere als gestanztes Einlegeteil 20 bereitgestellt, wobei das Einlegeteil 20 einen Kontaktstift 21 und einen weiteren Kontaktstift 21‘ aufweist. Die Kontaktstifte 21, 21‘ sind dabei beispielsweise zur Versorgung des Mikrobauelements mit elektrischer Energie und/oder zur Signalübertragung konfiguriert. Der Teilbereich 23 des Einlegeteils 20 und der weitere Teilbereich 23‘ des Einlegeteils 20 sind jeweils zur Ausbildung eines den Aufnahmebereich 22, insbesondere des im Aufnahmebereich 22 positionierten Mikrobauelements 30, umschließenden rahmenartigen, insbesondere eines zu einer dem Einlegeteil 20 abgewandten Seite geöffneten käfigförmigen oder korbförmigen, Gebildes konfiguriert. Hierbei werden die Teilbereiche 23, 23‘ jeweils an den dafür vorgesehenen Sollbiegestellen 24, 24‘ parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung 102 der entlang der Haupterstreckungsrichtung parallel zueinander angeordneten Kontaktstifte 21, 21‘ gebogen. Die Teilbereiche 23, 23‘ werden dabei in eine zur Haupterstreckungsrichtung 100 des Aufnahmebereichs 22 senkrechte Richtung 103 gebogen. Weiterhin sind an den gestanzten Einlegeteile jeweils an zwei gegenüberliegenden Enden der Teilbereiche 23, 23‘ weitere Sollbiegestellen 25, 25‘ zur Ausbildung eines zumindest teilweise L-förmigen Teilbereichs angeordnet, wobei der L-förmige Teilbereich die L-Form in einer Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene 100 des Aufnahmebereichs 22 aufweist.
Insbesondere sind an dem Teilbereich 23 Führungsnuten 26 und an dem weiteren Teilbereich 23‘ weitere Führungsnuten 26‘ zur Aufnahme eines auf die das Mikrobauelement 30 zumindest teilweise seitlich umschließende gebogenen Teilbereiche gelegten, und insbesondere mit dem Teilbereich verlöteten, Deckels (nicht dargestellt). Zur weiteren Steigerung der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere zum Schutz vor Signalverfälschungen, ist der Deckel insbesondere wie auch die Teilbereiche 23, 23‘ elektrisch leitfähig ausgebildet. Das Mikrobauelement 22 weist bevorzugt drei an drei unterschiedlichen Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnete Lötkontaktbereiche 34, 34‘, 36 zur Kontaktierung des Einlegeteils 20 auf. Mit der dreieckigen Anordnung der Lötkontaktbereiche 34, 34‘, 36 ist es vorteilhaft möglich, mechanische Spannung auf das Mikrobauelement 30 zu vermindern. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich durch die Wahl der Lage der dreieckigen Anordnung der Lötkontaktbereiche 34, 34‘, 36 eine Kippbewegung des Mikrobauelements 30 zu vermeiden und so einen besseren Halt des Mikrobauelements 30 im Aufnahmebereich 22 des Einlegeteils 20 sicherzustellen.
Weiterhin bevorzugt sind die Lötkontaktbereiche 34, 34‘, 35, 35‘ an vier unterschiedlichen Ecken eines Quadrats oder Rechtecks angeordnet. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich ein verbessertes Einschwimmen des Mikrobauelements 30, insbesondere beim Löten oder Verkleben auf das Einlegeteil 20, eine erhöhte mechanische Scherfestigkeit des Mikrobauelements 30 auf dem Einlegeteil 20 zu erzielen.
Jeder Lötkontaktbereich 34, 34‘, 35, 35‘, 36 weist insbesondere 1 bis 5 Teilkontaktstellen 33 auf, wobei in 2 beispielhaft drei solcher Teilstellten dargestellt sind.
Insbesondere sind im Aufnahmebereich 22 des Einlegeteils 20 an den für eine optimale Position des Mikrobauelements 30 vorgesehenen Stellen, insbesondere gestanzte, Lötkontaktmulden (nicht dargestellt) zur besonders einfachen, insbesondere automatisierten, Positionierung und Ausrichtung des Mikrobauelements 30 auf dem Einlegeteil 20 ausgebildet. Weiterhin ist auf dem Einlegeteil 20 eine als Passermarke 27‘ bezeichnet, insbesondere kreisförmige oder kreuzförmige, Markierung 27‘ angebracht, insbesondere gestanzt, um eine besonders präzise Positionierung und Ausrichtung des Mikrobauelements 30 durch einen Bestückerautomaten (nicht dargestellt) mit einer Lagegenauigkeit im Mikrometerbereich zu erreichen.
Insbesondere sind weiterhin ein oder mehrere gestanzte Löcher 41 im Einlegeteil 20 in einem Bereich ausgebildet, in dem ein Kurzschluss zwischen auf der Unterseite des Mikrobauelements 30 an benachbarten Stellen angeordneten Messkontaktpunkten (nicht dargestellt) des Mikrobauelements 30 zu vermeiden ist. Ein Kurzschluss kann dabei beispielsweise von Lotkugeln oder anderen elektrisch leitfähigen Partikeln hervorgerufen werden.
In 3 ist eine schematische Draufsicht des Einlegeteils 20 mit einem Mikrobauelement 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Der Teilbereich 23 und der weitere Teilbereich 23‘ sind jeweils als in eine zur Haupterstreckungsebene 100 des Aufnahmebereichs 22 des Einlegeteils 20 senkrechte, insbesondere aus der Zeichenebene 100 zu einem Betrachter hin erstreckende, Betrachtungsrichtung hochgebogene Wandungen 23, 23‘ ausgebildet. Die Wandung 23 des Teilbereichs 23 und die weitere Wandung 23‘ des weiteren Teilbereichs 23‘ bilden zusammen eine in der Haupterstreckungsebene 100 das Mikrobauelement 30 korbförmig ausgebildeten, insbesondere auf der dem Einlegeteil 20 abgewandten Seite der Wandung 23 bzw. der weiteren Wandung 23‘ offenen Aufnahmebereich 22 des Einlegeteils 20, worin das Mikrobauelement 30 angeordnet ist. Dabei wird zwischen dem Mikrobauelement 30 und der Wandung ein eine Spaltbreite aufweisender Spalt 40 und zwischen dem Mikrobauelement 30 und der weiteren Wandung ein eine weitere Spaltbreite, insbesondere gleich der Spaltbreite, aufweisender weiterer Spalt 40‘ ausgebildet. Insbesondere sind die Wandung und die weitere Wandung zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit, und beispielsweise zum Schutz des Mikrobauelements 30 vor Signalverfälschungen elektrisch leitfähig ausgebildet. Weiterhin wird durch die Wandung 23 und insbesondere die weitere Wandung 23‘ ein ausreichender Schutz des, insbesondere hochempfindlichen Mikrobauelements, vor mechanischen Spannungen, insbesondere beim Umspritzen der Einheit aus Einlegeteil 20 und Mikrobauelement 30, realisiert.
Insbesondere wird das Einlegeteil 20 zur Ausbildung von Spaltbreiten zwischen dem Mikrobauelement 30 und den Wandung 23, 23‘ derart konfiguriert, dass, insbesondere unter Berücksichtigung der erreichbaren Toleranzen durch den Bestückerautomaten, eine Bewegung des Mikrobauelements 30 parallel zur Haupterstreckungsebene 100 ausgeschlossen ist. Der Bestückerautomat ist insbesondere zur Positionierung und Ausrichtung des Mikrobauelements 30 auf dem Einlegeteil 20, beispielsweise mit einer Genauigkeit von ca. 35–50 Mikrometer, konfiguriert.
Bevorzugt ist ein Vorumspritzling zur Fixierung des Einlegeteils 20 und der das Mikrobauelement 30 zumindest teilweise umschließenden Wandung 23 und weiteren Wandung 23‘ des Teilbereichs 23 und des weiteren Teilbereichs 23‘, insbesondere zur Ausbildung des Bauteilgehäuses 10 während eines Spritzgussprozesses, am Einlegeteil 20 angebracht. Hierdurch wird ein ausreichender Schutz vor Verbiegung und/oder Torsion einzelner Teile der Einheit aus Einlegeteil 20 und Mikrobauelement 30 gegeneinander, insbesondere während des Umspritzens in dem Spritzgussprozess, sichergestellt. Das Vorumspritzling hält dabei das Einlegeteil 20 und die Teilbereiche 23, 23‘ an der vorgesehenen Position relativ zueinander und relativ zum Mikrobauelement 30.
In 4 ist eine schematische Seitenansicht des Einlegeteils 20 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Wandung 23 des Teilbereichs 23 weist eine Schräge 28 und die weitere Wandung 23‘ des weiteren Teilbereichs 23‘ weist eine weitere Schräge 28‘ auf, welche jeweils zur besonders einfachen, und insbesondere automatisierten, Montage des mit einem (nicht dargestellten) Abstandhalter versehenen Mikrobauelements 30 auf dem Einlegeteil 20 vorgesehen sind. Die Spaltbreiten der Spalte 40, 40‘ sind insbesondere zur Aufnahme des Abstandhalters in die jeweiligen Spalte 40, 40‘ konfiguriert. Insbesondere umschließt der Abstandhalter das Mikrobauelement 30 entlang eines Seitenbereichs des Mikrobauelements 30 teilweise rahmenartig zur Verbesserung der Lagetoleranzen. Bevorzugt wird der Abstandhalter nach dem Verbinden des Mikrobauelements 30 mit dem Einlegeteil 20 entfernt. Alternativ weist der Abstandhalter ein das Mikrobauelement 30 vor mechanischen Spannungen schützendes, insbesondere dämpfendes, Material auf, um eine Bewegung des Mikrobauelements 30, insbesondere parallel zur Haupterstreckungsrichtung 100 des Aufnahmebereichs 22 zu verhindern.
In 5 ist eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Einlegeteils 20 mit einem Mikrobauelement 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Mikrobauelement 30 ist an einer dem Einlegeteil 30 zugewandten Unterseite mittels eines leitfähigen Verbindungsmittels 50, insbesondere eines Lötmittels 50 oder eines Klebemittels 50, stoffschlüssig im Aufnahmebereich 22 mit dem Einlegeteil 20 verbunden. Das Mikrobauelement 30 weist insbesondere eine Moldmasse 31 und ein Laminat 32 auf, wobei im Bereich des Laminats 32 das Laminat in einer zur Haupterstreckungsebene 100 des Aufnahmebereichs 22 senkrechte Kontaktrichtung 103 durchdringende Teilkontaktstellen 33 der Lötkontaktstellen 34, 34‘, 35‘, 35‘, 36 ausgebildet sind, wobei in 5 beispielhaft drei Teilkontaktstellen 33 (siehe auch 2) dargestellt sind. Zur Erhöhung des Schutzes des Mikrobauelements vor thermisch induzierten mechanischen Spannungen, und insbesondere zur Verbesserung der Haftung des Mikrobauelements bei, beispielsweise während des Spritzgussprozesses, auftretenden Scherkräften ist eine Anpassung des Abstands zwischen Mikrobauelement 30 und Einlegeteil 20 in Kontaktrichtung 103, beispielsweise mittels Veränderung der Lötmittelmenge, Veränderung der Ausdehnung der Lötkontaktbereiche 34, 34‘, 35‘, 35‘, 36 und/oder der Größe von Kontaktstellen 37 (siehe 7) eines an der Unterseite des Mikrobauelements 30 ausgebildeten Ball Grid Arrays.
In 6 ist eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Einlegeteils 20 mit einem Mikrobauelement 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Einlegeteil 20 weist eine, insbesondere gestanzte, Mulde 51 zur Aufnahme des Verbindungsmittels 50 auf, wobei in einem Randbereich der Mulde 51 eine die Mulde 51 umrahmende spitzförmige Abrisskante 52 ausgebildet ist. Mittels der im Einlegeteil ausgebildeten Mulde 51 ist ein vergleichsweise großer Abstand zwischen Mikrobauelement 30 und Einlegeteil 20 möglich, wobei ein parallel zur Haupterstreckungsrichtung 100 des Aufnahmebereichs 22 die Abrisskante überstehender Lotmeniskus ausgebildet wird.
In 7 ist eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Mikrobauelements 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Mikrobauelement 30 weist an der Unterseite ein Ball Grid Array mit ballförmig ausgebildeten leitfähigen Kontakten 37 auf, wobei insbesondere zur besonders einfachen und präzisen Positionierung Lötkontaktmulden (nicht dargestellt) im Aufnahmebereich 22 Einlegeteils 20 angeordnet sind.
In 8 ist eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Mikrobauelements 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Das Mikrobauelement 30 weist an der Unterseite ein Land Grid Array mit flächig ausgebildeter leitfähiger Kontaktfläche 38 auf. Insbesondere sind das Laminat 32 in Kontaktrichtung 103 durchdringende, insbesondere zwei bis fünf voneinander beabstandete, Teilkontaktstellen 33 im Mikrobauelement 30 ausgebildet. Die Teilkontaktstellen 33 sind insbesondere in Kontaktrichtung 103 an zwei gegenüberliegenden Enden geschlossen, um die Ausbildung von Lötlunkern in Lötkontaktstellen 33 durch Lufteinschluss zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008006707 A1 [0003]
DE 102009026804 A1 [0003]

Claims

Elektronisches Bauteil (1) mit einem gespritzten Bauteilgehäuse (10), einem im Bauteilgehäuse (10) eingebetteten elektrisch leitfähigen Einlegeteil (20) zur Kontaktierung eines Mikrobauelements (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (20) einen Aufnahmebereich (22) zur Aufnahme des Mikrobauelements (30) mit einem von dem Mikrobauelement (30) beabstandeten Teilbereich (23, 23‘) zur Entkopplung des Mikrobauelements (30) von Material-Spannungen des Bauteilgehäuses (10) aufweist.
Elektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich (23, 23‘) des Einlegeteils (20) zur Entkopplung des Mikrobauelements (30) von Material-Spannungen teilweise gebogen ausgebildet ist, wobei insbesondere der Teilbereich (23, 23‘) Führungsnuten (26, 26‘) zur Aufnahme eines Deckels aufweist.
Elektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (20) zur Positionierung und/oder Ausrichtung des Mikrobauelements (30) eine, insbesondere gestanzte, Passermarke (27‘) aufweist und/oder wobei das Mikrobauelement (30) eine elektrisch leitfähige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mit dem Einlegeteil (20) aufweist, wobei das Mikrobauelement (30) insbesondere auf das Einlegeteil (20) mittels eines Lötmittels (50) gelötet und/oder mittels eines leitfähigen Klebers (50) geklebt ist.
Elektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrobauelement (20) drei, insbesondere dreieckig angeordnete, Lötkontaktbereiche (34, 34‘, 36) oder vier, insbesondere viereckig angeordnete, Lötkontaktbereiche (34, 34‘, 35, 35‘) zur Kontaktierung des Einlegeteils (20) aufweist, wobei insbesondere das Mikrobauelement (30) ein Land-Grid-Array (38) oder ein Ball-Grid-Array (37) aufweist.
Elektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil (20) ein Strukturelement (51), insbesondere eine Mulde (51), zur Vergrößerung des Abstandes zwischen Mikrobauelement (30) und Aufnahmebereich (22) des Einlegeteils (20) in eine zu einer Haupterstreckungsebene (100) des Aufnahmebereichs (22) senkrechten Kontaktrichtung (103) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils (1) mit einem gespritzten Bauteilgehäuse (10), wobei ein elektrisch leitfähiges Einlegeteil (20) zur Kontaktierung eines Mikrobauelements (30) in einem Gehäusematerial des Bauteilgehäuses (10) eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Aufnahmebereich (22) zur Aufnahme des Mikrobauelements (30) an dem Einlegeteil (20) ein von dem Mikrobauelement (30) beabstandeter Teilbereich (23) das Mikrobauelement (30) von Material-Spannungen des Bauteilgehäuses (10) während des Aushärtens des Gehäusematerials entkoppelt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Mikrobauelement (30) drei, insbesondere dreieckig angeordnete, Lötkontaktbereiche (34, 34‘, 36) oder vier, insbesondere viereckig angeordnete Lötkontaktbereiche (34, 34‘, 35, 35‘) zur Kontaktierung des Einlegeteils (20) ausgebildet werden, wobei insbesondere an dem Mikrobauelement (30) ein Land-Grid-Array (38) oder ein Ball-Grid-Array (37) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Einlegeteil (20) eine Struktur (51), insbesondere eine Mulde (51), zur Vergrößerung des Abstandes zwischen Mikrobauelement (30) und Aufnahmebereich (22) des Einlegeteils (20) in eine zu einer Haupterstreckungsebene (100) des Aufnahmebereichs (22) senkrechte Kontaktrichtung (103) ausgebildet wird.
Elektronisches Bauteil (1) für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Mikrobauelement (30) einen mikroelektromechanischen Sensor, insbesondere einen Drehratensensor, umfasst.