TW201810449A - 包含載體及殼體的裝置，以及製造包含構件的裝置的方法 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種包含一載體(3)及一殼體(4)之一裝置(1)。該殼體(4)佈置於該載體(3)上，且限定用於容納至少一個構件(16)之一空腔(9)。在該空腔(9)中，由一第一材料製備的鈍化區(19)設置於一第一區域(21)中，且由一第二材料製備之鈍化區設置於不同於該第一區域(21)之一第二區域(22)中。該第一材料與該第二材料相比具有一較高彈性模數及/或一較高硬度，其中該第一區域(21)覆蓋該載體(3)之一子區(20)，且該第二區域(22)覆蓋該殼體(4)之一子區(14)。該構件(16)佈置於該第二區域(22)中。

Description

包含載體及殼體的裝置，以及製造包含構件的裝置的方法

本發明大體係關於用於構件之外殼。特定言之，本發明係關於用於電子及/或微機械構件之外殼，外殼具有載體及殼體，該殼體具有例如設置成容納感測器元件之空腔。

取決於吾人所需之目的，用於電子構件之外殼受到各種需求，此由佈置於外殼中之構件的類型所造成。已知用於感測器之外殼。

在DE 10 2011 084 582 B3中，描述具有模製封裝的微機械感測器裝置及對應製造方法。感測器裝置包含基板、應用於基板之電路晶片及模製封裝，其中封裝電路晶片。模製封裝在電路晶片上方具有空腔(感測器晶片設置於其中)，且在空腔內具有通道孔(通過該通道孔引導感測器晶片之電氣連接)。

亦需提供外殼，該外殼同時對於不同類型之構件(例如，諸如感測器及用於感測器的電子構件)而言係令人滿意的。應足夠地保護構件免於環境影響；另外，須另外確保與相應構件安全接觸之可能性。另外，必要時，適當接近構件成為可能。因此，就感測器元件而言，為了可執行 量測，通常需要進入感測器元件之媒介入口。亦須注意感測器元件相對以發生在外殼與載體之間的熱機械及機械應力可比較敏感之實情。

因此存在對於用於構件的外殼之需求，其中每一構件經充分鈍化及保護免於環境影響，且同時無負面影響(諸如，熱機械或機械應力)施加於構件上。

提供如獨立專利技術方案1中所主張之包含載體及殼體的裝置及根據從屬專利技術方案9之用於製造包含構件之裝置的方法。

其他優化係在附屬技術方案中指定。

根據本發明之一第一態樣，產生包含載體及殼體的裝置，其中殼體佈置於載體上且限定用於容納至少一個構件之空腔。在空腔中，由第一材料製備的鈍化區設置於第一區域中，且由第二材料製備之鈍化區設置於第二區中，其中第二區域不同於第一區域。第一材料與第二材料進相比具有較高彈性模數及/或較高硬度。此外，第一區域覆蓋載體之一子區，且第二區域覆蓋殼體之一子區。構件佈置於第二區域中。

藉由此裝置，可顯著改良構件之鈍化區，產生兩部分鈍化區，此在鈍化區的第一區域及第二區域中可分別滿足關於鈍化區之不同需求。舉例而言，可使用兩部分灌封化合物，藉由該兩部分灌封化合物，互斥需求可藉助於兩種材料選擇性地實施。此外，空腔封裝之穩固性與先前技術相比可顯著提高。

根據一較佳具體實例，空腔形成通向載體之通道開口，該載體至少部分由第一材料填充。

為此目的，有利地，有可能選擇用於第一區域之材料，該材料與其他材料相比或與第二材料相比更適合於保護載體的子區，且因此具有足夠高之彈性模數及/或恰當高之硬度。此外，以此方式可達成載體之尤其穩固鈍化。

此外，殼體可形成限定空腔之突起，其中構件佈置於突起上，且第二材料覆蓋突起。

可有利地選擇第二材料以使得殼體之子區或位於其上之構件受保護且同時經受儘可能小的熱力學及機械應力。特定言之，應力敏感構件(其與載體之塑膠相比具有不同膨脹係數及/或不同可撓性)不安放在載體上，此意謂避免諸如出現在例如焊接期間之熱負荷及在構件上的機械及熱機械應力。此外，第二區域中之構件例如在諸如滲透水分之環境負荷方面可受到足夠好的保護。

根據本發明之一個具體實例，第二區域中之構件形成為感測器元件，特定言之形成為壓力感測器。

因此，有利地，有可能實施感測器裝置，其中確保感測器特性曲線之維持，此係因為尤其在裝配期間可阻止感測器特性曲線上之不利影響。特定言之，此處可使用預模製外殼之優點，其中感測器安放在正常極硬性塑膠基底上，而感測器之其他側面僅由合適的保護鈍化區包圍。

此外，在感測器元件與殼體之外部側面之間，流體連接可形成於第二材料中及/或形成於殼體中。

因此，必要時，感測器元件之部件可留出，有利地提供具有例如用於將氣壓饋入至感測器之簡單實施的饋入開口之感測器裝置。特定 言之，此處饋入開口與純模外殼中相比可更簡單地經壓印，其中構件或感測器由殼體包圍。

另一構件較佳地嵌入於殼體中。

因此，較佳地選擇以使得其不需要媒介入口之此構件可受到尤其較佳之保護而免於環境影響，此係由於其直接地由殼體包圍。

根據一有利具體實例，第一區域與第二區域相比具有較低厚度，其中第一材料具有例如環氧樹脂或塗漆。

因此，有利地，兩部分鈍化區的第一組分可利用硬且薄的灌封化合物保護載體。緻密且硬的灌封化合物與較軟材料相比使損害媒介遠離敏感結構持續顯著更長時間。特定言之，關於諸如空氣、水分及排放氣體、鹵化物、鹼或酸之媒介的較低磁導率可在第一區域中達成。此外，較薄塗覆確保無熱機械應力導致開裂及脫離，此在較大體積的情況下將另外待預期。

第二材料可具有凝膠，特定言之，聚矽氧凝膠。

與諸如環氧樹脂之塑膠相比，例如，此材料具有優勢，其可用作構件之上的完整灌封化合物。該材料用於第二區域之實情意謂，此外，在第二區域中，應力誘發之特性曲線改變可避免，如可避免由於熱機械應力產生之開裂及分層。

因此，總體而言，兩部分鈍化區的第二組分可利用由具有較低彈性模數之軟材料製備之不可壓縮灌封化合物來保護感測器元件以及空腔之體積兩者。不可壓縮性在許多應用中為確保不受影響之信號傳輸之前提，且柔軟度有助於避免由感測器元件上之熱機械應力產生之任何影響。

殼體可例如藉由塑膠包覆成型(overmoulding)來製造。

因此，殼體可以高效方式製造，其中藉助於塑膠，亦可同時確保關於環境影響之構件之良好保護。有利地，有可能實施在作為具有預模製空腔及兩部分鈍化區之載體的電路板或引線框上製造具有包覆成型構件的模具預模製外殼。

根據一個具體實例，可對構件進行佈建以藉助於電線連接連接至載體上的電連接，其中該連接佈置於第一區域中且由第一材料覆蓋，其中電線結合穿過第一區域且通過第二區域。

特定言之，在與第一區域中之前述較薄硬的灌封化合物之組合中，此具體實例在敏感電路板作為載體的情況下可尤其有利使用，其中用於與佈置於第二區域中之構件接觸的結合區域可設置於電路板上。由於結合支腳區域中之較薄局部應用，可使較硬區域遠離感測器元件，該感測器元件之功能可由熱機械應力中斷。兩部分鈍化區可有利地對電路板及電路板上之結合連接提供緻密保護而免於諸如排放氣體及鹵化物之媒介，而不施加較硬材料之任何負面影響。

根據本發明之一第二態樣，設計一種用於製造具有構件之裝置的方法，其中該方法包含以下步驟：提供載體，使用模具材料包覆成型載體，以使得形成空腔，其中空腔到達載體之上側面；在空腔中置放構件；將第一材料引入至空腔中，其中第一材料塗覆於空腔中之載體的表面；及將第二材料塗覆於空腔中，其中構件由第二材料覆蓋，且其中第二材料與第一材料相比具有較低彈性模數及/或較高硬度。

根據一較佳具體實例，第二材料亦塗覆於第一材料。

另外，與第二材料相比，第一材料以較薄層塗覆係較佳的。

此外，第一材料可覆蓋空腔中之載體的整個表面，且第二材料可覆蓋整個構件。

總體而言，藉助於本發明之態樣，有利地，有可能使用模製外殼(其中構件在例如電路板之載體上建立且隨後使用塑膠包覆成型)以及預模製外殼(其中首先包覆成型載體)兩者之優點，其中區域留出例如用於產生電接觸，且隨後構件添加且與此產生接觸，其中經改良鈍化區由本發明之態樣提供。換言之，可提供前述外殼類型兩者的組合，此意謂適配構件可經包覆成型且切口可留出以便隨後添加其他構件，且同時全部構件之鈍化可以特別考慮構件之功能的方式確保。

對應力具有較低敏感度且不需任何氣體進入之構件可嵌入模製，而應力敏感感測器元件在經成形預模製空腔中建立。因此，達成保護嵌入模製構件免於環境影響，且同時確保感測器元件具有至外部之連接，此係由於該元件佈置於預模製空腔中。

特定言之，模具預模製外殼可有利地實施於電路板基底上以便保護不需任何媒介進入模體中之構件，且同時以便製造預模製區域，在該區域中感測器元件由兩部分鈍化區保護而免於媒介影響。

本發明之態樣可因此與引線框以及與作為載體之基板兩者一起實施。

本發明之較佳具體實例將藉由使用隨附圖式在下文更詳細地解釋，其中： 圖1展示根據本發明之一第一具體實例之包含載體及殼體的裝置之示意性橫截面視圖， 圖2展示根據本發明之一第二具體實例之包含載體及殼體的裝置之示意性平面視圖， 圖3展示根據本發明之一第三具體實例之包含載體及殼體的裝置之示意性橫截面視圖，及 圖4展示根據本發明之一個具體實例之用於製造包含構件的裝置之方法之流程圖。

在圖式中，相同標示指代相同或功能上相同之元件。

圖1展示根據本發明之一第一具體實例之經組態為包含載體3及殼體4的感測器裝置2之裝置1之示意性橫截面視圖。載體3充當殼體4之基板，且殼體具有上側面6及下側面5，其中下側面5覆蓋大部分載體3。載體3原則上可經組態為引線框或電路板，其中根據本文所展示之具體實例，載體3為電路板，該電路板裝配有大量電子構件7，該電路板之一個構件7借助於實例繪示於圖式中。構件7由殼體4囊封且藉助於導電連接8電連接至電路板(亦即載體3)。導電連接8具有(例如)電線結合。根據本文所展示之具體實例，殼體4由塑膠製成且形成構件7之晶片外殼。殼體4可(例如)藉由射出成形製成。由於構件7由殼體4囊封，該殼體因此充當模外殼，如圖式中所繪示，殼體4中之構件7受保護免於環境影響。

殼體4亦形成空腔9，該空腔由側壁10(亦即，殼體4之內 壁)限定。在平面視圖中，如圖2中展示之限定側壁10在空腔9之外圓周上可連續地連接至彼此。在圖1中所展示之橫截面視圖中，空腔9部分具有階梯狀橫截面，此係因為殼體4成形以使得空腔9進一步由突出至空腔9中之突出部11限定。橫截面視圖中亦可見係下側面13、上側面14及突出部11之側壁15。

殼體4之突出部11覆蓋載體3之子區，其中突出部11之下側面13表示殼體之下側面5的一部分。突出部11之側壁15平行於殼體4之側壁或內壁10延伸，然而，殼體不限於此形狀。空腔9亦在殼體4之上側面6上具有開口。此外，空腔9形成通向載體3之通道開口12，以使得處於通道開口12下之區域中的載體4不由殼體4覆蓋。

空腔9用以容納構件16，該構件不直接地置放在電路板3上。構件16佈置於突出部11之上側面14上，且藉助於電線連接17連接至電路板3。在電路板3上亦設置相關結合支腳18作為電線結合17之連接。結合支腳18為電路板3的建構之結構(未具體繪示於圖式中)之元件。空腔9中之構件16在本文為感測器元件，該感測器元件可具有微機械感測器元件。特定言之，構件16可為壓力感測器。感測器元件之相關電子件至少部分置放於電路板3上。電子件具有例如構件7，且可亦具有為簡單起見未具體繪示於圖式中之其他元件。此等亦可設置於在通道開口12之區域中的電路板3上。

鈍化區19設置於空腔9中，該鈍化區用於鈍化構件(亦即，感測器元件16)以及用於鈍化處於空腔9之通道開口12之區域中之電路板3的部分。為此目的，鈍化區19具有第一材料之第一區域21及第二材料之 第二區域22。鈍化區19之第一區域21覆蓋未由殼體4的下側面5覆蓋之電路板3之子區。鈍化區19之第二區域22覆蓋殼體4之子區域14，更精確地，尤其突出部11之上側面14。此外，第二區域22亦覆蓋側表面10的一部分。以此方式，佈置於突出部11上之感測器元件16佈置於第二鈍化區域19中或嵌入於第二材料中。在所展示之具體實例中，鈍化區19之第二區域22亦在第一區域21上方延伸，以使得第一區域21及第二區域22具有共用界面20，根據此具體實例，該介面平行於電路板3延伸。因此，鈍化區19可尤其簡單地製造，且穩固性可增加。第一區域21之厚度d₁小於第二區域22之厚度d₂。特定言之，選擇第二區域22的厚度d₂以使得第二區域22包圍感測器元件16，而第一區域21覆蓋載體3。

鈍化區19之兩個區域21、22可採用所有可以想像的合適形狀，該形狀取決於待保護之構件之類型、數目及佈置。此處，與此連接相關之術語「區域」不限於二維尺寸之描述，如自前述具體實例已經變得清晰。此外，「不同」意謂區域至多具有共用界面但無相同體積範圍。

第一材料具有例如環氧樹脂或塗漆，且第二材料具有凝膠，特定言之，例如聚矽氧凝膠。

空腔9經組態為所謂的預模製空腔，其中殼體4充當預模製封裝或預模製外殼，該殼體保護由殼體4之下側面5覆蓋之載體3之區域。另外，由於構件7模製至殼體4中，具有兩部分鈍化的模具預模製外殼因此由裝置1且特別地由殼體4實施。

圖2展示根據本發明之一第二具體實例之包含載體3及殼體4的裝置24之示意性平面視圖。裝置24實質上對應於圖1中之裝置1。因 為不同於根據圖1之第一具體實例，根據第二具體實例的載體3形成為引線框(亦即，形成為連接框)。引線框3佈置於殼體4下；圖2中所展示之平面視圖對應於在殼體4後相對於進入頁面之平面的方向之位置。如圖2中所展示，引線框3具有大量連接25，該等連接在圖式中清晰地示意性說明。連接25可用於在此具體實例之一個變體中安裝裝置24，但原則上不限於特定形狀。

此外，裝置24具有模製至殼體4中之大量構件7、26，兩個構件7、26出於明晰之目的借助於實例繪示於圖式中。一方面構件7、26之間的電路板上之電子連接且另一方面感測其元件16未明確展示。如圖2中進一步所展示，空腔之側壁10形成閉合矩形。然而，空腔9及通道開口12之形狀及佈置不限於特定形狀，且可取決於應用而進行調適。因此根據此具體實例，通道開口12之寬度b₁₂小於空腔9之寬度b₉。然而，根據其他具體實例，通道開口12之寬度亦可對應於空腔9之寬度。

圖3展示根據本發明之一第三具體實例之包含載體3及殼體4的裝置1之示意性橫截面視圖。根據圖3之裝置1實質上對應於圖1中之裝置。由於不同於圖1，在圖3中，另外說明流體連接23，該連接經組態為通向第二區域22之通道開口。換言之，第二材料在感測器元件16上方之第二區域22的子區中切去。因此，舉例而言，待由感測器元件16感測之壓力波或壓力變化可較佳地傳送。根據其他具體實例，忽略單獨流體連接23，其中第二材料自身充當用於傳送之載體或經選擇以使得待偵測之媒體不以不利方式屏蔽。

圖4展示根據本發明之一個具體實例之製造包含構件的裝 置之方法。原則上，方法具有以下所說明步驟。在步驟S100中，提供載體。載體可為引線框或電路板。載體可具有呈導體或置放其上之連接及構件形式之合適的構造。在步驟S101中，載體使用模具材料包覆成型，空腔亦成形。空腔用以容納其他構件。特定言之，構件可容納於空腔中，該構件佈置於殼體上而非載體上之空腔中。空腔到達載體之表面。在步驟S102中，構件隨後置放於空腔中。在步驟S103中，第一材料引入至空腔中，第一材料塗覆於載體之表面。在步驟S104中，第二材料引入至空腔中，置放於空腔中之構件由第二材料覆蓋。選擇材料以使得第二材料與第一材料相比具有較低彈性模數及/或較高硬度。

不言而喻，步驟之次序可視需要變化且不必須嚴格地符合圖4中所說明之次序。原則上，其為材料挑選及其鈍化特性及對所覆蓋或經嵌入元件及區域上之可能影響的問題。舉例而言，可設想，首先藉助於掩模製造第二區域且隨後塗覆第一材料。在此具體實例中，經組態為開口之流體連接亦可設置於第一區域中。此外，舉例而言，亦可設想，儘管此在以上描述中並不明確地陳述，但首先形成殼體且隨後空腔在殼體中成形。

Claims (13)

1. 一種包含一載體(3)及一殼體(4)之裝置(1)，該殼體佈置於該載體(3)上且限定用於容納至少一個構件(16)之一空腔(9)，其中在該空腔(9)中，由一第一材料製備的鈍化區(19)設置於一第一區域(21)中，且由一第二材料製備之鈍化區設置於不同於該第一區域(21)之一第二區域(22)中，其中該第一材料與該第二材料相比具有一較高彈性模數及/或一較高硬度，其中該第一區域(21)覆蓋該載體(3)的一子區，且該第二區域(22)覆蓋該殼體(4)之一子區(14)，其中該構件(16)佈置於該第二區域(22)中。
2. 如申請專利範圍第1項之裝置(1)，其中該空腔(9)形成通向至少部分由該第一材料填充之該載體(3)之一通道開口(12)，且其中該殼體(4)另外形成限定該空腔(9)的一突起(11)，其中該構件(16)佈置於該突起(11)上且該第二材料覆蓋該突起(11)。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之裝置(1)，其中另一構件(7)嵌入於該殼體(4)中。
4. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置(1)，其中該第一區域(21)與該第二區域(22)相比具有一較低厚度(d₁)。
5. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置(1)，其中該殼體(4)藉由塑膠包覆成型而製備。
6. 如前述申請專利範圍中任一項之裝置(1)，其中該第二區域(22)中之該構件(16)形成為一感測器元件，特別是形成為一壓力感測器。
7. 如申請專利範圍第6項之裝置(1)，其中，在該感測器元件與一外部 側面之間，一流體連接(23)形成於該第二材料中及/或形成於該殼體(4)中。
8. 如申請專利範圍第3項至第7項中任一項之裝置(1)，其中該構件(16)藉助於一電線連接(17)連接至該載體(3)上之一電連接，其中該連接(18)佈置於該第一區域(21)中且由該第一材料覆蓋，其中電線結合通過該第一區域(21)且通過該第二區域(22)。
9. 一種用於製造具有一構件(16)之一裝置(1)的方法，其包含以下步驟：提供一載體(3)，使用一模具材料以包覆成型該載體(3)，以使得形成一空腔(9)，其中該空腔(9)到達該載體(3)之一上側面(6)，在該空腔(9)中置放一構件(16)，將一第一材料引入至該空腔(9)中，其中該第一材料塗覆於該空腔(9)中之該載體(3)的表面，及將一第二材料塗覆於該空腔(9)中，其中該構件(16)由該第二材料覆蓋，其中該第二材料與該第一材料相比具有一較低彈性模數及/或一較高硬度。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該第二材料亦塗覆於該第一材料。
11. 如申請專利範圍第9項及第10項中任一項之方法，其中該第一材料與該第二材料相比以一較薄層塗覆。
12. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項之方法，其中該第一材料覆蓋該空腔(9)中之該載體(3)的整個表面，且其中該第二材料覆蓋 整個該構件(16)。
13. 如申請專利範圍第9項至第12項中任一項之方法，其中使用之該第一材料為一環氧樹脂或一塗漆，且其中一凝膠特別是一聚矽氧凝膠使用於該第二材料。