DE102019129060A1

DE102019129060A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung und elektrische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019129060A1
Application number: DE102019129060.0A
Authority: DE
Inventors: Luis Maier
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Europe GmbH
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-04-29

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung die folgenden Schritte:A) Platzieren einer ersten elektrischen Komponente (1a) auf einer Oberseite (20) eines Trägers (2), wobei ein Zwischenraum (3) zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger unter Verwendung von Abstandshaltern (12) erzeugt wird,B) Aufbringen eines Einkapselungsmaterials (4) auf den Träger, wobei das Einkapselungsmaterial die erste elektrische Komponente bedeckt,C) Erzeugen eines Vakuums zwischen dem Einkapselungsmaterial und dem Träger, wodurch das Einkapselungsmaterial in Richtung des Trägers angesaugt und formschlüssig über die erste elektrische Komponente und den Träger gezogen wird. Ein Loch (22) durchdringt den Träger in dem Bereich, in dem die elektrische Komponente angeordnet ist. Vor Schritt C) verbindet das Loch den Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger mit einem Bereich auf einer Unterseite des Trägers. In Schritt C) wird Gas durch das Loch aus dem Zwischenraum gesaugt, und dadurch wird das Einkapselungsmaterial in den Zwischenraum gesaugt.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung spezifiziert. Darüber hinaus wird eine elektrische Vorrichtung spezifiziert.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt, elektrische Komponenten in einer elektrischen Vorrichtung zu unterfüllen. Eine weitere zu lösende Aufgabe ist es, eine elektrische Vorrichtung bereitzustellen, die mit einem solchen Verfahren hergestellt wird.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A), bei dem eine erste elektrische Komponente auf einer Oberseite eines Trägers platziert wird. Zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger wird mit Hilfe von Abstandshaltern ein Zwischenraum geformt.
Die erste elektrische Komponente ist z.B. ein Chip, auch Die genannt. Die erste elektrische Komponente hat eine elektrische Funktionalität. Die erste elektrische Komponente umfasst beispielsweise einen elektrischen Schalter oder einer integrierten Schaltung oder einem Kondensator oder einem elektrischen Verstärker. Die erste elektrische Komponente kann ein Antennentuner oder ein IC-Chip sein.
Der Träger ist z.B. ein elektrischer Verbindungsträger zur elektrischen Verbindung der ersten elektrischen Komponente. Der Träger umfasst beispielsweise eine Vielzahl von Leiterbahnen zur Versorgung der ersten elektrischen Komponente mit elektrischem Strom. Der Träger kann Verbindungsbereiche zum Verlöten oder Verkleben der ersten elektrischen Komponente mit dem Verbindungsträger umfassen. Die Verbindungsbereiche sind z.B. Metallisierungsbereiche, die vor dem Anbringen der ersten elektrischen Komponente freigelegt werden. Der Träger kann eine gedruckte Leiterplatte oder ein Keramikträger sein.
Mit Hilfe der Abstandshalter wird ein Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger gebildet. Die Abstandshalter verbinden die erste elektrische Komponente mechanisch mit dem Träger. Die Abstandshalter stehen z.B. in direktem Kontakt mit der elektrischen Komponente und mit dem Träger. Die Abstandshalter sind z.B. Löthöcker oder Säulen der elektrischen Komponente oder des Trägers. Eine Höhe der Abstandshalter, senkrecht zur Oberseite des Trägers gemessen, beträgt z.B. mindestens 5 µm oder mindestens 10 µm oder mindestens 20 µm. Dementsprechend hat der Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger eine Höhe von mindestens 5 µm oder mindestens 10 µm oder mindestens 20 µm. In Schritt A) wird der Zwischenraum mit Gas, z.B. Luft, gefüllt. Der gasgefüllte Zwischenraum wird nur von den Abstandshaltern durchbrochen.
Mit anderen Worten, eine dem Träger zugewandte Vorderseite der elektrischen Komponente wird mit Hilfe der Abstandshalter in einem Abstand zur Oberseite des Trägers gehalten.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), bei dem ein Einkapselungsmaterial auf den Träger aufgebracht wird, wobei das Einkapselungsmaterial die erste elektrische Komponente bedeckt. Das Einkapselungsmaterial kann ein dielektrisches Material sein. Zum Beispiel ist das Einkapselungsmaterial ein Vergussmaterial. In einigen Aspekten wird das Einkapselungsmaterial so aufgebracht, dass in einer Draufsicht auf die Oberseite des Trägers das Einkapselungsmaterial die erste elektrische Komponente vollständig bedeckt. Insbesondere kann das Einkapselungsmaterial so aufgetragen werden, dass es eine zusammenhängende Schicht ohne Unterbrechungen bildet, die sich über die erste elektrische Komponente und den Träger erstreckt.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), bei dem zwischen dem Einkapselungsmaterial und dem Träger ein Vakuum, d.h. ein Unterdruck, erzeugt wird. Durch dieses Vakuum wird das Einkapselungsmaterial in Richtung des Trägers gesaugt und formschlüssig über die erste elektrische Komponente und den Träger gezogen. Beim Ansaugen des Einkapselungsmaterials in Richtung des Trägers wird das Einkapselungsmaterial verformt. In Schritt C) ist das Einkapselungsmaterial also ausreichend verformbar.
Das Einkapselungsmaterial wird formschlüssig über die erste elektrische Komponente und den Träger gezogen. Dies bedeutet, dass unter Ausnutzung des Vakuums das Einkapselungsmaterial konform oder formschlüssig auf die erste elektrische Komponente und in den Bereichen neben der ersten elektrischen Komponente auf den Träger aufgelegt wird. „Konform“ oder „formschlüssig“ bedeutet, dass das Einkapselungsmaterial die negative Form der Form des Elements / der Oberfläche annimmt, auf das/die es aufgebracht wird. Insbesondere wird das Einkapselungsmaterial formschlüssig auf der Oberseite des Trägers neben der ersten elektrischen Komponente, auf den senkrecht zur Oberseite verlaufenden Seitenflächen der ersten elektrischen Komponente und auf der Rückseite der ersten elektrischen Komponente, vom Träger abgewandt, aufgetragen. Zusätzlich wird das Einkapselungsmaterial formschlüssig auf die Kanten zwischen den Seitenflächen der ersten elektrischen Komponente und der Oberseite des Trägers sowie auf die Kanten zwischen den Seitenflächen und der Rückseite der ersten elektrischen Komponente aufgelegt.
Nach Schritt C) kann sich das Einkapselungsmaterial noch ohne Unterbrechungen zusammenhängend über die erste elektrische Komponente und den Träger erstrecken. Nach Schritt C) kann das Einkapselungsmaterial in direktem Kontakt mit der ersten elektrischen Komponente und dem Träger stehen. Darüber hinaus kann das Einkapselungsmaterial nach Schritt C), in Draufsicht auf die Oberseite des Trägers gesehen, die erste elektrische Komponente vollständig bedecken. Eine vom Träger abgewandte Seite des Einkapselungsmaterials kann nach Schritt C) flach oder planar oder im wesentlichen flach oder planar sein.
Das Vakuum wird z.B. durch oder mit Hilfe einer Vakuumpumpe erzeugt. Das Gas zwischen dem Einkapselungsmaterial und dem Träger wird z.B. durch einen an die Vakuumpumpe angeschlossenen Schlauch abgesaugt.
Nach Schritt C), z.B. nach Ausschalten der Vakuumpumpe oder nach Entfernen des Schlauches, kann das Einkapselungsmaterial seine Form beibehalten und liegt noch formschlüssig auf der ersten elektrischen Komponente und auf dem Träger auf. Beispielsweise ist das Einkapselungsmaterial nach Schritt C) auf dem Träger und der ersten elektrischen Komponente dauerhaft fixiert, insbesondere dauerhaft verklebt. Um dies zu erreichen, kann ein Klebstoff verwendet werden, der vor Schritt C) auf die erste elektrische Komponente und den Träger und/oder auf das Einkapselungsmaterial aufgetragen wird. Alternativ kann das Einkapselungsmaterial selbstklebend sein.
Nach mindestens einer Ausführungsform durchdringt ein Loch den Träger in dem Bereich, in dem die elektrische Komponente platziert ist. Das Loch durchdringt den Träger vollständig von seiner Oberseite bis zu seiner Unterseite. Vor Schritt C), z.B. in Schritt A) und/oder B), verbindet das Loch den Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger mit einem Bereich auf der Unterseite des Trägers. Mit anderen Worten, der Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger und der Bereich auf der Unterseite des Trägers sind über das Loch im Träger hydrodynamisch gekoppelt. Vor Schritt C) kann durch das Loch Gas zwischen dem Zwischenraum und dem Bereich auf der Unterseite ausgetauscht werden.
Das Loch kann vor oder nach Schritt A) in den Träger eingebracht werden. Zum Beispiel wird das Loch in den Träger gebohrt oder mit einem Laser eingebracht.
Gemäß mindestens einer Ausführung wird in Schritt C) Gas aus dem Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger durch das Loch gesaugt. Dabei wird das Einkapselungsmaterial in den Zwischenraum gesaugt. Mit anderen Worten, im Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger wird ein Vakuum erzeugt. Um das Vakuum auch dann zu erhöhen, wenn das Einkapselungsmaterial im Bereich um die erste elektrische Komponente bereits formschlüssig auf dem Träger liegt, wird das Loch im Träger unterhalb der ersten elektrischen Komponente verwendet, durch das Gas weiter aus dem Zwischenraum abgesaugt werden kann.
Da das Einkapselungsmaterial in Schritt C) verformbar ist, wird das Einkapselungsmaterial in den Zwischenraum gesaugt und füllt den Zwischenraum zumindest teilweise aus. Zum Beispiel wird das Einkapselungsmaterial so in den Zwischenraum gesaugt, dass das Einkapselungsmaterial nach Schritt C) eine Unterfüllung zwischen dem Träger und der ersten elektrischen Komponente bildet, die eine mechanische Unterstützung für die erste elektrische Komponente darstellt. Auf diese Weise werden die Abstandshalter mechanisch entlastet.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung die folgenden Schritte:

A) Platzieren einer ersten elektrischen Komponente auf einer Oberseite eines Trägers, wobei ein Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger unter Verwendung von Abstandshaltern erzeugt wird,
B) Aufbringen eines Einkapselungsmaterials auf den Träger, wobei das Einkapselungsmaterial die erste elektrische Komponente bedeckt,
C) Erzeugen eines Vakuums zwischen dem Einkapselungsmaterial und dem Träger, wodurch das Einkapselungsmaterial in Richtung des Trägers angesaugt und formschlüssig über die erste elektrische Komponente und den Träger gezogen wird. Ein Loch durchdringt den Träger in dem Bereich, in dem sich die elektrische Komponente befindet. Vor Schritt C) verbindet das Loch den Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger mit einem Bereich auf einer Unterseite des Trägers. In Schritt C) wird durch das Loch Gas aus dem Zwischenraum gesaugt und dadurch das Einkapselungsmaterial in den Zwischenraum gesaugt.

Die vorliegende Offenlegung beruht u.a. auf der Erkenntnis, dass das Verkapseln von elektrischen Komponenten, insbesondere von Chips oder Dies, mit Hilfe des Vakuumierens in der Regel nur für elektrische Komponenten möglich ist, die nicht unterfüllt werden sollen, wie z.B. RF-Filterchips. Während des Verkapselungsprozesses wird das Einkapselungsmaterial auf dem Träger und der elektrischen Komponente angesaugt. Der Prozess wird unterhalb der elektrischen Komponente gestoppt, sobald der gasgefüllte Zwischenraum unterhalb der elektrischen Komponente eingeschlossen ist.
Es besteht jedoch der Wunsch, auch elektrische Komponenten, die mit dem Einkapselungsmaterial unterfüllt werden sollen, mit einer Vakuumtechnik zu verkapseln, um die Stabilität der elektrischen Komponente zu erhöhen. In Übereinstimmung mit der Offenlegung kann eine selektive Unterfüllung elektrischer Komponenten erreicht werden, indem Löcher im Träger unterhalb der elektrischen Komponenten, die unterfüllt werden sollen, verwendet werden. Dies ermöglicht die Evakuierung des Zwischenraums unter den elektrischen Komponenten und infolgedessen die Einführung des Einkapselungsmaterials unter die elektrischen Komponenten.
Somit werden elektrische Komponenten mit Löchern an der Unterseite unterfüllt, elektrische Komponenten ohne ein solches Loch an der Unterseite nicht.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wird in Schritt A) eine zweite elektrische Komponente auf der Oberseite des Trägers platziert, wobei ein Zwischenraum zwischen der zweiten elektrischen Komponente und dem Träger mit Hilfe von Abstandshaltern geschaffen wird. Die zweite elektrische Komponente kann neben der ersten elektrischen Komponente platziert werden, jedoch mit einem Abstand zur ersten elektrischen Komponente entlang der Oberseite des Trägers.
Alle Merkmale, die für die erste elektrische Komponente, die Abstandshalter unter der ersten elektrischen Komponente und den Zwischenraum unter der ersten elektrischen Komponente offenbart sind, sind entsprechend auch für die zweite elektrische Komponente, die Abstandshalter unter der zweiten elektrischen Komponente und den Zwischenraum unter der zweiten elektrischen Komponente offenbart.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wird in Schritt B) das Einkapselungsmaterial so aufgebracht, dass es auch die zweite elektrische Komponente bedeckt. Nach dem Aufbringen des Einkapselungsmaterials kann das Einkapselungsmaterial die zweite elektrische Komponente in Draufsicht auf die Oberseite des Trägers vollständig bedecken. Das Einkapselungsmaterial, das die erste elektrische Komponente und die zweite elektrische Komponente bedeckt, kann eine zusammenhängende Schicht ohne Unterbrechungen bilden.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wird in Schritt C) das Einkapselungsmaterial formschlüssig über die zweite elektrische Komponente gezogen. Auch hier wird infolge des erzeugten Vakuums das Einkapselungsmaterial in Richtung des Trägers und der zweiten elektrischen Komponente gesaugt, so dass das Einkapselungsmaterial formschlüssig auf die zweite elektrische Komponente aufgelegt wird.
Gemäss mindestens einer Ausführungsform ist der Träger im Bereich der zweiten elektrischen Komponente gasdicht. Insbesondere ist im Träger unterhalb der zweiten elektrischen Komponente kein Loch, zumindest kein absichtlich eingebrachtes Loch, vorhanden. Da der Träger gasdicht ist, wird der Zwischenraum zwischen der zweiten elektrischen Komponente und dem Träger in einen gasgefüllten Hohlraum umgewandelt, der in Schritt C) durch die zweite elektrische Komponente, den Träger und das Einkapselungsmaterial verschlossen wird.
Mit anderen Worten, nachdem das Einkapselungsmaterial im Bereich um die zweite elektrische Komponente herum auf den Träger gesaugt wurde, bildet sich unterhalb der zweiten elektrischen Komponente ein vollständig geschlossener, gasgefüllter Hohlraum. In dem Hohlraum unter der zweiten elektrischen Komponente kann zwar ein reduzierter Druck vorhanden sein, aber der Druck kann nicht weiter reduziert werden, da der Hohlraum vollständig geschlossen ist und der Träger im Bereich des gasgefüllten Hohlraums kein Loch aufweist, durch das Gas abgesaugt werden könnte.
So kann durch die gezielte Verwendung von Bohrungen unter elektrischen Komponenten entschieden werden, welche elektrischen Komponenten unterfüllt werden sollen und welche einen gasgefüllten Hohlraum darunter haben sollen.
Gemäss mindestens einer Ausführungsform wird in Schritt B) das Einkapselungsmaterial als zusammenhängende Schicht ohne Unterbrechungen aufgebracht. Das Einkapselungsmaterial kann in Form einer solchen Schicht bereits vor dem Aufbringen auf den Träger vorhanden sein. Beispielsweise ist die Schicht des Einkapselungsmaterials selbsttragend.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform basiert das Einkapselungsmaterial auf einem Polymer, zum Beispiel auf einem organischen Polymer, wie Silikon oder Epoxid. Das Einkapselungsmaterial kann ein thermoplastischer oder ein wärmehärtbarer Kunststoff sein. Das Einkapselungsmaterial kann Füllstoffpartikel enthalten, die in das Polymer eingebettet sind. Die Füllstoffpartikel bestehen zum Beispiel aus einem anorganischen Material, wie Si02 oder Ti02. Die Füllstoffpartikel können die Wärmeleitfähigkeit des Einkapselungsmaterials erhöhen, was im Hinblick auf das Wärmemanagement der elektrischen Vorrichtung vorteilhaft sein kann.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform hat das Einkapselungsmaterial in Schritt C) eine Viskosität von höchstens 10⁷ mPa•s oder höchstens 10⁶ mPa•s. Zusätzlich kann die Viskosität mindestens 10³ mPa•s oder mindestens 10⁴ mPa•s betragen, so dass das Einkapselungsmaterial keine Unterbrechungen bildet, wenn es in Richtung des Trägers gesaugt wird.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wird das Einkapselungsmaterial erhitzt, um es vor Schritt C) verformbar zu machen. Beispielsweise wird das Einkapselungsmaterial auf höchstens 50 °C oder höchstens 100 °C oder höchstens 175 °C erhitzt. Vorzugsweise wird die Temperatur unterhalb der Reflow-Temperatur eines Lötmaterials gehalten, das zum Verlöten der elektrischen Komponente(n) mit dem Träger verwendet wird.
Nach mindestens einer Ausführungsform wird das Einkapselungsmaterial nach Schritt C) ausgehärtet, so dass es für den vorgesehenen Betrieb der Komponente formstabil wird. Nach dem Aushärten des Einkapselungsmaterials verformt sich das Einkapselungsmaterial daher weder von selbst noch aufgrund einer mechanischen Belastung, die während des vorgesehenen Betriebs der Komponente auf das Einkapselungsmaterial ausgeübt wird. Das Härten erfolgt z.B. durch Abkühlen des Einkapselungsmaterials nach Schritt C).
Gemäß mindestens einer Ausführungsform füllt das Einkapselungsmaterial nach Schritt C) den Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente und dem Träger zu mindestens 75% oder mindestens 85% oder mindestens 95% oder vollständig aus. Die Werte beziehen sich auf den prozentualen Volumenanteil des durch das Einkapselungsmaterial gefüllten Zwischenraums. Bei bestimmten Aspekten füllt das Einkapselungsmaterial auch das Loch unter der ersten elektrischen Komponente teilweise oder vollständig aus.
Nach mindestens einer Ausführungsform sind die Abstandshalter elektrische Verbindungen, die die erste elektrische Komponente mit dem Träger elektrisch verbinden. Ebenso können die Abstandshalter unter der zweiten elektrischen Komponente elektrische Verbindungen sein, die die zweite elektrische Komponente mit dem Träger elektrisch verbinden. Die erste elektrische Komponente und die zweite elektrische Komponente können über den Träger elektrisch miteinander verbunden sein.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform werden in Schritt A) die erste elektrische Komponente und/oder die zweite elektrische Komponente mit dem Träger verlötet. Bei den Abstandshaltern handelt es sich z.B. um Löthöcker oder Säulen.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist die erste elektrische Komponente ein Halbleiterchip, z.B. ein Schalter oder ein Leistungsverstärker oder ein rauscharmer Verstärker oder ein Antennentuner, oder eine passive Komponente, z.B. eine Induktivität oder ein Kondensator oder ein Widerstand oder ein Tiefpassfilter oder eine integrierte passive Komponente.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist die zweite elektrische Komponente ein RF-Filter oder ein Sensor oder ein Aktuator oder eine MEMS-Komponente (MEMS = micro electro mechanical system). Beispielsweise enthält ein RF-Filter einen oder mehrere elektroakustische Resonatoren, wie einen SAW-Resonator oder einen BAW-Resonator oder einen GBAW-Resonator (SAW = Surface Acoustic Wave, BAW = Bulk Acoustic Wave, GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave). Solche Resonatoren haben eine Elektrodenstruktur kombiniert mit einem piezoelektrischen Material. Die Resonanzfrequenz eines Resonators kann mindestens 500 MHz oder mindestens 1,5 GHz oder mindestens 5 GHz betragen. Die elektrische Vorrichtung kann in Kommunikationsgeräten wie Mobiltelefonen verwendet werden.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist das Loch eine elektrische Durchverbindung, die die Oberseite mit der Unterseite elektrisch verbindet. In diesem Fall wird das Loch teilweise mit einem elektrisch leitenden Material, wie z.B. einem Metall, gefüllt, z.B. beschichtet. Während des bestimmungsgemäßen Betriebs der elektrischen Vorrichtung kann elektrischer Strom zwischen der Oberseite und der Unterseite des Trägers durch das Loch transportiert werden.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist das Loch in Bezug auf die erste elektrische Komponente zentriert. Dies zeigt an, dass sich das Loch in der Mitte der ersten elektrischen Komponente unterhalb der ersten elektrischen Komponente angeordnet ist. Wenn z.B. die erste elektrische Komponente auf die Oberseite des Trägers projiziert wird, ist das Loch in der Mitte des Massenschwerpunkts dieses Vorsprungs angeordnet.
Die Anordnung des Lochs in der Mitte der ersten elektrischen Komponente kann vorteilhaft sein, weil das Einkapselungsmaterial dann symmetrisch aus allen Richtungen in den Zwischenraum gesaugt wird, so dass der Zwischenraum vollständig mit dem Einkapselungsmaterial gefüllt werden kann.
Als nächstes wird die elektrische Vorrichtung spezifiziert. Die elektrische Vorrichtung kann insbesondere mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. So werden alle für das Verfahren offenbarten Merkmale auch für die elektrische Vorrichtung offenbart und umgekehrt.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst die elektrische Vorrichtung eine erste elektrische Komponente, einen Träger mit einer Oberseite und einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite sowie ein Einkapselungsmaterial. Die erste elektrische Komponente wird mit Hilfe von Abstandshaltern auf der Oberseite des Trägers montiert, so dass zwischen der elektrischen Komponente und dem Träger ein Zwischenraum entsteht. Das Einkapselungsmaterial liegt formschlüssig auf dem Träger und der ersten elektrischen Komponente auf. Das Einkapselungsmaterial füllt den Zwischenraum zwischen der ersten elektrischen Komponente teilweise, z.B. zu mindestens 75 Volumenprozent, oder vollständig aus. Der Träger hat eine Aussparung, die den Träger von der Oberseite zur Unterseite durchdringt. Die Aussparung befindet sich im Bereich der ersten elektrischen Komponente.
Beispielsweise liegt das Einkapselungsmaterial rund um die erste elektrische Komponente formschlüssig auf dem Träger auf. Insbesondere umschließt das Einkapselungsmaterial formschlüssig die erste elektrische Komponente und die Oberseite des Trägers.
Die Aussparung kann das ungefüllte oder gefüllte Loch in dem im Verfahren verwendeten Träger sein. Beispielsweise ist die Aussparung seitlich vollständig vom Träger umgeben.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist die Aussparung zumindest teilweise mit dem Einkapselungsmaterial gefüllt. Beispielsweise ist die Aussparung zu mindestens 50% oder mindestens 75% oder vollständig mit dem Einkapselungsmaterial gefüllt. In diesem Fall wird das Einkapselungsmaterial durch Ausfüllen der Aussparung auf dem Träger verankert.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform enthält die elektrische Vorrichtung außerdem eine zweite elektrische Komponente, die auf der Oberseite des Trägers angebracht ist. Die zweite elektrische Komponente wird mit Hilfe von Abstandshaltern auf dem Träger platziert, so dass ein Zwischenraum zwischen der zweiten elektrischen Komponente und dem Träger gebildet wird. Das Einkapselungsmaterial liegt formschlüssig auf der zweiten elektrischen Komponente auf. Zwischen der zweiten elektrischen Komponente und dem Träger wird ein gasgefüllter Hohlraum gebildet. Der gasgefüllte Hohlraum wird durch die zweite elektrische Komponente, den Träger und das Einkapselungsmaterial vollständig geschlossen. Der gasgefüllte Hohlraum wird z.B. durch die zweite elektrische Komponente, den Träger und das Einkapselungsmaterial hermetisch umschlossen. Im Bereich der zweiten elektrischen Komponente ist der Träger besonders gasdicht. Das Gas im Hohlraum ist z.B. Luft. Der Druck im Hohlraum kann unter dem atmosphärischen Druck liegen.
Beispielsweise liegt das Einkapselungsmaterial rund um die zweite elektrische Komponente formschlüssig auf dem Träger auf.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform hat die zweite elektrische Komponente auf einer dem Träger zugewandten Vorderseite einen Funktionsbereich. Der Funktionsbereich befindet sich in dem Hohlraum.
Der Funktionsbereich kann Funktionsstrukturen oder Funktionselemente umfassen. Insbesondere handelt es sich bei den Funktionsstrukturen um Strukturen, die sich im bestimmungsgemäßen Betrieb der zweiten elektrischen Komponente relativ zum Massenschwerpunkt der zweiten elektrischen Komponente bewegen. Die funktionalen Strukturen können sich seitlich und/oder vertikal in Bezug auf den Massenschwerpunkt bewegen. Eine laterale Richtung ist hier definiert als eine Richtung parallel zur Vorderseite der zweiten elektrischen Komponente, und eine vertikale Richtung ist definiert als eine Richtung senkrecht zur Vorderseite der zweiten elektrischen Komponente. Zum Beispiel enthält die zweite elektrische Komponente mindestens einen elektroakustischen Resonator oder mindestens einen Sensor oder mindestens einen Aktuator oder die zweite elektrische Komponente ist ein solcher elektroakustischer Resonator oder Aktuator oder Sensor. Der elektroakustische Resonator ist zum Beispiel ein SAW- oder ein BAW-Resonator. SAW- und BAW-Resonatoren enthalten Elektroden auf einem piezoelektrischen Material. Die funktionellen Strukturen können also Elektroden der Resonatoren sein. Insbesondere überlappt der Funktionsbereich mit einem aktiven Bereich des elektroakustischen Resonators.
Die elektrische Vorrichtung kann eine oder mehrere der ersten elektrischen Komponenten enthalten, wobei alle hier in Verbindung mit der einen ersten elektrischen Komponente offengelegten Merkmale auch für die weitere(n) erste(n) elektrische(n) Komponente(n) offengelegt werden. Ebenso kann die elektrische Vorrichtung eine oder mehrere zweite elektrische Komponenten enthalten, wobei alle hierin für die eine zweite elektrische Komponente offengelegten Merkmale auch für die weitere(n) zweite(n) elektrische(n) Komponente(n) offenbart werden. Zum Beispiel ist die elektrische Vorrichtung ein Multiplexer.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen des Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung und der elektrischen Vorrichtung ergeben sich aus den im Folgenden im Zusammenhang mit den Abbildungen beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen. Gleiche oder ähnliche Elemente sowie Elemente gleicher Funktion werden in den Abbildungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Abbildungen und die Proportionen der in den Abbildungen gezeigten Elemente gelten nicht als maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichten, im Interesse einer besseren Darstellung und/oder eines besseren Verständnisses übertrieben groß dargestellt werden.
Gezeigt sind im Folgenden:

bis zeigen verschiedene Positionen in einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung,
zeigt eine weitere Position in der beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens sowie eine elektrische Vorrichtung.

zeigt eine erste Position in einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung. Ein Träger 2, der z.B. ein Verbindungsträger wie eine Leiterplatte ist, ist vorgesehen. Zusätzlich sind eine erste elektrische Komponente 1a und eine zweite elektrische Komponente 1b vorgesehen. Die erste elektrische Komponente 1a ist z.B. ein Halbleiterchip mit einer integrierten Schaltung (IC-Chip). Die zweite elektrische Komponente 1b ist z.B. ein RF-Filterchip mit elektroakustischen Resonatoren.
Die elektrischen Komponenten 1a, 1b sind beide auf dem Träger 2 platziert, wobei die Frontseiten der Oberseite 20 des Trägers 2 zugewandt sind. Die elektrischen Komponenten 1a, 1b sind jedoch auf dem Träger 2 mit einem Abstand zum Träger 2 angeordnet, der durch Abstandshalter 12, die zwischen den elektrischen Komponenten 1a, 1b und dem Träger 2 verwendet werden, gegeben ist. Auf diese Weise entstehen gasgefüllte Zwischenräume 3 zwischen den elektrischen Komponenten 1a, 1b und dem Träger 2. Die Abstandshalter 12 sind z.B. elektrische Verbindungselemente, wie Löthöcker oder Säulen. Die elektrischen Komponenten 1a, 1b können mit dem Verbindungsträger 2 elektrisch verbunden und über den Träger 2 elektrisch miteinander verbunden werden. Der Träger enthält im Bereich des ersten elektrischen Komponente 1a ein Loch 22, das den Träger 2 von seiner Oberseite 20 zu einer Unterseite 21 des Trägers 2 durchdringt.
In ist ein Einkapselungsmaterial 4 in Form einer zusammenhängenden Schicht ohne Unterbrechungen vorgesehen. Die Schicht ist z.B. selbsttragend. Das Einkapselungsmaterial 4 ist beispielsweise ein dielektrisches Material, wie ein organisches Polymer. Das Einkapselungsmaterial 4 wird auf die elektrischen Komponenten 1a, 1b und auf den Träger 2 aufgebracht.
zeigt eine zweite Position in dem Verfahren. Im Bereich zwischen dem Einkapselungsmaterial 4 und dem Träger 2 wird ein Vakuum erzeugt, so dass das Einkapselungsmaterial 4 in Richtung des Trägers 2 gesaugt wird. Die Pfeile in zeigen die Richtung an, in der das Gas zwischen dem Einkapselungsmaterial 4 und dem Träger 2 abgesaugt wird. Das Vakuum wird z.B. mit Hilfe einer Vakuumpumpe erzeugt.
Durch Ansaugen des Einkapselungsmaterials 4 in Richtung des Trägers wird das Einkapselungsmaterial 4 formschlüssig auf die Oberseite 20 des Trägers 2 und auf die elektrischen Komponenten 1a, 1b gezogen. Das Einkapselungsmaterial 4 wird so zäh gewählt, dass es bei diesem Vorgang nicht reißt. Dadurch bleibt das Einkapselungsmaterial 4 ohne Unterbrechungen zusammenhängend. Um das Einkapselungsmaterial 4 ausreichend verformbar zu machen, wurde es z.B. vor dem Anlegen des Vakuums erhitzt.
zeigt eine dritte Position in dem Verfahren. Die Erzeugung des Vakuums ist noch nicht abgeschlossen. Das Einkapselungsmaterial 4 ist über die erste elektrische Komponente 1a und über die zweite elektrische Komponente 1b gezogen worden und liegt nun formschlüssig auf der Oberseite 20 des Trägers 2 und umgibt die elektrischen Komponenten 1a, ib. Der Zwischenraum zwischen der zweiten elektrischen Komponente 1b und dem Träger 2 ist in einen vollständig geschlossenen, gasgefüllten Hohlraum 5 umgewandelt worden. Der Druck in diesem gasgefüllten Hohlraum 5 kann nicht weiter reduziert werden, da er nun durch den Träger 2, das Einkapselungsmaterial 4 und die elektrische Komponente 1b hermetisch umschlossen ist. Insbesondere weist der Träger 2 unterhalb der zweiten elektrischen Komponente 1b kein Loch auf, durch das Gas weiter abgesaugt werden könnte. Der gasgefüllte Hohlraum 5 unterhalb der zweiten elektrischen Komponente 1b ist vorteilhaft, weil funktionelle Strukturen auf der dem Träger 2 zugewandten Vorderseite der zweiten elektrischen Komponente 1b nun vor mechanischer Belastung und äußeren Einflüssen geschützt sind.
Anders ist die Situation bei der ersten elektrischen Komponente 1a. Durch die Loch 22 unterhalb der ersten elektrischen Komponente 1a kann der Druck im Zwischenraum 3 weiter reduziert werden, obwohl der Zwischenraum 3 seitlich bereits vollständig von dem auf den Träger 2 aufgesaugten Einkapselungsmaterial 4 umgeben ist. Als Folge der Druckreduzierung im Zwischenraum 3 wird das Einkapselungsmaterial 4 in den Zwischenraum 3 gesaugt.
zeigt eine vierte Position in dem Verfahren. Das noch laufende Absaugen und der damit einhergehende Druckabbau im Zwischenraum 3 unterhalb der ersten elektrischen Komponente 1a führt dazu, dass das Einkapselungsmaterial 4 den Zwischenraum 3 vollständig ausfüllt. Das Einkapselungsmaterial 4 wird sogar teilweise in das Loch 22 gesaugt. Auf diese Weise bildet das Einkapselungsmaterial 4 unterhalb der ersten elektrischen Komponente 1a eine Unterfüllung, die die erste elektrische Komponente 1a mechanisch stützt, wodurch die Abstandshalter 12 zumindest teilweise entlastet werden. Gleichzeitig zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer fertigen elektrischen Vorrichtung. Die elektrische Vorrichtung aus kann zum Beispiel in einem Mobiltelefon verwendet werden.
Die hier beschriebene Erfindung wird durch die Beschreibung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen nicht eingeschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, insbesondere auch jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, selbst wenn dieses Merkmal oder diese Kombination an sich nicht ausdrücklich in den Patentansprüchen oder beispielhaften Ausführungsformen genannt ist.
Bezugszeichenliste

1a: erste elektrische Komponente
1b: zweite elektrische Komponente
2: Träger
3: Zwischenraum
4: Einkapselungsmaterial
5: gasgefüllter Hohlraum
12: Abstandhalter
20: Oberseite
21: Unterseite
22: Loch / Aussparung

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung, umfassend: A) Platzieren einer ersten elektrischen Komponente (1a) auf einer Oberseite (20) eines Trägers (2), wobei ein Zwischenraum (3a) zwischen der ersten elektrischen Komponente (1a) und dem Träger (2) unter Verwendung von Abstandshaltern (12) erzeugt wird, B) Aufbringen eines Einkapselungsmaterials (4) auf den Träger (2), wobei das Einkapselungsmaterial (4) die erste elektrische Komponente (1a) bedeckt, C) Erzeugen eines Vakuums zwischen dem Einkapselungsmaterial (4) und dem Träger (2), wodurch das Einkapselungsmaterial (4) in Richtung des Trägers (2) angesaugt und formschlüssig über die erste elektrische Komponente (1a) und den Träger (2) gezogen wird, wobei - ein Loch (22) den Träger (2) in einem Bereich durchdringt, in dem die elektrische Komponente (1a) angeordnet ist, - vor Schritt C) das Loch (22) den Zwischenraum (3) zwischen der ersten elektrischen Komponente (1a) und dem Träger (2) mit einem Bereich auf einer Unterseite (21) des Trägers (2) verbindet, - in Schritt C) Gas durch das Loch (22) aus dem Zwischenraum (3) gesaugt und dadurch das Einkapselungsmaterial (4) in den Zwischenraum (3) gesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei - in Schritt A) eine zweite elektrische Komponente (1b) auf der Oberseite (20) des Trägers (2) angeordnet wird, wobei mit Hilfe von Abstandshaltern (12) ein Zwischenraum (3) zwischen der zweiten elektrischen Komponente (1b) und dem Träger (2) erzeugt wird, - in Schritt B) das Einkapselungsmaterial (4) so aufgebracht wird, dass es auch die zweite elektrische Komponente (1b) bedeckt, - in Schritt C) das Einkapselungsmaterial (4) formschlüssig über die zweite elektrische Komponente (1b) gezogen wird, - der Träger (2) im Bereich der zweiten elektrischen Komponente (1b) gasdicht ist, wodurch in Schritt C) der Zwischenraum (3) zwischen der zweiten elektrischen Komponente (1b) und dem Träger (2) in einen gasgefüllten Hohlraum (5) umgewandelt wird, der durch die zweite elektrische Komponente (1b), den Träger (2) und das Einkapselungsmaterial (4) verschlossen wird.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in Schritt B) das Einkapselungsmaterial (4) als zusammenhängende Schicht ohne Unterbrechungen aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einkapselungsmaterial (4) auf einem Polymer basiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt C) das Einkapselungsmaterial (4) eine Viskosität von höchstens ₁₀ ⁷ mPa•s hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Schritt C) das Einkapselungsmaterial (4) erhitzt wird, um es verformbar zu machen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Schritt C) das Einkapselungsmaterial (4) gehärtet wird, so dass es für den beabsichtigten Betrieb der Vorrichtung formstabil wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Schritt C) das Einkapselungsmaterial (4) den Zwischenraum (3) zwischen der ersten elektrischen Komponente (1a) und dem Träger (2) zu mindestens 75% ausfüllt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Abstandshalter (21) elektrische Verbindungen sind, die die erste elektrische Komponente (1a) mit dem Träger (2) elektrisch verbinden, - in Schritt A) die erste elektrische Komponente (1a) mit dem Träger (2) verlötet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 9 in ihrer Abhängigkeit von Anspruch 2, wobei - die erste elektrische Komponente (1a) ein Halbleiterchip oder eine passive Komponente ist, - die zweite elektrische Komponente (1b) ein RF-Filter oder ein Aktuator oder ein Sensor oder eine MEMS-Komponente ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Loch (22) eine elektrische Durchgangsverbindung ist, die die Oberseite (20) mit der Unterseite (21) elektrisch verbindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Loch (22) in Bezug auf die erste elektrische Komponente (1a) zentriert ist.
Eine elektrische Vorrichtung aufweisend - eine erste elektrische Komponente (1a), - einen Träger (2) mit einer Oberseite (20) und einer der Oberseite (20) gegenüberliegenden Unterseite (21), - ein Einkapselungsmaterial (4), wobei - die erste elektrische Komponente (1a) auf der Oberseite (20) des Trägers (2) unter Verwendung von Abstandshaltern (12) montiert ist, so dass ein Zwischenraum (3) zwischen der elektrischen Komponente (1a) und dem Träger (2) entsteht, - das Einkapselungsmaterial (4) formschlüssig auf dem Träger (2) und der ersten elektrischen Komponente (1a) aufliegt, - das Einkapselungsmaterial (4) den Zwischenraum (3) zwischen der ersten elektrischen Komponente (1a) und dem Träger (2) zumindest teilweise ausfüllt, - der Träger (2) eine Aussparung (22) aufweist, die den Träger (2) von der Oberseite (20) zur Unterseite (21) durchdringt und die sich im Bereich der ersten elektrischen Komponente (1a) befindet.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Aussparung (22) zumindest teilweise mit dem Einkapselungsmaterial (4) gefüllt ist.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei - eine zweite elektrische Komponente (1b) mit Hilfe von Abstandshaltern (12) auf der Oberseite (20) des Trägers (2) platziert ist, - das Einkapselungsmaterial (4) formschlüssig auf der zweiten elektrischen Komponente (1b) aufliegt, - ein gasgefüllter Hohlraum (5) zwischen der zweiten elektrischen Komponente (1b) und dem Träger (2) gebildet ist, - der gasgefüllte Hohlraum (5) durch die zweite elektrische Komponente (1a), den Träger (2) und das Einkapselungsmaterial (4) vollständig geschlossen ist.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei - die zweite elektrische Komponente (1b) einen Funktionsbereich auf einer dem Träger (2) zugewandten Vorderseite hat, - sich der Funktionsbereich in dem Hohlraum befindet (5).
Elektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Einkapselungsmaterial (4) auf einem Polymer basiert.
Elektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Einkapselungsmaterial (4) den Zwischenraum (3) zwischen der ersten elektrischen Komponente (1a) und dem Träger (2) zu mindestens 75% ausfüllt.
Elektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die erste elektrische Komponente (1a) ein Halbleiterchip oder eine passive Komponente ist.
Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 15 oder einem der Ansprüche 16 bis 19 in seiner Abhängigkeit von Anspruch 15, wobei die zweite elektrische Komponente (1b) ein RF-Filter oder ein Aktuator oder ein Sensor oder eine MEMS-Komponente ist.