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WO2012100861A1 - Bauteil und verfahren zum herstellen eines bauteils - Google Patents

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Publication number
WO2012100861A1
WO2012100861A1 PCT/EP2011/071197 EP2011071197W WO2012100861A1 WO 2012100861 A1 WO2012100861 A1 WO 2012100861A1 EP 2011071197 W EP2011071197 W EP 2011071197W WO 2012100861 A1 WO2012100861 A1 WO 2012100861A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
mass
component
micro
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/071197
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ricardo Ehrenpfordt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to CN201180065958.3A priority Critical patent/CN103328373B/zh
Priority to US13/981,900 priority patent/US9560744B2/en
Publication of WO2012100861A1 publication Critical patent/WO2012100861A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0271—Arrangements for reducing stress or warp in rigid printed circuit boards, e.g. caused by loads, vibrations or differences in thermal expansion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0058—Packages or encapsulation for protecting against damages due to external chemical or mechanical influences, e.g. shocks or vibrations
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H10W72/884—
    • H10W90/754—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.

Definitions

  • the present invention relates to a component, in particular an electronic component and a method for producing a component, in particular an electronic component, which has a good vibration isolation of a
  • housings With electrical components, such as micromechanical sensors, are packaged in housings. A distinction is made between housings with contact feet, so-called leaded housings, and housings with
  • Basic housing a so-called premold housing, are used, which is then closed with a lid.
  • micromechanical sensors can be used
  • Micromechanical sensors such as ESP sensors in the control unit, be exposed to vibration loads.
  • the present invention is a component, in particular an electronic component, comprising a substrate with at least one flexible
  • a damping mass can be understood in particular to mean a mass which can absorb a mechanical energy, in particular vibration energy, and convert it into internal energy, for example friction.
  • a component with internal energy for example friction.
  • Structural dimensions in a range of> 1 nm to ⁇ 100 ⁇ be understood.
  • the internal structural dimensions here mean the dimensions of structures within the component, such as trenches, webs or strip conductors. Such components are used in the
  • Microsystem technology or used in microelectromechanical systems.
  • a stiffened region in the sense of the present invention is understood to mean a region which has an increased rigidity or hardness and thus an increased resistance to deformation, in particular with respect to the flexible substrate region as such.
  • a region of the substrate that is elastic and / or elastic and / or deformable under a small force can be understood as a flexible substrate region.
  • Substrate area as such under the same force elastic and / or more elastic and / or deformable than the stiffened area.
  • the flexible substrate region as such may be under the same force by a factor of five, in particular ten, more elastic and / or elastic and / or deformable than the "stiffened region.”
  • the substrate may comprise one or a plurality of flexible regions, or the flexible substrate region is extended over the entire substrate, which means that the entire substrate is flexible.
  • the flexible substrate region is arranged at least in a lateral extension of the substrate, which is provided for
  • such flexibility is combined with the rigid or stiffened region, which is formed by forming a
  • This stiffened region can thus have a DiePad function, that is to say receive the component securely so as to serve to ensure the reliability or secure attachment of the component.
  • the component according to the invention is therefore able, on the one hand a
  • the mass composite comprises at least a first micro- or
  • the first microstructured or nanostructured component can be fastened to the substrate or to the flexible substrate area by means of a curable adhesive as connecting means by means of an adhesive-component composite, wherein the adhesive cures, for example, on the substrate.
  • a hardening of the adhesive is important here, since the stiffening in particular by the hardness of the Component comes from. In a deformation of the substrate or the flexible region as Solchem act therefore on the adhesive-component composite forces, which must withstand the adhesive. It can the
  • Adhesive such as by screen or stencil printing, or by dispensing, are applied to the substrate.
  • a dispensing such as by screen or stencil printing, or by dispensing, are applied to the substrate.
  • Adhesive layer for example, already on the wafer level on the device, such as by coating or in a sawing process via a transfer tape applied.
  • the adhesive may be a thermoset, which cures together in the chip composite or a thermoplastic, which is melted during application and then cured again.
  • a bonding layer can also connect the substrate and the component and
  • Connecting means can be formed.
  • the flexible substrate region serves in particular for vibration damping.
  • a damping mass is furthermore provided, which covers at least the first microstructured or nanostructured component and a part of the substrate protruding laterally beyond the mass composite. Consequently, the component is preferably completely surrounded by the damping mass, wherein the laterally projecting beyond the mass composite part of the substrate or the flexible substrate region may result from a lateral covering of the device. Furthermore, the entire substrate may also be covered.
  • the damping mass advantageously the attenuation - compared to an air or spring damping - can be significantly improved.
  • Damping mass damping can be adjusted individually.
  • a particular advantage is also that a damping effect in all spatial directions can be achieved by the structure of the invention. This in turn allows the use of such components at virtually any location.
  • such components can be smaller in size than
  • the damping behavior is particularly dependent on the mass of the mass composite and the properties of the damping mass.
  • the component according to the invention therefore offers good damping properties with simultaneous reliable attachment of the component to the substrate.
  • the transmitted about by a vibration to the device mechanical effects can therefore be kept very low, which
  • the component according to the invention as well as its components can be manufactured using low cost and using a known technology in the context of known construction and connection technology.
  • the application effort on a conventionally usable base substrate is low, which also reduces the production cost and costs.
  • the substrate with its flexible region or its flexible regions is decoupled in its geometry and size in minimal dimensions from a tool size or tool geometry and can be produced with a minimum number of composite partners, which offers great freedom in production.
  • This further offers the advantage of a possible reduction in component size, since both the lateral size of the component, as well as its height can be significantly reduced.
  • the component according to the invention can also be produced without difficulty in large series, which also reduces the production costs. Further costs can be saved, since the flexible substrate of the component according to the invention must be stiffened only where a component is to be attached, which allows a saving of material.
  • the substrate comprises a material having a modulus of elasticity in a range of ⁇ 30 GPa, particularly in its flexible region or regions.
  • the substrate consists of this material.
  • a particularly advantageous flexibility can be achieved, whereby the damping properties of the composite mass are hardly limited by the substrate, but essentially by the mass of Mass compound and the damping material can be influenced.
  • the damping properties are particularly simple and reliable adjustable to the particular application.
  • the substrate, in particular on its flexible region or its flexible regions is formed from a flexible plastic, in particular polyimide.
  • Polyimide has a modulus of elasticity of 2-7GPa, which makes it particularly suitable in addition to its good electrical insulation properties.
  • the substrate has a thickness in a range of> 10 ⁇ to ⁇ 2000 ⁇ , especially> 20 ⁇ to ⁇ 500 ⁇ , more preferably> 50 ⁇ to ⁇ 200 ⁇ , especially in its flexible area or its flexible areas , In this way it is possible to use a number of flexible materials to form the substrate. It is expedient that the thickness is adapted to the material used. So is more flexible
  • the component according to the invention further comprises a mass compound
  • Mass body serves in particular to adapt the mass of the mass composite, whereby the damping behavior of the
  • Massesystems is particularly easy to adjust. For this purpose, it is particularly expedient if the mass body has a density in a range of> 2 kg / dm 3 . Further, by the mass body, the degree of stiffening can be suitably adjusted by using inflexible materials, for example. This mass body can then be attached to the substrate
  • the mass body may be a plate which is formed of copper, V2A steel, aluminum, silver, gold, other metals, or ceramic, FR4 or silicon.
  • the mass body, as well as the stiffened area as such has a modulus of elasticity in a range of> 30GPa.
  • the first micro- or Nanostructured device with a simple adhesive to be attached to the substrate since there are no large voltages due to the mass body. Overall, it can be the focus of mass or stiffening or both in the center.
  • the mass body is another micro- or nanostructured device.
  • the mass body is another micro- or nanostructured device.
  • the damping mass is a gel, a foam, a granule, an elastomer or a combination thereof, in particular a gel.
  • the damping mass may be a foam based on a plastic selected from the group consisting of
  • the damping mass may also be a granulate.
  • the damping mass may be sand or powdery material. Since granules usually have a high density, the granules can advantageously serve as a mass when using a granulate as a damping mass and improve the vibration and damping behavior.
  • the damping mass may also be an elastomer, for example a thermoplastic elastomer. Elastomers can also improve the vibration and damping behavior. In particular, that can
  • Elastomer in situ are formed during application and after application or in the case of a thermoplastic elastomer in the plastic or heated state can be applied. So can
  • the damping mass may be a gel.
  • the use of a gel offers the advantage that these are mostly transparent. Thus, after application, a quality control can be performed to ensure the presence of a positive connection.
  • gels can have a pronounced intrinsic tack and thus adhere without adhesion promoter.
  • gels are plastically deformable at room temperature and therefore can advantageously be applied positively to heat-sensitive components.
  • the damping mass may be a silicone gel.
  • the damping mass may have a viscosity in a range of
  • ⁇ 8000 mPa-s for example from> 3000 mPa-s to ⁇ 4500 mPa-s, in particular determined by means of DIN EN ISO 3219, and / or a
  • Consistency indicator in a range of> 20 mm / 10 to ⁇ 100 mm / 10, in particular from> 40 mm / 10 to ⁇ 80 mm / 10, for example of
  • the component according to the invention are the area of the mass composite, which is applied to the substrate side oriented to the damping mass, and the
  • Nanostructured device housed together with the damping mass by Umhüllmasse. This serves a mechanical protection
  • the flexible substrate area is more flexible than the wrapping material.
  • the flexible substrate region is as such under the same force elastic and / or elastic and / or deformable than the Umhüllmasse.
  • the flexible substrate region is as such under the same force elastic and / or elastic and / or deformable than the Umhüllmasse.
  • Vibrational decoupling of the electronic component can serve.
  • the substrate has a mechanically reinforced soldering area. This embodiment is particularly advantageous if the entire substrate is flexible, ie the flexible substrate region a
  • first and / or further micro- or nanostructured device in particular the first micro- or
  • nanostructured device selected from the group consisting of micro or nano-electromechanical systems, application specific integrated circuits, sensor elements, and combinations thereof.
  • the present invention furthermore relates to a method for producing a component, in particular an electronic component, comprising the steps:
  • electrical contacting can be understood as meaning both direct and indirect contacting.
  • a direct electrical contacting of a component with a substrate can take place by means of an electrical contact located on the component and an electrical contact located on the substrate, wherein the electrical contact of the component contacts or touches the electrical contact of the substrate.
  • An indirect electrical contacting of a component with a substrate can be effected, for example, by an electrical contact of the component via at least one further element, for example a further component, an electrical conductor, for example a conductor track or a wire, or an electrically conductive material, for Example, an electrically conductive adhesive is connected to an electrical contact of the substrate.
  • This method is particularly suitable for producing a component according to the invention.
  • This method is particularly suitable for producing a component according to the invention.
  • the manufacturing process of the substrate is simplified, decoupled from tool dimensions, the component dimensions can be laterally reduced and the costs reduced.
  • the damping properties are largely decoupled from the substrate and dominated by the specially adaptable damping mass.
  • wire bonding pads suitable for wire bonding may be disposed on the stiffened area, which improves the reliability of the wire bonding connection.
  • FIG. 1 is a schematic cross section through an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic cross section through another
  • FIG. 3 is a schematic cross section through another
  • FIG. 4 is a schematic cross section through another
  • FIGS. 1 to 4 show a component 10 according to the invention.
  • the component 10 is in particular an electronic component, such as a sensor, and may be arranged on a base substrate 12.
  • the component 10 comprises a substrate 14 with at least one flexible substrate region 15.
  • the flexible substrate region 15 may have a limited extent, or extend over the entire substrate 14, whereby the entire substrate 14 is flexible.
  • the flexible substrate region 15 has at least one region stiffened by formation of a mass composite.
  • the mass composite comprises a part of the flexible substrate area 15, a first microstructured or nanostructured component 16 and a
  • the substrate 14 flexible standard materials such as, in particular, polyimide or FR4 can be used, inter alia.
  • the substrate 14 or the flexible substrate region 15 is stiffened in the region of the mass composite, that is to say it has an increased resistance to deformation compared to the flexible substrate region 15 as such.
  • the stiffening is formed by the interaction of the composite partners in the
  • the degree of stiffening is achieved by the hardness or rigidity of the
  • the connecting means 18 should likewise be suitable for maintaining the connection between the flexible substrate region 15 and the component 16 during a vibration, that is to say a deformation of the flexible substrate region 15, for which reason a hard adhesive, such as an epoxy adhesive, is particularly suitable. As a result, a deformability in the stiffened area is not possible.
  • a damping mass 20 is furthermore provided which covers at least the first microstructured or nanostructured component 16 and a part of the substrate 14 projecting laterally beyond the mass composite.
  • the damping compound 20 may be a gel, a foam, a granulate, an elastomer or a combination thereof, in particular a gel.
  • Damping compound 20 oriented substrate side is applied and the
  • the Umhüllmasse 22 can be approximately by injection molding or
  • the encapsulation compound 22 therefore forms, in particular, a housing of the component 10 according to the invention.
  • the component 16 is connected via one or more
  • the electrical connection 24 can by
  • the substrate 14 further includes electrical traces, not shown, for continuing the electrical connections 24 of the device 16.
  • the substrate 14 or, if appropriate, the encapsulation compound 22 can furthermore have at least one soldering region 26, to which the substrate 14 is attached to the base substrate 12. This can be realized in particular by a soldering 28, for example by solder balls or solder pads.
  • Damping mass 20 decoupled from the components 16 and the micromechanics preferably contained.
  • the damping of the vibrations acting on the components 16 is essentially determined by the damping mass 20, the substrate 14 or the flexible substrate region 15 and the mass of the component 16.
  • the mass composite forms a dimensionally stable composite and thus a coherent oscillating mass in a damper system. This can be produced in a conventional process of assembly and connection technology.
  • a suitable structuring of, for example, a curing adhesive or a hardening bonding compound is designed to reinforce electrical lines and / or electrical connections on the substrate 14
  • the component according to the invention can consequently be produced by a method comprising the steps:
  • nanostructured device and - Applying a damping mass at least on the first micro- or nanostructured device as well as on at least one laterally projecting beyond the compound mass part of the substrate.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the component 10 according to the invention.
  • the substrate 14 has a mechanically reinforced soldering area 26.
  • a mechanically reinforced soldering area 26 For this purpose, at the soldering 26 a mechanical
  • the mechanical reinforcement 30 may be provided.
  • the mechanical reinforcement 30 can be designed as a glass fiber material, for example with epoxy resin, such as FR4.
  • the mechanical reinforcement 30 can be applied, for example, in the manufacturing process of the substrate 14 as a coherent frame structure, such as being pressed on, and other electrical
  • This configuration serves to increase the reliability of the soldering 28.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the component 10 according to the invention.
  • the mass composite for example on the side of the substrate 14 opposite the first microstructured or nanostructured component 16, furthermore comprises a mass body 32.
  • the mass body 32 can be any mass body 32.
  • the mass body 32 is an electronic IC component, wherein the contact surface is then expediently oriented to the substrate 14.
  • the electrical contact between the devices may be made, for example, via wirebonds and vias in the substrate 14. Alternatively, the flip chip technique can also be used. The electrical
  • the mass body 32 is another micro- or nanostructured device. Furthermore, the mass body 32 laterally span the first component 16 and possibly also a plurality of components, but do not extend to the preferably rigid enveloping mass 22. For example, the mass body 32 can span wire bonding pads used for wire bonding. The mass body 32 can be essential to the stiffening of the flexible
  • Connecting means 18 acting forces can be kept low. Further he can have a precisely adjustable mass. This increases the
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the component 10 according to the invention. According to FIG. 4, a further component 34 is between the first
  • Component 16 and the substrate 14 are arranged.
  • the component 34 may in turn be a mass body and laterally project beyond the first component 16.
  • the second component 34 for example by adhesive layers 36, 38, on the first component 16 and the substrate 14 is attached.
  • the second component 34 can represent a mechanical reinforcement, so that the adhesive does not necessarily have to harden.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil (10), insbesondere ein elektronisches Bauteil, umfassend ein Substrat (14) mit wenigstens einem flexiblen Substratbereich (15), der wenigstens einen durch Bildung eines Masseverbundes versteiften Bereich aufweist, wobei der Masseverbund wenigstens umfasst einen Teil des flexiblen Substratbereichs (15), ein erstes mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement (16) und ein Verbindungsmittel (18) zum Befestigen des ersten mikro- oder nanostrukturierten Bauelements (16) an dem flexiblen Substratbereich (15). Dabei ist eine Dämpfungsmasse (20) vorgesehen, die wenigstens das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement (16) und einen lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats (14) bedeckt. Ein derartiges Bauteil 10) bietet eine sichere Aufnahme für das elektronische Bauelement (16) und ferner eine gute Vibrationsentkopplung des elektronischen Bauelements (16) von Vibrationen des Bauteils (10).

Description

Beschreibung Titel
Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein elektronisches Bauteil und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines elektronischen Bauteils, das eine gute Vibrationsentkopplung eines
elektronischen Bauelements von Vibrationen des Bauteils bietet.
Stand der Technik
Üblicherweise werden elektrische Bauelemente, wie etwa mikromechanische Sensoren, in Gehäusen verpackt. Dabei unterscheidet man zwischen Gehäusen mit Kontaktfüßen, so genannten leaded Gehäusen, und Gehäusen mit
Kontaktflächen, sogenannten leadless Gehäusen. Insbesondere kann ein mikromechanischer Sensor in ein vorgefertigtes, spritzgegossenes
Grundgehäuse, ein so genanntes Premold-Gehäuse, eingesetzt werden, welches anschließend mit einem Deckel verschlossen wird.
In Abhängigkeit vom Einbauort können mikromechanische Sensoren
unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sein. Insbesondere können
mikromechanische Sensoren, beispielsweise ESP-Sensoren im Steuergerät, Vibrationsbelastungen ausgesetzt sein.
Eine Möglichkeit, einen Sensor vor diesen Vibrationen zu schützen, besteht darin, den Sensor auf einer Metallplatte anzubringen, welche auf einer Gelschicht gelagert ist. Eine andere Möglichkeit wird in der Druckschrift DE 10 2005 041 577 A1 beschrieben, in der ungewollte externe Vibrationen durch ein
Verdrahtungselement abgeschwächt werden. Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bauteil, insbesondere ein elektronisches Bauteil, umfassend ein Substrat mit wenigstens einem flexiblen
Substratbereich, der wenigstens einen durch Bildung eines Masseverbundes versteiften Bereich aufweist, wobei der Masseverbund wenigstens umfasst einen Teil des flexiblen Substratbereichs, ein erstes mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement und ein Verbindungsmittel zum Befestigen des ersten mikro- oder nanostrukturierten Bauelements an dem flexiblen Substratbereich, und wobei eine Dämpfungsmasse vorgesehen ist, die wenigstens das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement und einen lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats bedeckt. Unter einer Dämpfungsmasse kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Masse verstanden werden, welche eine mechanische Energie, insbesondere Vibrationsenergie, aufnehmen und in innere Energie, beispielsweise Reibung, umwandeln kann. Unter einem mikro- oder nanostrukturierten Bauelement im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein Bauelement mit internen
Strukturabmessungen in einem Bereich von > 1 nm bis < 100 μηι verstanden werden. Unter den internen Strukturabmessungen sind hierbei die Abmessungen von Strukturen innerhalb des Bauelements wie zum Beispiel Gräben, Stegen oder Leiterbahnen gemeint. Solche Bauelemente werden in der
Mikrosystemtechnik oder in mikroelektromechanischen Systemen verwendet.
Unter einem versteiften Bereich im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Bereich verstanden, der eine vergrößerte Steifigkeit beziehungsweise Härte und damit einen vergrößerten Widerstand gegenüber Verformungen aufweist, insbesondere bezogen auf den flexiblen Substratbereich als Solches.
Unter einem flexiblen Substratbereich kann dabei insbesondere verstanden werden ein Bereich des Substrats, der unter geringer Krafteinwirkung elastisch und/oder dehnbar und/oder verformbar ist. Insbesondere ist der flexible
Substratbereich als solcher unter gleicher Krafteinwirkung elastischer und/oder dehnbarer und/oder verformbarer als der versteifte Bereich. Beispielsweise kann der flexible Substratbereich als solcher unter gleicher Krafteinwirkung um den Faktor fünf, insbesondere zehn, elastischer und/oder dehnbarer und/oder verformbarer als der„versteifte Bereich". Dabei kann das Substrat einen oder eine Vielzahl flexibler Bereiche umfassen, oder der flexible Substratbereich ist über das gesamte Substrat ausgedehnt, was bedeutet, dass das gesamte Substrat flexibel ist.
Besonders bevorzugt ist der flexible Substratbereich dabei angeordnet mindestens in einer lateralen Ausdehnung des Substrats, die vorgesehen ist zur
Bestückung des Substrats mit einem Bauelement, wie etwa einem elektronischen Bauelement, oder aber darüber hinausgehend in seiner gesamten Ausdehnung.
Erfindungsgemäß wird eine derartige Flexibilität vereint mit dem starren beziehungsweise versteiften Bereich, der ausgebildet wird durch Bildung eines
Masseverbundes. Dieser versteifte Bereich kann somit eine DiePad-Funktion aufweisen, also das Bauteil sicher aufnehmen, um so zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit beziehungsweise zur sicheren Befestigung des Bauelements zu dienen.
Das erfindungsgemäße Bauteil ist daher in der Lage, einerseits ein
elektronisches Bauelement sicher auf einem Substrat befestigen zu können, und dabei andererseits eine gute Vibrationsdämpfung zur Verringerung der Gefahr von Beschädigungen sicherzustellen.
Der Masseverbund umfasst dabei wenigstens ein erstes mikro- oder
nanostrukturiertes Bauelement und ein Verbindungsmittel zum Befestigen des ersten mikro- oder nanostrukturierten Bauelements an dem flexiblen
Substratbereich. Dieser Teil des flexiblen Substratbereichs, an dem das erste mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement befestigt ist, ist weiterhin ein Teil des
Masseverbunds. In diesem einfachsten Fall kann das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement beispielsweise mit einem härtbaren Klebstoff als Verbindungsmittel durch einen Klebstoff-Bauelement-Verbund an dem Substrat beziehungsweise an dem flexiblen Substratbereich befestigt werden, wobei der Klebstoff beispielsweise auf dem Substrat aushärtet. Eine Härtung des Klebstoffs ist hier wichtig, da die Versteifung insbesondere durch die Härte des Bauelements herrührt. Bei einer Verformung des Substrats beziehungsweise des flexiblen Bereichs als Solchem wirken daher auf den Klebstoff-Bauelement- Verbund Kräfte, denen der Klebstoff widerstehen muss. Dabei kann der
Klebstoff, etwa durch Sieb- oder Schablonendruck, beziehungsweise durch Dispensen, auf das Substrat aufgebracht werden. Alternativ kann eine
Klebstoffschicht auch beispielsweise bereits auf Waferlevel auf das Bauelement, etwa durch Belacken oder bei einem Sägeprozess über ein Transfertape, aufgebracht werden. Der Klebstoff kann dabei ein Duroplast sein, welcher gemeinsam im Chipverbund aushärtet oder auch ein Thermoplast, der bei einem Auftragen aufgeschmolzen wird und anschließend wieder aushärtet. Auch eine Bondschicht kann das Substrat und das Bauelement verbinden und
anschließend aushärten, so dass auch durch eine Bondschicht das
Verbindungsmittel gebildet werden kann.
Außerhalb des versteiften Bereichs, der einen Aufnahmebereich für das elektronische Bauelement bildet, dient der flexible Substratbereich insbesondere zur Vibrationsdämpfung. Dazu ist ferner eine Dämpfungsmasse vorgesehen, die wenigstens das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement und einen lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats bedeckt. Folglich ist das Bauelement vorzugsweise vollständig von der Dämpfungsmasse umgeben, wobei der lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats beziehungsweise des flexiblen Substratbereichs durch eine seitliche Bedeckung des Bauelements herrühren kann. Ferner kann auch das gesamte Substrat bedeckt sein.
Durch den Einsatz der Dämpfungsmasse kann vorteilhafterweise die Dämpfung - verglichen mit einer Luft- oder Federdämpfung - deutlich verbessert werden. Zudem kann vorteilhafterweise durch Auswahl des Materials der
Dämpfungsmasse die Dämpfung individuell angepasst werden. Ein besonderer Vorteil besteht zudem darin, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau eine Dämpfungswirkung in alle Raumrichtungen erzielt werden kann. Dies wiederum erlaubt den Einsatz von derartigen Bauteilen an praktisch jedem Einsatzort. Darüber hinaus können derartige Bauteile eine geringere Größe als
herkömmliche Bauteile mit Gel-gelagerten Metallplatten aufweisen. Dabei ist das Dämpfungsverhalten insbesondere anhängig von der Masse des Masseverbundes und den Eigenschaften der Dämpfungsmasse.
Das erfindungsgemäße Bauteil bietet daher gute Dämpfungseigenschaften bei gleichzeitig zuverlässiger Befestigung des Bauelements an dem Substrat. Die etwa durch eine Vibration auf das Bauelement übertragenen mechanischen Einwirkungen können daher sehr gering gehalten werden, was die
Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Bauteils erhöht.
Das erfindungsgemäße Bauteil wie auch seine Komponenten können unter Einsatz geringer Kosten und unter Verwendung einer bekannten Technologie im Rahmen bekannter Aufbau- und Verbindungstechnik hergestellt werden. Der Applikationsaufwand auf einem herkömmlich verwendbaren Grundsubstrat ist dabei gering, was ebenfalls den Herstellungsaufwand sowie die Kosten senkt.
Dabei ist das Substrat mit seinem flexiblen Bereich oder seinen flexiblen Bereichen in seiner Geometrie als auch Größe in minimalen Ausmaßen entkoppelt von einer Werkzeuggröße beziehungsweise Werkzeuggeometrie und dabei mit einer minimalen Anzahl an Verbundpartnern herstellbar, was eine Große Freiheit in der Herstellung bietet. Dies bietet weiterhin den Vorteil einer möglichen Verringerung der Bauteilgröße, da sowohl die laterale Baugröße des Bauteils, als auch seine Höhe deutlich verringert werden kann.
Ferner ist das erfindungsgemäße Bauteil auch in Großserien problemlos herstellbar, was die Herstellungskosten ebenfalls senkt. Weitere Kosten können dabei gespart werden, da das flexible Substrat des erfindungsgemäßen Bauteils nur dort versteift werden muss, wo auch ein Bauteil befestigt werden soll, was eine Materialersparnis erlaubt.
Vorzugsweise umfasst das Substrat ein Material, das einen Elastizitätsmodul in einem Bereich von < 30 GPa aufweist, und zwar insbesondere in seinem flexiblen Bereich oder seinen flexiblen Bereichen. Besonders bevorzugt besteht das Substrat aus diesem Material. Durch das Vorsehen eines derartigen Materials kann eine besonders vorteilhafte Flexibilität erreicht werden, wodurch die Dämpfungseigenschaften des Masseverbunds kaum durch das Substrat beschränkt werden, sondern im Wesentlichen durch die Masse des Masseverbunds und das Dämpfungsmaterial beeinflusst werden. Dadurch sind die Dämpfungseigenschaften besonders einfach und verlässlich auf die jeweilige Anwendung einstellbar. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Substrat, insbesondere an seinem flexiblen Bereich oder seinen flexiblen Bereichen, aus einem flexiblen Kunststoff, wie insbesondere Polyimid geformt ist. Polyimid hat ein Elastizitätsmodul von 2-7GPa, was es neben seinen guten elektrischen Isolationseigenschaften besonders geeignet macht.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils weist das Substrat eine Dicke in einem Bereich von > 10μηι bis < 2000μηι, insbesondere > 20μηι bis < 500μηι, besonders bevorzugt > 50μηι bis < 200μηι auf, und zwar insbesondere in seinem flexiblen Bereich oder seinen flexiblen Bereichen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Reihe von flexiblen Materialien zur Ausbildung des Substrats zu verwenden. Dabei ist es zweckmäßig, dass die Dicke an das verwendete Material angepasst wird. So ist bei flexibleren
Materialien mit beispielsweise einem geringeren Elastizitätsmodul eine größere Dicke möglich, wohingegen bei weniger flexiblen Materialien mit einem entsprechend hohen Elastizitätsmodul geringere Dicken besonders geeignet sind. Entsprechend ist eine Anpassung des Elastizitätsmoduls, also des verwendeten Materials, an eine geeignete Substratdicke möglich.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Bauteils umfasst der Masseverbund ferner einen
Massekörper. Der Massekörper dient dabei insbesondere dazu, die Masse des Masseverbundes anzupassen, wodurch das Dämpfungsverhalten des
Massesystems besonders einfach einstellbar ist. Dazu ist es besonders zweckmäßig, wenn der Massekörper eine Dichte in einem Bereich von > 2kg/dm3 aufweist. Ferner kann durch den Massekörper in geeigneter Weise der Grad der Versteifung eingestellt werden, indem beispielsweise unflexible Materialien verwendet werden. Dieser Massekörper kann dann an dem Substrat
beziehungsweise an einem flexiblen Substratbereich befestigt werden.
Beispielsweise kann der Massekörper ein Platte sein, die ausgebildet ist aus Kupfer, V2A-Stahl, Aluminium, Silber, Gold, anderen Metallen, oder auch Keramik, FR4 oder Silizium. Beispielsweise weist der Massekörper, wie auch der versteifte Bereich als Solcher, einen Elastizitätsmodul in einem Bereich von > 30GPa auf. In diesem Fall kann insbesondere das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement mit einem einfachen Klebstoff an dem Substrat befestigt sein, da hier aufgrund des Massekörpers keine großen Spannungen auftreten. Insgesamt kann dabei die Einstellung der Masse oder der Versteifung oder beides im Mittelpunkt stehen.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Massekörper ein weiteres mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement ist. Dadurch kann auf einen nur zwecks einer Versteifung des Substrats aufgebrachten Massekörper verzichtet werden, wobei eine Mehrzahl an derartigen Bauelementen ohnehin vorteilhaft sind, da sie eine große Anwendungsbreite des Bauteils ermöglichen.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Bauteils ist die Dämpfungsmasse ein Gel, ein Schaumstoff, ein Granulat, ein Elastomer oder eine Kombination davon, insbesondere ein Gel.
Beispielsweise kann die Dämpfungsmasse ein Schaumstoff sein, welcher auf einem Kunststoff basiert, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
Polypropylen, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyurethan und
Kombinationen davon. Insbesondere kann der Schaumstoff (in situ) beim
Auftragen und/oder nach dem Auftragen ausgebildet werden. So kann vorteilhafterweise eine formschlüssige Verbindung erzielt werden. Es ist jedoch ebenso möglich, dass der Schaumstoff vor dem Aufbringen auf das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement ausgebildet wird.
Die Dämpfungsmasse kann jedoch auch ein Granulat sein. Beispielsweise kann die Dämpfungsmasse Sand oder pulverförmiges Material sein. Da Granulate meist eine hohe Dichte aufweisen, kann beim Einsatz eines Granulats als Dämpfungsmasse vorteilhafterweise das Granulat zusätzlich als Masse dienen und das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten verbessern.
Darüber hinaus kann die Dämpfungsmasse auch ein Elastomer, beispielsweise ein thermoplastisches Elastomer, sein. Elastomere können das Schwingungsund Dämpfungsverhalten ebenfalls verbessern. Insbesondere kann das
Elastomer (in situ) beim Auftragen und nach dem Auftragen ausgebildet werden oder im Fall eines thermoplastischen Elastomers im plastischen beziehungsweise erhitzten Zustand aufgetragen werden. So kann
vorteilhafterweise ebenfalls eine formschlüssige Verbindung erzielt werden.
Ferner kann die Dämpfungsmasse ein Gel sein. Die Verwendung eines Gels bietet den Vorteil, dass diese meist transparent sind. Somit kann nach dem Aufbringen eine Qualitätskontrolle durchgeführt werden, um das Vorliegen einer formschlüssigen Verbindung sicher zu stellen. Des Weiteren können Gele eine ausgeprägte Eigenklebrigkeit aufweisen und somit ohne Haftvermittler haften. Darüber hinaus sind Gele bei Raumtemperatur plastisch verformbar und können daher vorteilhafterweise auch auf hitzeempfindliche Bauteile formschlüssig aufgetragen werden. Insbesondere kann die Dämpfungsmasse ein Silikongel sein.
Die Dämpfungsmasse kann zum Beispiel eine Viskosität in einem Bereich von
> 5000 mPa-s bis < 10000 mPa-s, insbesondere von > 2000 mPa-s
bis < 8000 mPa-s, beispielsweise von > 3000 mPa-s bis < 4500 mPa-s, insbesondere bestimmt mittels DIN EN ISO 3219, und/oder eine
Konsistenzkennzahl in einem Bereich von > 20 mm/10 bis < 100 mm/10, insbesondere von > 40 mm/10 bis < 80 mm/10, beispielsweise von
> 60 mm/10 bis < 80 mm/10, insbesondere bestimmt mittels DIN ISO 2137 (Penetration 9,38 g hollow cone) und/oder eine dielektrische Konstante in einem in einem Bereich von > 2 bis < 6,5, insbesondere von > 2,5 bis < 3,
beispielsweise von > 2,6 bis < 2,8, insbesondere bestimmt mittels DIN VDE 0303 T4, 50 Hz, aufweisen. Durch die Viskosität der Dämpfungsmasse kann vorteilhafterweise die Dämpfung entsprechend den Anforderungen des ersten mikro- oder nanostrukturierten Bauelements angepasst werden.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Bauteils sind der Bereich des Masseverbundes, der auf der zur Dämpfungsmasse orientierten Substratseite aufgebracht ist, und die
Dämpfungsmasse durch einen Überzug aus einer Umhüllmasse eingehaust. Folglich ist insbesondere die Oberseite mit dem ersten mikro- oder
nanostrukturierten Bauelement zusammen mit der Dämpfungsmasse durch die Umhüllmasse eingehaust. Dies dient einem mechanischen Schutz,
beispielsweise der Dämpfungsmasse, und verhindert einen Verlust derselben. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der flexible Substratbereich flexibler ist, als die Umhüllmasse. Insbesondere ist der flexible Substratbereich als Solcher unter gleicher Krafteinwirkung elastischer und/oder dehnbarer und/oder verformbarer als die Umhüllmasse. Beispielsweise kann der flexible
Substratbereich als solcher unter gleicher Krafteinwirkung um den Faktor fünf, insbesondere zehn, elastischer und/oder dehnbarer und/oder verformbarer als die Umhüllmasse. Dadurch verleiht die Umhüllmasse dem Bauteil Stabilität, wohingegen der flexible Substratbereich in geeigneter Weise der
Vibrationsentkopplung des elektronischen Bauelements dienen kann.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Bauteils weist das Substrat einen mechanisch verstärkten Lötbereich auf. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das gesamte Substrat flexibel ist, der flexible Substratbereich also eine
Ausdehnung über das gesamte Substrat aufweist. Auf diese Weise kann an dem oder den Lötbereichen, die insbesondere für eine Befestigung des Substrats an einem Grundsubstrat durch Lötungen dienen, eine Verstärkung erzielt werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das erste und/oder weitere mikro- oder nanostrukturierte Bauelement, insbesondere das erste mikro- oder
nanostrukturierte Bauelement, ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus mikro- oder nano-elektromechanischen Systemen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, Sensorelementen und Kombinationen davon.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines elektronischen Bauteils, umfassend die Schritte:
- Befestigen wenigstens eines ersten mikro- oder nanostrukturierten
Bauelements und insbesondere eines Massekörpers an einem flexiblen Substratbereich eines Substrats mit einem Verbindungsmittel, wobei ein Masseverbund erzeugt wird, der den flexiblen Substratbereich zumindest teilweise versteift;
- Elektrisches Kontaktieren des wenigstens einen ersten mikro- oder
nanostrukturierten Bauelements; und Aufbringen einer Dämpfungsmasse wenigstens auf das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement sowie auf wenigstens einen lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats.
Unter elektrischem Kontaktieren kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl direktes als auch indirektes Kontaktieren verstanden werden.
Beispielsweise kann eine direkte elektrische Kontaktierung eines Bauelements mit einem Substrat mittels eines an dem Bauelement befindlichen elektrischen Kontaktes und eines an dem Substrat befindlichen elektrischen Kontakts erfolgen, wobei der elektrische Kontakt des Bauelements den elektrischen Kontakt des Substrats kontaktiert beziehungsweise berührt. Eine indirekte elektrische Kontaktierung eines Bauelements mit einem Substrat kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein elektrischer Kontakt des Bauelements über mindestens ein weiteres Element, beispielsweise ein weiteres Bauelement, einen elektrischen Leiter, zum Beispiel eine Leiterbahn oder einen Draht, oder ein elektrisch leitendes Material, zum Beispiel einen elektrische leitenden Kleber, mit einem elektrischen Kontakt des Substrats verbunden ist.
Dieses Verfahren ist besonders geeignet, um ein erfindungsgemäßes Bauteil zu erzeugen. Bezüglich der erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile auch des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Bauteil verwiesen.
Beispielsweise wird der Herstellungsprozess des Substrats vereinfacht, von Werkzeugabmessungen entkoppelt, die Bauteilabmessungen somit lateral verringerbar und die Kosten reduziert. Die Dämpfungseigenschaften werden vom Substrat weitestgehend entkoppelt und dominiert durch die speziell anpassbare Dämpfungsmasse.
Ferner können zum Drahtbonden geeignete Drahtbondpads auf dem versteiften Bereich angeordnet werden, was die Zuverlässigkeit der Drahtbondverbindung beziehungsweise der Kontaktierung verbessert.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
FIG. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bauteils;
FIG. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils; FIG. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils; und
FIG. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils.
In den Figuren 1 bis 4 ist ein erfindungsgemäßes Bauteil 10 gezeigt. Dabei sind gleiche oder vergleichbare Komponenten mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Bauteil 10 ist insbesondere ein elektronisches Bauteil, wie etwa ein Sensor, und kann auf einem Grundsubstrat 12 angeordnet sein.
Gemäß Figur 1 umfasst das Bauteil 10 ein Substrat 14 mit wenigstens einem flexiblen Substratbereich15. Der flexible Substratbereich 15 kann dabei eine begrenzte Ausdehnung aufweisen, oder aber über das gesamte Substrat 14 verlaufen, wodurch das gesamte Substrat 14 flexibel ist. Dabei weist das Substrat 14, vorzugsweise an seinem flexiblen Substratbereich 15, insbesondere ein Elastizitätsmodul in einem Bereich von < 30 GPa und eine Dicke in einem Bereich von > 10μηι bis < 2000μηι, insbesondere > 20μηι bis < 500μηι auf. Weiterhin weist der flexible Substratbereich 15 wenigstens einen durch Bildung eines Masseverbundes versteiften Bereich auf. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 umfasst der Masseverbund einen Teil des flexiblen Substratbereichs 15, ein erstes mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement 16 und ein
Verbindungsmittel 18 zum Befestigen des ersten mikro- oder nanostrukturierten Bauelements 16 an dem flexiblen Substratbereich 15. Das Verbindungsmittel 18 kann beispielsweise ein insbesondere gehärteter Klebstoff oder eine
Bondverbindung sein. Als Materialien für das Substrat 14 können unter Anderem flexible Standardmaterialien, wie insbesondere Polyimid oder FR4 Anwendung finden. Durch die Ausbildung des Masseverbunds ist das Substrat 14 beziehungsweise der flexible Substratbereich 15 in dem Bereich des Masseverbunds versteift, weist also gegenüber dem flexiblen Substratbereich 15 als Solchem eine gesteigerte Widerstandsfähigkeit gegenüber Verformungen auf. Die Versteifung wird dabei gebildet durch die Wechselwirkung der Verbundpartner in dem
Masseverbund, also in dieser Ausführungsform dem Substrat 14
beziehungsweise dem Teil des flexiblen Substratbereichs 15, dem
Verbindungsmittel 18 und dem Bauelement 16. Insbesondere wird der Grad der Versteifung erreicht durch die Härte beziehungsweise Steifigkeit des
Bauelements 16. Das Verbindungsmittel 18 sollte dabei ebenfalls geeignet sein, bei einer Vibration, also einer Verformung des flexiblen Substratbereichs 15, die Verbindung von flexiblem Substratbereich 15 und Bauelement 16 beizubehalten, weshalb ein harter Klebstoff, wie etwa ein Epoxidklebstoff, besonders geeignet ist. Dadurch ist eine Verformbarkeit in dem versteiften Bereich nicht möglich.
Erfindungsgemäß ist ferner eine Dämpfungsmasse 20 vorgesehen, die wenigstens das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement 16 und einen lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats 14 bedeckt. Die Dämpfungsmasse 20 kann dabei ein Gel, ein Schaumstoff, ein Granulat, ein Elastomer oder eine Kombination davon, insbesondere ein Gel, sein.
Vorzugsweise sind der Bereich des Masseverbundes, der auf der zur
Dämpfungsmasse 20 orientierten Substratseite aufgebracht ist und die
Dämpfungsmasse 20 durch einen Überzug aus einer Umhüllmasse 22 eingehaust. Die Umhüllmasse 22 kann etwa durch Spritzgießen oder
Spritzpressen geformte Pressmassen aufweisen, wie etwa Epoxidmassen mit Siliziumfüllstoffen. Erfindungsgemäß bildet die Umhüllmasse 22 daher insbesondere ein Gehäuse des erfindungsgemäßen Bauteils 10. Für eine elektrische Kontaktierung ist das Bauelement 16 über eine oder eine
Vielzahl von elektrischen Verbindungen 24 elektrisch beispielsweise mit dem Substrat 14 verbunden. Die elektrischen Verbindung 24 können durch
Drahtbonden oder in Flipchip-Technik erfolgen. Das Substrat 14 enthält ferner nicht gezeigte elektrische Leiterbahnen zur Weiterführung der elektrischen Verbindungen 24 des Bauelements 16. Das Substrat 14 oder gegebenenfalls die Umhüllmasse 22 kann weiterhin wenigstens einen Lötbereich 26 aufweisen, an dem das Substrat 14 an dem Grundsubstrat 12 befestigt ist. Dies kann insbesondere durch eine Lötung 28, beispielsweise durch Lötballs oder Lötpads realisiert werden.
Bei auftretenden Vibrationen an dem Einbauort des erfindungsgemäßen Bauteils 10 werden diese zwar über die Lötung 28 an die Umhüllmasse 22
weitergegeben, durch den flexiblen Substratbereich 15 und die
Dämpfungsmasse 20 jedoch von den Bauelementen 16 und der vorzugsweise enthaltenen Mikromechanik entkoppelt. Die Dämpfung der an den Bauelementen 16 wirkenden Vibrationen wird im Wesentlichen durch die Dämpfungsmasse 20, das Substrat 14 beziehungsweise den flexiblen Substratbereich 15 und die Masse des Bauelements16 bestimmt.
Der Masseverbund bildet dabei einen formstabilen Verbund und somit eine zusammenhängende schwingende Masse in einem Dämpfersystem. Diese kann in einem herkömmlichen Prozess der Aufbau- und Verbindungstechnik erzeugt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass auf der Oberfläche des Substrats 14 einen geeignete Strukturierung beispielsweise eines härtenden Klebstoffs oder einer härtenden Bondverbindung ausgestaltet wird, um elektrische Leitungen und/oder elektrische Anschlüsse auf dem Substrat 14 zu verstärken
beziehungsweise zu versteifen, wodurch eine sichere und zuverlässige
Drahtbond-Substratverbindung ermöglicht wird.
Das erfindungsgemäße Bauteil kann folglich durch ein Verfahren hergestellt werden, umfassend die Schritte:
- Befestigen wenigstens eines ersten mikro- oder nanostrukturierten
Bauelements und insbesondere eines Massekörpers an einem flexiblen Substratbereich eines Substrats mit einem Verbindungsmittel, wobei ein Masseverbund erzeugt wird, der den flexiblen Substratbereich zumindest teilweise versteift;
- Elektrisches Kontaktieren des wenigstens einen ersten mikro- oder
nanostrukturierten Bauelements; und - Aufbringen einer Dämpfungsmasse wenigstens auf das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement sowie auf wenigstens einen lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils 10 gezeigt. Gemäß Figur weist das Substrat 14 einen mechanisch verstärkten Lötbereich 26 auf. Dazu kann an dem Lötbereich 26 eine mechanische
Verstärkung 30 vorgesehen sein. Die mechanische Verstärkung 30 kann dabei als ein Glasfaserwerkstoff, beispielsweise mit Epoxidharz, wie etwa FR4, ausgebildet sein. Die mechanische Verstärkung 30 kann beispielsweise im Fertigungsprozess des Substrats 14 als zusammenhängende Rahmenstruktur aufgebracht werden, etwa aufgepresst werden, und weitere elektrische
Kontaktflächen und elektrische Durchkontakte enthalten. Diese Ausgestaltung dient der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Lötung 28.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils 10 gezeigt. Gemäß Figur 3 umfasst der Masseverbund, etwa auf der dem ersten mikro- oder nanostrukturierten Bauelement 16 entgegengesetzten Seite des Substrats 14 ferner einen Massekörper 32. Der Massekörper 32 kann
beispielsweise eine Metallplatte und ferner an dem Substrat 14 verklebt sein. Beispielsweise ist der Massekörper 32 ein elektronisches IC-Bauelement, wobei die Kontaktfläche dann zweckmäßigerweise zu dem Substrat 14 orientiert ist. Der elektrische Kontakt zwischen den Bauelementen kann beispielsweise über Drahtbonds und Durchlöcher in dem Substrat 14 hergestellt werden. Alternativ kann auch die Flip Chip Technik zum Einsatz kommen. Die elektrischen
Verbindungen können über Leiterbahnen im Substrat 14 zu den Lötflächen 26 und zu dem Grundsubstrat 12 geführt werden. Vorzugsweise ist der Massekörper 32 ein weiteres mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement. Weiterhin kann der Massekörper 32 lateral das erste Bauelement 16 und auch eventuell mehrere Bauteile überspannen, jedoch nicht bis zu der vorzugsweise starren Umhüllmasse 22 reichen. Beispielsweise kann der Massekörper 32 Drahtbondpads überspannen, die zum Drahtbonden verwendet werden. Der Massekörper 32 kann dabei wesentlich zu der Versteifung des flexiblen
Substratbereichs 15 beitragen, so dass die auf das Bauelement 16 und das
Verbindungsmittel 18 wirkenden Kräfte gering gehalten werden können. Ferner kann er eine genau einstellbare Masse aufweisen. Dies erhöht die
Zuverlässigkeit des Systems und kann zur Optimierung des
Dämpfungsverhaltens im Feder-Dämpfer-Massesystem beitragen. Durch diese Anordnung wird zudem die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Bauteils 10 verringert. In Kombination von Substrat 14, Dämpfungsmasse 20, insbesondere mit Bezug auf die Shore-Härte und die Viskosität, sowie der Masse von Substrat 14, sowie Bauteil 18 kann die Dämpfung des Systems eingestellt werden.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils 10 gezeigt. Gemäß Figur 4 ist eine weitere Komponente 34 zwischen dem ersten
Bauelement 16 und dem Substrat 14 angeordnet. Die Komponente 34 kann wiederum ein Massekörper sein und das erste Bauelement 16 lateral überragen. Vorzugsweise ist die zweite Komponente 34, etwa durch Klebeschichten 36, 38, an dem ersten Bauelement 16 sowie dem Substrat 14 befestigt. In diesem Fall kann die zweite Komponente 34 eine mechanische Verstärkung darstellen, so dass der Klebstoff nicht zwingend aushärten muss.

Claims

Bauteil, insbesondere elektronisches Bauteil, umfassend ein Substrat (14) mit wenigstens einem flexiblen Substratbereich (15), der wenigstens einen durch Bildung eines Masseverbundes versteiften Bereich aufweist, wobei der Masseverbund wenigstens umfasst einen Teil des flexiblen Substratbereichs (15), ein erstes mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement (16) und ein Verbindungsmittel (18) zum Befestigen des ersten mikro- oder
nanostrukturierten Bauelements (16) an dem flexiblen Substratbereich (15), und wobei eine Dämpfungsmasse (20) vorgesehen ist, die wenigstens das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement (16) und einen lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats (14) bedeckt.
Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (14) eine Dicke in einem Bereich von > 10μηι bis < 2000μηι, insbesondere > 20μηι bis < 500μηι aufweist.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Masseverbund ferner einen Massekörper (32) umfasst.
Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (32) ein weiteres mikro- oder nanostrukturiertes Bauelement ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse (20) ein Gel, ein Schaumstoff, ein Granulat, ein Elastomer oder eine Kombination davon, insbesondere ein Gel, ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Masseverbundes, der auf der zur Dämpfungsmasse (20) orientierten Substratseite aufgebracht ist und die Dämpfungsmasse (20) durch einen Überzug aus einer Umhüllmasse (22) eingehaust sind. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible
Substratbereich (15) flexibler ist, als die Umhüllmasse (22).
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (14) einen mechanisch verstärkten Lötbereich (26) aufweist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder weitere mikro- oder nanostrukturierte Bauelement, insbesondere das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement (16), ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus mikro- oder nano- elektromechanischen Systemen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, Sensorelementen und Kombinationen davon. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10), insbesondere eines elektronischen Bauteils (10), umfassend die Schritte:
- Befestigen wenigstens eines ersten mikro- oder nanostrukturierten
Bauelements (16) und insbesondere eines Massekörpers (32) an einem flexiblen Substratbereich (15) eines Substrats (14) mit einem
Verbindungsmittel (18), wobei ein Masseverbund erzeugt wird, der den flexiblen Substratbereich (15) zumindest teilweise versteift;
- Elektrisches Kontaktieren des wenigstens einen ersten mikro- oder
nanostrukturierten Bauelements (16); und
- Aufbringen einer Dämpfungsmasse (20) wenigstens auf das erste mikro- oder nanostrukturierte Bauelement (16) sowie auf wenigstens einen lateral über den Masseverbund herausragenden Teil des Substrats (14).
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