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Anwendungsgebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Umformverfahren zur Bildung einer
schützenden
Bauteilgruppe für
elektronische Schaltungen.
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Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf ein Umformverfahren mit Formen einer
schützenden Bauteilgruppe
aus Plastik bzw. Kunststoff für
eine integrierte elektronische Schaltung, welche ein elektronisches
Bauelement aufweist, das von außerhalb
der schützenden
Bauteilgruppe aktiviert wird.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine schützende
Bauteilgruppe aus Kunststoff für
eine in einen Halbleiter integrierte elektronische Schaltung, welche
einen Träger
aufweist, auf dem sich elektronische Bauelemente wie Sensoren befinden,
die von außerhalb
der schützenden
Bauteilgruppe aktiviert werden können.
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Die
Erfindung bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf
ein Verfahren zur Bildung einer schützenden Bauteilgruppe aus Kunststoff
für integrierte
elektronische Bauelemente, wobei die Bauteilgruppe mit einem Fenster
ausgebildet ist, so dass die enthaltenen elektronischen Bauelemente wenigstens
zum Teil von außerhalb
der Bauteilgruppe zugänglich
sind, wobei die folgende Beschreibung mit Bezug auf dieses Anwendungsgebiet
nur zu Darstellungszwecken erfolgt.
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Stand der Technik
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Wie
hinlänglich
bekannt ist, finden elektronische Halbleiterschaltungen mit Drucksensoren
oder optischen Sensoren steigenden Absatz und haben in jüngster Zeit
eine weit verbreitete Akzeptanz gefunden.
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Eine
Lösung
aus dem Stand der Technik zur Integrierung solcher elektronischen
Bauelemente in eine Bauteilgruppe ist in den 1 und 2 gezeigt.
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In
diesen Figuren ist anhand eines Beispiels eine Bauteilgruppe 1 gezeigt,
die durch ein herkömmliches
Formverfahren erhalten wird. Diese Bauteilgruppe 1 ist
im Wesentlichen wannenförmig
ausgebildet und umfasst einen Träger 2 für eine integrierte
Schaltung.
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Im
Spezielleren ist auf dem Träger 2 eine
integrierte Schaltung befestigt, die einen Sensor 3 wie z.B.
einen Näherungs-
oder Drucksensor umfasst, der an eine Steuerschaltung 4 angeschlossen
ist. Die Steuerschaltung 4 steht mit Steueranschlüssen über dünne Leitungsdrähte 4a in
Verbindung, die eine elektrische Verbindung nach außen bereitstellen.
Sowohl der Sensor 3 als auch die Steuerschaltung 4 sind
auf dem Träger 2 mittels
einer Epoxid-Klebstoffschicht 5 befestigt.
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Der
Sensor 3, die Schaltung 4 und der Träger 2 sind
mit einem Umhüllungsgel 6 bedeckt.
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Entlang
ihres Rands ist die Bauteilgruppe 1 durch ein Verschlusselement 7 verschlossen,
das in der Art eines Fensters vorliegen kann, welches aus Glas,
Kunststoff oder einem anderen Werkstoff besteht.
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Dieses
Verschlusselement 7 hat eine Öffnung 8, die mit
dem Sensor 3 ausgerichtet ist. Ein Stift wird durch diese Öffnung 8 gleitend
eingeführt, um
den Sensor 3 von außerhalb
der Bauteilgruppe zu aktivieren.
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Obwohl
sie in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, hat diese Lösung aus
dem Stand der Technik einige Nachteile. Um das Bauelement fertig
zu stellen, muss man zuerst die Bauteilgruppe bilden, dann die Komponenten
in die Bauteilgruppe einsetzen, die Bauteilgruppe dicht verschließen, und
das Element zur Betätigung
des Sensors durch das Fenster der Bauteil gruppe einführen. Bei
solchen Bauelementen ist die Vorgehensweise zum Ausrichten und Positionieren
des Fensters zum Einführen
des den Sensor betätigenden
Elements problembehaftet, wodurch die Bauelementkonstruktion schwierig
zu reproduzieren ist. Andere bekannte Lösungen sind in
US 5 622 873 und
JP 04002152 offenbart, in denen über dem
Sensor nach dem Formschritt eine Schutzschicht vorgesehen wird.
Bei beiden Lösungen
aber wird diese Schutzschicht nach dem Formschritt entfernt.
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Das
dieser Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin,
ein Verfahren zur Bildung einer Bauteilgruppe für elektronische Schaltungen
bereitzustellen, die einen Sensor umfassen, der von außerhalb
der Bauteilgruppe aktiviert werden kann, welches Verfahren geeignete
Konstruktions- und Funktionsmerkmale aufweist, so dass die Bauteilgruppe
mittels herkömmlicher
Formverfahren hergestellt werden kann, während die Beschränkungen der
Lösungen
aus dem Stand der Technik überwunden
werden.
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Es
ist auch das Ziel der Erfindung, eine Form und eine integrierte
Bauteilgruppe mit Sensoren bereitzustellen, die von außerhalb
der Bauteilgruppe aktiviert werden können.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
zur Lösung
führende
Idee dieser Erfindung besteht darin, eine Bauteilgruppe mittels
eines herkömmlichen
Formverfahrens zu bilden, und sie mit einem Fenster zu versehen,
das mit einem integrierten elektronischen Bauelement, beispielsweise einem
Sensor ausgerichtet ist, der in der Bauteilgruppe aufgenommen ist,
aber in Verbindung mit der Außenumgebung
der Bauteilgruppe steht. Wenn das elektronische Bauelement und die
Steuerschaltung auf dem Träger
befestigt sind, wird eine Fläche
des elektronischen Bauelements mit einer aus elastischem Material
bestehenden Abdeckschicht bedeckt, um einen von der Bauelementfläche vorstehenden
Abschnitt auszubilden. Der Träger
wird in eine Form so einge setzt, dass der vorstehende Abschnitt
an der oberen Wand der Form anliegt, wenn diese geschlossen ist.
Dann wird die Form mit einem Isoliermaterial gefüllt, um die Bauteilgruppe mit
ihrem Fenster in einem einzigen Schritt auszubilden, wobei die Abdeckschicht
Teil der oberen, ebenen Fläche der
Bauteilgruppe ist.
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Basierend
auf dieser zur Lösung
führenden Idee
wird das technische Problem gelöst
durch ein Verfahren zur Bildung einer elektronischen Schaltung in
einer schützenden
Bauteilgruppe, wie es vorstehend angegeben wurde und in Anspruch
1 definiert ist.
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Das
Problem wird darüber
hinaus durch eine Bauteilgruppe gelöst, wie sie zuvor angegeben
wurde und im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 definiert ist.
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Die
Merkmale und Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich
aus der nun folgenden Beschreibung einer Ausführungsform davon, die anhand
eines Beispiels und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erfolgt,
und nicht einschränkend
sein soll.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
diesen zeigen:
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1 eine
auseinander gezogene Ansicht, in der schematisch eine schützende Bauteilgruppe für integrierte
Schaltungen nach dem Stand der Technik gezeigt ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer schützenden Bauteilgruppe für integrierte
Schaltungen nach dem Stand der Technik;
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2A eine
Schnittansicht einer schützenden
Bauteilgruppe für
integrierte Schaltungen während
des Formvorgangs;
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2B eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
einer schützenden
Bauteilgruppe aus Kunststoff, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung
ausgebildet ist;
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3 eine
Schnittansicht einer Form, die nicht Teil der beanspruchten Erfindung
ist, und beim Formen einer schützenden
Bauteilgruppe für
integrierte Schaltungen verwendet wird, und zwar am Ende des Formvorgangs
gemäß der Erfindung;
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die 4, 5 und 6 Schnittansichten von
Beispielen einer schützenden
Bauteilgruppe aus Kunststoff am Ende des Formungsschrittes, der
nicht Teil der Erfindung ist.
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Ausführliche Beschreibung
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere auf die Beispiele der 2A und 2B,
ist eine schützende
Bauteilgruppe mit einem Fenster gezeigt, die mit dem Verfahren gemäß dieser
Erfindung ausgebildet wurde.
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2A zeigt
einen Vertikalschnitt einer Einzelform, die einen Hohlraum begrenzt,
obwohl bei herkömmlichen
Formverfahren die Form mehrere aneinander grenzende Formteile mit
Formenhohlräumen
umfasst, um mehrere Bauteilgruppen gleichzeitig zu formen.
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Ein
Leiterrahmen oder Träger 20,
z.B. in Form einer Metallfolie, wird ins Innere des Formenhohlraums
gelegt. Auf dem Leiterrahmen 20 wird eine elektronische
Schaltung befestigt, die einen integrierten elektronischen Sensor 30 umfasst,
z.B. einen Näherungssensor
in Form eines Berührungssensors
oder eines optisch arbeitenden Sensors. Dieser elektronische Sensor 30 wird
am Träger 20 mittels
einer Verbindungsschicht 41 befestigt.
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Die
folgende Beschreibung nimmt Bezug auf diese Sensorarten. Natürlich ist
die Erfindung auch auf alle anderen elektronischen Bauelemente anwendbar,
die, obwohl sie von einer schützenden
Bauteilgruppe umschlossen sind, einen Oberflächenabschnitt haben sollten,
der in Verbindung mit der Umgebung der Bauteilgruppe steht.
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Gemäß der Erfindung
wird über
dem Sensor 30 eine Abdeckschicht 50 vorgesehen.
Diese Abdeckschicht 50 kann aus einem Flüssiggel
bestehen, das im Anschluss polymerisiert und elastisch gemacht wird.
Ein geeigneter Werkstoff für
diese Schicht 50 kann ein Elastomer- oder Silikongel sein.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Abdeckschicht 50 so geformt, dass sie einen
vorstehenden Abschnitt 51 bildet.
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Vorteilhafterweise
ist auf der Kappe des Sensors 30 ein Ring vorgesehen, der
beispielsweise aus Halbleitermaterial gebildet ist. Dieser Ring
(nicht gezeigt) wird mit dem Material der Abdeckschicht 50 gefüllt. Somit
bildet der Ring also einen Damm oder eine Eindämmungsabsperrung für die Abdeckschicht 50.
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Vorteilhafterweise
erzeugt die Abdeckschicht 50 eine Schutzschicht über der
Oberfläche
des Sensors 30, wenn die schützende Bauteilgruppe fertig gestellt
ist.
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3 zeigt
ein Beispiel für
einen Sensor 30, der nicht Teil der beanspruchten Erfindung
ist. Dieser Sensor 30 kann eine transparente Schicht 31,
z.B. aus Glas umfassen, wobei eine Membran 32 aus Halbleitermaterial
darauf aufgelegt ist. Diese Membran 32 hat eine Ausnehmung,
die so angeordnet ist, dass sie der transparenten Schicht 31 zugewandt
ist, um so eine Aussparung 33 zu begrenzen.
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Die
Membran 32 hat vorteilhafterweise eine im Wesentlichen
flache Außenfläche.
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Es
erfolgt nun die Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der
schützenden
Bauteilgruppe aus Kunststoff dieser Erfindung.
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Bei 20 ist
in den 2A und 2B ein
Metallträger
gezeigt, z.B. ein Kühlkörper, auf
den ein mit einer inneren integrierten Schaltung ausgebildeter Rohchip
aufgesetzt ist.
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Die
integrierte Schaltung umfasst einen Sensor 30, der von
außerhalb
der schützenden
Bauteilgruppe 9 aktiviert werden kann und mit einer Steuerschaltung 40 verbunden
ist. Die Schaltung 40 ist über dünne Leitungsdrähte 42 an
Anschlussstifte angeschlossen, wodurch eine externe elektrische
Verbindung bereitgestellt ist.
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Vorteilhafterweise
befindet sich der Träger 20 am
Grund des Formenhohlraums einer herkömmlichen Form 100,
insbesondere innerhalb der Aussparung, die durch die untere Formhälfte 110 gebildet ist.
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Gemäß der Erfindung
wird die Oberfläche des
Sensors 30 wenigstens teilweise mit einer Abdeckschicht 50 überzogen,
z.B. einem Gel, das ein Elastomergel oder ein Silikongel umfasst.
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Diese
Abdeckschicht 50 wird insbesondere so geformt, dass ein
vom Sensor 30 vorstehender Abschnitt 51 gebildet
ist.
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Die
Ausbildung dieses vorstehenden Abschnitts 51 wird verwirklicht
durch ein volumetrisches Auftragen auf die Sensoren, bevor durch
Zerteilen des Wafers die einzelnen Bauelemente erhalten werden,
oder während
des Montageschrittes der Schaltung.
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Alternativ
wird dieser vorstehende Abschnitt 51 gebildet durch ein
Verfahren, das als Siebdrucken bekannt ist und eine präzise Formgebung
des vorstehenden Abschnitts 51 bietet.
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Vorteilhafterweise
ist auf der Oberseite des Sensors 30 eine z.B. ringförmige Absperrung
ausgebildet. Die Abdeckschicht 50 wird dann innerhalb dieser
durch die Absperrung gebildeten Barriere abgeschieden, wobei der
so ausgebildete vorstehende Abschnitt 51 dann von der Absperrung
umgeben ist.
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Der
Träger 20 wird
in den Hohlraum der herkömmlichen
Form 100 eingelegt, und zwar genau in die Aussparung der
unteren Formhälfte 110,
wobei der Sensor 30 an ihm angebracht ist. Außerhalb
der Aussparung werden die Anschlussstifte an die Formhälfte 110 angelegt.
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Dann
werden die obere Formhälfte 120 und die
untere Formhälfte 110 zusammengefahren,
so dass zwischen den beiden Formhälften 110 und 120 wie
in 2A gezeigt ein Aufnahmeraum entsteht.
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Wenn
die obere Formhälfte 120 und
die untere Formhälfte 110 zusammengefahren
sind, liegt der vorstehende Abschnitt 51 an der oberen
Wand des Formenhohlraums der geschlossenen Form an.
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Gemäß der Erfindung
schützt
der vorstehende Abschnitt 51 den Sensor 30 vor
einer möglichen Beschädigung durch
den Druck der oberen Formhälfte 120 auf
die Oberfläche
des Sensors 30, wenn die Formhälfte 120 und die untere
Formhälfte 110 zusammengefahren
sind. Der vorstehende Abschnitt 51 bietet faktisch einen
Dämpfungseffekt.
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Insbesondere
gibt, wenn der vorstehende Abschnitt 51 aus einem Elastomer
oder Silikon besteht und die obere Formhälfte 120 und die untere Formhälfte 110 zusammengefahren
werden, der vorstehende Abschnitt 51 dem Druck von der
Formhälfte 120 nach
und verhindert eine Rissbildung an der Sensoroberfläche.
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Wenn
die beiden Formhälften 110 und 120 zusammengefahren
sind, wird der Schritt des Bildens der schützenden Bauteilgruppe 9 ausgeführt.
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Über einen
Einlass 60 und Spritzkanäle (nicht gezeigt) wird ein
Kunststoffmaterial wie z.B. ein Epoxidharz mit Druck in geschmolzenem
Zustand und bei hoher Temperatur in den Formenhohlraum zwischen
den Formhälften 110 und 120 eingespritzt.
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Dann
folgen hinlänglich
bekannte thermodynamische Prozesse zum Kühlen und Vernetzen des Harzes.
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Als
Ergebnis dessen, dass der vorstehende Abschnitt 51 sich
gegen die obere Wand der oberen Formhälfte 120 abstützt, hat
die Bauteilgruppe 10 schließlich eine Öffnung oder ein Fenster 70 an
der Stelle des Sensors 30.
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Es
werden nun alternative Ausführungsformen
offenbart, selbst wenn sie nicht in den Schutzumfang der Erfindung
fallen.
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In 3 ist
ein Beispiel gezeigt. Eine Form 10 umfasst im Wesentlichen
zwei Teile: eine untere Formhälfte 11 und
eine obere Formhälfte 12.
Wenn die beiden Formhälften
zusammengefahren sind, ist ein Raum oder ein Formenhohlraum definiert,
der die elektronische Schaltung aufnimmt.
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Gemäß diesem
Beispiel hat die obere Formhälfte 12 einen
innenseitig vorstehenden Ansatz 13, der darin mittig vorspringt,
und zwar ungefähr
an der Stelle des Sensors 30. Dieser Ansatz 13 ist
so angeordnet, dass sich, wenn die Formhälfte 12 und die untere
Formhälfte 11 aufein ander
gesetzt sind, der Ansatz 13 gegen die den Sensor bedeckende
Schicht 50 abstützt
oder sie wenigstens berührt.
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Der
Ansatz 13 ist vorteilhafterweise im Wesentlichen zylinderförmig und
hat dieselbe Breite wie die Abdeckschicht 50.
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In
einem alternativen Beispiel kann der Ansatz 13 im Wesentlichen
wie ein Kegelstumpf geformt sein.
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Die
Unterseite des Ansatzes 13 hat vorteilhafterweise eine
kleinere Fläche
als die Oberseite des Sensors, und demzufolge eine kleinere Fläche als
der vorstehende Abschnitt 51.
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Wenn
also die obere Formhälfte 12 und
die untere Formhälfte 11 zusammengefahren
sind, ist der Ansatz 13 so platziert, dass er sich gegen
den vorstehenden Abschnitt 51 abstützt.
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Wenn
der Ansatz 13 die Form eines Kegelstumpfs hat, dann weist
das Fenster 70 Wandungen auf, die nach innen zum Sensor 30 hin
laufen.
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Bei
diesem Beispiel ist es nur notwendig, dass sich der vorstehende
Abschnitt 51 am Ansatz 13 abstützt, so dass die Ausbildung
des vorstehenden Abschnitts 51 weniger kritisch ist.
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In 5 ist
eine Bauteilgruppe 9 gezeigt, die entsprechend einem Beispiel
geformt wurde, und zwar für
den Fall mit einem darin integrierten Drucksensor 30.
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In
diesem Fall sind sowohl der Träger 20 als auch
die Glasschicht 31 des Sensors 30 mit einer Öffnung 80 ausgebildet,
die unter der Membran 32 in die Aussparung 33 mündet.
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Auch
hier kann eine Bauteilgruppe 9 mit einem mit dem Sensor 30 ausgerichteten
Fenster 70 unter Verwendung einer herkömmlichen Form 100 und
unter Ausbildung des vom Sensor 30 vorstehenden Abschnitts 51 erhalten
werden, oder durch Verwendung einer Form 10 mit einem Ansatz 13.
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Das
Verfahren dieser Erfindung kann vorteilhafterweise auch bei einer
integrierten Schaltung verwendet werden, die mit optischen Sensoren
versehen ist.
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In
einem weiteren, in 6 gezeigten Beispiel ist auf
dem Träger 20 ein
optischer Sensor 30a befestigt. Der Sensor 30a wird
vor den Formschritten mit einer Abdeckschicht 50 überdeckt,
um die schützende
Bauteilgruppe 9 gemäß dieser
Erfindung zu erzeugen.
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Bei
diesem Beispiel ist die Abdeckschicht 50 für UV-Strahlung
durchlässig.
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Abschließend ist
festzuhalten, dass mit dem Verfahren gemäß der Erfindung eine schützende Bauteilgruppe
aus Kunststoff, in der ein Sensor integriert ist, der von außerhalb
der Bauteilgruppe aktiviert werden kann, mithilfe eines herkömmlichen Formverfahrens
hergestellt werden kann.
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Eine
Bauteilgruppe mit elektronischen Bauelementen, die mithilfe des
Verfahrens gemäß dieser Erfindung
erhalten wird, ermöglicht
genauere Herstellungsprozesse.