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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Montieren eines elektronischen Bauelements.
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Eine Lötbarkeit elektronischer Bauelemente, eine Stabilität der Lötverbindung, etwa hinsichtlich einer Korrosion, und ihre Robustheit, stellen fortwährende Herausforderungen im Design von neuen Bauformen dar.
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Aus dem Stand der Technik sind elektronische Bauelemente mit Benetzungsflanken (englisch wetting flanks) bzw. Lötkontaktflächen bekannt. Solche Strukturen benötigen wertvollen Platz in einem elektronischen Bauelement und müssen so gut wie möglich isoliert im elektronischen Bauelement integriert sein, was für kleine Bauformen nur schwer realisierbar ist und in der Regel Nachteile in der Robustheit nach sich zieht. Isolierte Benetzungsflanken bzw. Lötkontaktflächen sind insofern nötig, als dass ein Eindringen eines Flussmittels oder gar eines Lotmaterials über die Lötkontaktflächen in das elektronische Bauelement bzw. in aktive Bereiche des elektronischen Bauelements vermieden werden muss.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes elektronisches Bauelement bereitzustellen und ein verbessertes Verfahren zum Montieren eines elektronischen Bauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Montieren eines elektronischen Bauelements mit den Merkmalen der jeweils unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein elektronisches Bauelement weist ein Gehäuse mit einem Formmaterial und einen in das Formmaterial eingebetteten Leiterrahmen auf. Das Gehäuse weist eine Montagefläche und Außenwandungen und der Leiterrahmen eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite auf. Der Leiterrahmen weist zumindest zwei separate Leiterrahmenabschnitte auf und die Leiterrahmenabschnitte bilden an der Oberseite des Leiterrahmens Chipkontaktflächen. Der Leiterrahmen weist mit den Leiterrahmenabschnitten verbundene Lötkontaktstrukturen auf. Die Lötkontaktstrukturen sind im Bereich von an der Montagefläche ausgebildeten Gehäuseecken angeordnet und an der Montagefläche und/oder den Außenwandungen zugänglich bzw. liegen an der Montagefläche und/oder den Außenwandungen frei. An der Montagefläche und/oder an den Außenwandungen des Gehäuses zugängliche Abschnitte der Lötkontaktstrukturen bilden erste Lötkontaktflächen.
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Das elektronische Bauelement beruht auf dem Gedanken, dass die Lötkontaktstrukturen im Bereich der Gehäuseecken angeordnet sind. Dadurch sind die Lötkontaktstrukturen nicht nur an der Montagefläche, sondern auch an den Außenwandungen des Gehäuses zugänglich. Bei bisher bekannten elektronischen Bauelementen sind die Lötkontaktstrukturen hingegen im Bereich von Hauptachsen des Gehäuses, typischerweise in einem Mittenbereich der Montagefläche des Gehäuses, angeordnet.
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Vorteilhafterweise begünstigt die Anordnung der Lötkontaktstrukturen im Bereich der Gehäuseecken eine korrekte Positionierung und/oder Ausrichtung des Gehäuses bzw. des elektronischen Bauelements im Rahmen einer Montage auf einem Träger, bei der das elektronische Bauelement an elektrische Kontaktflächen des Trägers gelötet wird. Die korrekte Positionierung und Ausrichtung des elektronischen Bauelements, die im Wesentlichen durch die Anordnung der elektrischen Kontaktflächen des Trägers vorgegeben sind, werden dadurch ermöglicht, dass ein kontrolliertes Einschwimmen des elektronischen Bauelements in Bezug auf die Kontaktflächen des Trägers erfolgen kann.
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Als Einschwimmen soll ein Prozess bezeichnet werden, bei dem ein elektronisches Bauelement aufgrund von an Grenzflächen zwischen den Lötkontaktstrukturen und einem zwischen den elektrischen Kontaktflächen des Trägers und der Montagefläche des Gehäuses des elektronischen Bauelements angeordneten Lotmaterial, den Lötkontaktstrukturen und einer Umgebung und dem Lotmaterial und der Umgebung wirkenden Kräften in eine energetisch günstige Position bewegt und/oder gedreht wird. Gegebenenfalls sind Grenzflächenkräfte an Grenzflächen zwischen dem Lotmaterial und den Kontaktflächen des Trägers bzw. dem Träger und zwischen der Umgebung und den Kontaktflächen des Trägers bzw. dem Träger selbst zu berücksichtigen. In Kombination mit zumindest zwei Lötstellen wirkt dadurch effektiv eine translatorische Kraft und/oder ein Drehmoment, die das Gehäuse entsprechend der Anordnung der Kontaktflächen des Trägers positionieren und/oder ausrichten.
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Das Einschwimmen des elektronischen Bauelements erfolgt dabei derart, dass die jeweils im Bereich der Gehäuseecken angeordneten Lötkontaktstrukturen entsprechend den elektrischen Kontaktflächen des Trägers angeordnet und/oder ausgerichtet werden. Durch die Tatsache, dass die Lötkontaktstrukturen im Bereich der Gehäuseecken ausgebildet sind, weisen diese untereinander maximal mögliche Abstände auf, wodurch die beim Einschwimmen wirkenden Kräfte aufgrund einer Hebelwirkung besonders ausgeprägt sein können. Eine Positionierung des elektronischen Bauelements auf dem Träger kann dadurch signifikant erleichtert werden, da die Anforderungen an eine hierzu erforderliche Präzision durch das vorteilhafte Einschwimmen des elektronischen Bauelements reduziert sein können.
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Es sei angemerkt, dass die Anordnung der Lötkontaktstrukturen im Bereich der Gehäuseecken des elektronischen Bauelements mechanische Verspannungen im elektronischen Bauelement mit sich bringt, da im Bereich der Lötkontaktstrukturen zwei Materialien mit verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in direktem Kontakt zueinander stehen, nämlich die des Leiterrahmens und des Formmaterials, weshalb bei bisher bekannten elektronischen Bauelementen davon abgesehen wurde, die Lötkontaktstrukturen im Bereich der Gehäuseecken anzuordnen. Verkleinert man jedoch die Größe des Gehäuses und somit auch der Lötkontaktstrukturen, so nehmen auch die Spannungen an den Gehäuseecken ab und können ein technisch akzeptables Niveau annehmen. Gerade die Anordnung der Lötkontaktstrukturen im Bereich der Gehäuseecken ermöglicht es vorteilhafterweise, die Lötkontaktstrukturen gegenüber bisher bekannten elektronischen Bauelementen signifikant, beispielsweise um bis zu 50%, jedoch nicht hierauf beschränkt, zu verkleinern.
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Außerdem kann eine Grundfläche des elektronischen Bauelements (englisch foot print) besonders klein sein, indem beispielsweise Chipkontaktflächen vorgesehen werden, die lediglich zu einer Außenwandung hin angeordnet sind, wodurch beispielsweise eine Verdrahtung eines elektronischen Halbleiterchips mit den Chipkontaktflächen weniger Platz erfordert. Die vorteilhafte Anordnung der Chipkontaktflächen ermöglicht es dadurch auch, größerer elektronische Halbleiterchips für das elektronische Bauelement zu verwenden.
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Eine weitere gängige Anforderung an elektronische Bauelemente (z.B. im Automobilbereich) ist die mögliche Inspizierbarkeit der Lötstellen. Die Anordnung der Lötkontaktflächen im Bereich der Gehäuseecken stellt eine möglichste exponierte Lage der Lötkontaktflächen dar, weshalb die Lötstellen besonders einfach inspizierbar sind.
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In einer Ausführungsform weist der Leiterrahmen im Bereich der Gehäuseecken jeweils eine Lötkontaktecke auf. Anders ausgedrückt, weisen die Lötkontaktstrukturen die Lötkontaktecken auf bzw. sind als solche ausgebildet. Eine Lötkontaktecke ist spitz ausgebildet und vermag es dadurch, eine Oberflächenspannung eines flüssigen Lotmaterials zu brechen. Vorteilhafterweise kann dies eine Benetzung der Lotkontaktflächen des Leiterrahmens bzw. der Lötkontaktstrukturen begünstigen. Typischerweise werden Leiterahmen aus Kupfer gefertigt. Weist der Leiterrahmen keine weitere metallische Beschichtung auf, so kann dies von Nachteil für die Benetzung der Lötkontaktflächen mit dem Lotmaterial sein. Die Lötkontaktecke ermöglicht eine effektive Benetzung von Lötkontaktflächen, die beispielsweise Kupfer aufweisen, auch wenn diese nicht metallisiert sind. Die Lötkontaktecke kann auch als erste Lötkontrollstruktur bezeichnet werden.
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In einer Ausführungsform weist der Leiterrahmen im Bereich der Gehäuseecken jeweils eine Ausnehmung auf. Im Bereich der Ausnehmungen weisen die Lötkontaktstrukturen zugängliche zweite Lötkontaktflächen auf. Die Ausnehmungen können auch als zweite Lötkontrollstrukturen bezeichnet werden. Die Ausnehmungen ermöglichen es vorteilhafterweise, dass beim Montieren des elektronischen Bauelements Lotmaterial im Wesentlichen im Bereich der Ausnehmungen angeordnet werden kann. Die zweiten Lötkontaktflächen werden durch das Ausbilden der Ausnehmungen erzeugt.
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In einer Ausführungsform erstrecken sich die Ausnehmungen von der Oberseite des Leiterrahmens bis zur Unterseite des Leiterrahmens vollständig durch den Leiterrahmen. Vorteilhafterweise wird bei einer im Rahmen eines Herstellungsprozesses erfolgenden Vereinzelung einer Mehrzahl elektronischer Bauelemente im Bereich der Ausnehmungen jeweils kein Grat am Leiterrahmen gebildet, der über eine Gesamtfläche des elektronischen Bauelements hinausragt, was eine Handhabung des elektronischen Bauelements erleichtern kann.
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In einer Ausführungsform weist der Leiterrahmen an seiner Oberseite und im Bereich der Gehäuseecken zugängliche dritte Lötkontaktflächen auf. Die Oberseite des Leiterrahmens ist im Bereich der dritten Lötkontaktflächen also nicht vom Formmaterial bedeckt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass beim Anordnen des Formmaterial ein Formwerkzeug in Bereichen der zu erzeugenden dritten Lötkontaktflächen an den Leiterrahmen gedrückt wird. Dabei wird die Oberseite des Leiterrahmens gegen das Formwerkzeug abgedichtet. Das Anordnen einer Schutzfolie an der Unterseite des Leiterrahmens beim Einbetten des Leiterrahmens in das Formmaterial ist dadurch nicht erforderlich, selbst wenn der Leiterrahmen im Bereich der Gehäuseecken Ausnehmungen aufweist, die sich in vertikaler Richtung vollständig durch den Leiterrahmen erstrecken.
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In einer Ausführungsform sind die zweiten Lötkontaktflächen und/oder die dritten Lötkontaktflächen metallisiert. In diesem Fall ist also eine Beschichtung auf den zweiten Lötkontaktflächen angeordnet. Die Beschichtung weist ein metallisches Material auf. Die metallisierten zweiten und/oder dritten Lötkontaktflächen ermöglichen es vorteilhafterweise, dass Benetzungseigenschaften des Lotmaterials im Bereich der Ausnehmungen zusätzlich verbessert werden. Dadurch kann es gelingen, dass Lotmaterial ausschließlich im Bereich der Ausnehmungen angeordnet werden kann und lediglich mit den zweiten Lötkontaktflächen in direktem Kontakt steht, nicht hingegen mit den ersten Lötkontaktflächen. Die dritten Lötkontaktflächen können optional auch benetzt werden. Insgesamt ermöglichen metallisierte zweite und/oder dritte Lötkontrollstrukturen ein noch kontrollierteres und verlässlicheres Einschwimmen der elektronischen Bauelemente.
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In einer Ausführungsform sind die Lötkontaktstrukturen symmetrisch angeordnet. Vorteilhafterweise kann der Prozess des Einschwimmens beim Montieren des elektronischen Bauelements durch die Symmetrie der Lötkontaktstrukturen zusätzlich verbessert dahingehend verbessert werden, dass ein kontrolliertes und verlässliches Einschwimmen erfolgen kann.
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In einer Ausführungsform bildet ein an der Montagefläche zugänglicher und von den Gehäuseecken abgewandter weiterer Abschnitt der Unterseite des Leiterrahmens eine weitere Lötkontaktfläche. Die weitere Lötkontaktfläche kann beispielsweise im Bereich eines Schwerpunkts des elektronischen Bauelements oder beispielsweise im Bereich eines Mittelpunkts der Montagefläche des Gehäuses angeordnet sein.
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Die weitere Lötkontaktfläche kann vorteilhafterweise dazu dienen, im Betrieb des elektronischen Bauelements anfallende Wärme abzuführen. Die Lötkontaktstrukturen und die weitere Lötkontaktfläche können auch gemeinsam derart angeordnet sein, dass eine Symmetrie vorliegt. Beispielsweise kann die weitere Lötkontaktstruktur im Bereich eines Symmetriepunkts angeordnet sein.
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Insgesamt ermöglichen kleinere Lötkontaktstrukturen und ihre vorteilhafte Lage der auch eine bessere Isolation/Abkapselung selbiger von einem aktiven Bereich des elektronischen Bauelements. In einer Ausführungsform ist an der Oberseite des Leiterrahmens und im Bereich der Lötkontaktstrukturen jeweils eine Vertiefung ausgebildet. Das Formmaterial greift in die Vertiefungen ein. Vorteilhafterweise ist dadurch ein Risiko, dass sich das Formmaterial von dem Leiterrahmen löst, reduziert. Die höhere Dichtheit des elektronischen Bauelements gegenüber Flüssigkeiten reduziert auch ein Risiko, dass Flussmittel und/oder Lotmaterial bei der Lötung des elektronischen Bauelements an den Träger bzw. gar das Auslaufen flüssigen Formmaterials in der Prozessierung. Ein dichteres elektronisches Bauelement ist robust und insbesondere korrosionsbeständig.
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In einer Ausführungsform sind die Vertiefungen jeweils als zwischen zwei benachbarten Außenwandungen des Gehäuses verlaufende Gräben ausgebildet. Vorteilhafterweise kann eine unter Umständen auftretende und von einer Gehäuseecke ausgehende Delamination des Formmaterials vom Leiterrahmen im Bereich des Grabens gestoppt werden. Dadurch wird die Dichtheit des elektronischen Bauelements erhöht.
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In einer Ausführungsform weist der Leiterrahmen an seiner Unterseite und jeweils auf von den Gehäuseecken abgewandten Seiten der Lötkontaktstrukturen eine sich in Richtung der Oberseite des Leiterahmens erstreckende Hinterschneidung auf. Das Formmaterial greift in die Hinterschneidung ein. Vorteilhafterweise wird dadurch die Robustheit und Dichtheit des elektronischen Bauelements verbessert, weil eine Delamination des Formmaterials von dem Leiterahmen verhindert werden kann.
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Ein Verfahren zum Montieren eines elektronischen Bauelements gemäß einer der Ausführungsformen umfasst folgende Verfahrensschritte. Es wird ein Träger mit an einer Oberseite des Trägers angeordneten elektrischen Kontaktflächen bereitgestellt. Ein Lotmaterial wird auf den elektrischen Kontaktflächen des Trägers angeordnet. Das elektronischen Bauelement wird auf dem Lotmaterial angeordnet, wobei das elektronische Bauelement derart mit der Montagefläche dem Träger zugewandt ist, dass die Lötkontaktstrukturen des elektronischen Bauelements den an der Oberseite des Trägers angeordneten elektrischen Kontaktflächen zugewandt und auf dem Lotmaterial angeordnet sind, wodurch das Lotmaterial den Leiterrahmen im Bereich der Lötkontaktstrukturen benetzt. Es werden die ersten Lötkontaktflächen und/oder die zweiten Lötkontaktflächen und/oder die dritten Lötkontaktflächen vom Lotmaterial benetzt. Sind die zweiten Lötkontaktflächen und/oder die dritten Lötkontaktflächen metallisiert erfolgt eine Benetzung der metallisierten zweiten und/oder dritten Lötkontaktflächen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1: ein elektronisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
- 2: das elektronische Bauelement der 1 in einer transparenten perspektivischen Ansicht;
- 3: einen Ausschnitt des elektronischen Bauelements gemäß 1 und 2 im Bereich einer Gehäuseecke in einer perspektivischen Ansicht;
- 4: einen Ausschnitt eines elektronischen Bauelements gemäß einer alternativen Ausführungsform im Bereich einer Gehäuseecke in einer perspektivischen Ansicht;
- 5: einen Ausschnitt eines elektronischen Bauelements gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform im Bereich einer Gehäuseecke in einer perspektivischen Ansicht;
- 6: das elektronische Bauelement gemäß den 1 bis 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht;
- 7: ein elektronisches Bauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht und einen Teil des elektronischen Bauelements der weiteren Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
- 8: den Zustand eines Verbunds einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen im Rahmen eines Herstellungsprozesses in einer Draufsicht auf eine Leiterrahmenebene;
- 9: den Zustand eines Verbunds einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen gemäß 4 im Rahmen des Herstellungsprozesses in einer Draufsicht auf die Leiterrahmenebene;
- 10: einen Zustand im Rahmen eines Verfahrens zum Montieren eines elektronischen Bauelements gemäß einer der Ausführungsformen in einer perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt schematisch ein elektronisches Bauelement 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht.
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Das elektronisches Bauelement 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 weist beispielhaft eine rechteckige Grundfläche auf. Das Gehäuse 2 kann jedoch auch eine andere Grundfläche, beispielsweise eine quadratische Grundfläche aufweisen. Das Gehäuse 2 kann eine Breite von beispielsweise 1,4mm, eine Länge von beispielsweise 2,3mm und eine Höhe von beispielsweise 0,6mm oder beispielsweise 0,55mm aufweisen. Alle Werteangaben sind als lediglich beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen.
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Das Gehäuse 2 weist ein Formmaterial 3 und einen Leiterrahmen 4 auf. Der Leiterrahmen 4 ist in das Formmaterial 3 eingebettet. Das Formmaterial 3 weist beispielhaft ein Silikon auf. Das Formmaterial 3 kann jedoch auch ein anderes Material aufweisen. Das Formmaterial 3 kann alternativ beispielsweise ein Epoxidharz aufweisen. Der Leiterrahmen 4 weist beispielhaft Kupfer auf. Der Leiterrahmen 4 kann jedoch auch ein anderes metallisches Material aufweisen. Der Leiterrahmen 4 weist zusätzlich eine metallische Beschichtung auf, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Die metallische Beschichtung weist beispielhaft eine Legierung der Metalle Nickel, Palladium und Gold (NiPdAu) auf. Die metallische Beschichtung kann auch andere Metalle und Legierungen aufweisen. Der Leiterrahmen 4 bildet die tragende Struktur des elektronischen Bauelements 1. Der Leiterrahmen 4 kann beispielsweise mittels eines Formverfahrens in das Formmaterial 3 eingebettet werden.
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Das elektronische Bauelement 1 weist ferner einen elektronischen Halbleiterchip 5 auf. Das elektronische Bauelement 1 kann jedoch auch eine beliebige Anzahl von elektronischen Halbleiterchips 5 aufweisen. Der elektronische Halbleiterchip 5 ist beispielhaft als ein optoelektronischer Halbleiterchip 5 ausgebildet. Der optoelektronische Halbleiterchip 5 kann beispielsweise als ein Saphir-Chip ausgebildet sein. In diesem Fall kann das elektronische Bauelement 1 auch als ein optoelektronisches Bauelement 1 bezeichnet werden.
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Der optoelektronische Halbleiterchip 5 kann beispielsweise ein eine Leuchtdiode oder als eine Laserdiode ausgebildet sein. Der optoelektronische Halbleiterchip 5 muss jedoch nicht notwendigerweise dazu ausgebildet sein, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Alternativ kann der optoelektronische Halbleiterchip 5 auch dazu ausgebildet sein, elektromagnetische Strahlung zu detektieren. In diesem Fall kann der optoelektronische Halbleiterchip 5 beispielsweise als eine Photodiode ausgebildet sein. Das optoelektronische Bauelement 1 kann beispielsweise als eine LIDAR-Vorrichtung, beispielsweise als eine LIDAR-Vorrichtung eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet sein. Das optoelektronische Bauelement 1 kann jedoch auch als eine Vorrichtung zum Messen vitaler Funktionen von Personen ausgebildet sein, beispielsweise als ein Pulsoxymeter.
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Der elektronische Halbleiterchip 5 muss jedoch nicht als ein optoelektronischer Halbleiterchip 5 ausgebildet sein. Der elektronische Halbleiterchip 5 kann beispielsweise als ein Transistorelement oder als ein anderes elektronisches oder elektrisches Element ausgebildet sein. Der elektronische Halbleiterchip 5 kann jedoch auch entfallen.
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2 zeigt schematisch das elektronische Bauelement 1 gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei das Formmaterial 3 jedoch transparent dargestellt ist, um den Leiterrahmen 4 zu zeigen. Die Bezugszeichen der 1 werden in der nachfolgenden Beschreibung beibehalten.
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Der Leiterrahmen 4 weist eine Oberseite 6 und eine der Oberseite 6 gegenüberliegende Unterseite 7 auf. Der Leiterrahmen 4 ist planar ausgebildet. In einer Ausführungsform weist der Leiterrahmen 4 eine Dicke von mindestens 200µm auf. Dadurch wird ein besonders starrer Leiterrahmen 4 bereitgestellt, der eine geringe, etwa thermisch bedingte, Verbiegung aufweist. Die Dicke des Leiterahmens 4 ist jedoch nicht auf den angegebenen Wertebereich beschränkt. Der Leiterrahmen 4 kann auch zusätzliche Querstege aufweisen, die die Leiterrahmenabschnitte 8, 9 mit den Lötkontaktstrukturen 14 oder Lötkontaktstrukturen 14 untereinander verbinden.
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Der Leiterrahmen 4 weist außerdem zumindest zwei separate Leiterrahmenabschnitte 8, 9 auf. Die Leiterrahmenabschnitte 8, 9 bilden an der Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 Chipkontaktflächen. Die Chipkontaktflächen sind zur elektrischen Verbindung des zumindest einen elektronischen Halbleiterchips 5 vorgesehen. Beispielhaft ist der elektronische Halbleiterchip 5 auf einem ersten Leiterrahmenabschnitt 8 angeordnet und elektrisch mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt 8 verbunden. Der elektronische Halbleiterchip 5 ist dabei mittels eines Bonddrahts 10 mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt 8 verbunden. Darüber hinaus ist der elektronische Halbleiterchip 5 mittels eines Bonddrahts 10 mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 9 verbunden.
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Die elektrische Verbindung zum ersten Leiterrahmenabschnitt 8 muss jedoch nicht zwingend mittels eines Bonddrahts 10 erfolgen, da der elektronisch Halbleiterchip 5 an einer dem ersten Leiterrahmenabschnitt 8 zugewandten Unterseite alternativ auch einen elektrischen Kontakt aufweisen kann. Es können auch beide Bonddrähte 10 entfallen. Beispielsweise kann ein über den Leiterrahmenabschnitten 8, 9 angeordneter elektronischer Halbleiterchip 5 zusätzlich zum elektrischen Kontakt zum Verbinden mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt 8 eine elektrische Durchkontaktierung zum Verbinden mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 9 aufweisen.
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Das elektronische Bauelement 1 gemäß der Ausführungsform der 2 weist beispielhaft eine im Formmaterial 3 ausgebildete Kavität 11 auf. Der Leiterrahmen 4 bildet einen Boden der Kavität 11. Der elektronische Halbleiterchip 5 ist in der Kavität 11 angeordnet. Eine Öffnungsfläche der Kavität 11 im Bereich des Leiterrahmens 4 ist kleiner als eine Öffnungsfläche der Kavität 11 in einem vom Boden bzw. Leiterahmen 4 abgewandten Bereich. Dadurch weist die Kavität 11 eine Reflektorform auf. In der beispielhaften Ausführungsform der 2 beträgt ein Winkel einer Kavitätinnenwandung gegenüber der Leiterrahmenebene 20°. Die Kavität 11 kann jedoch auch eine andere Form aufweisen.
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Weist das elektronische Bauelement 1 eine Mehrzahl von elektronischen Halbleiterchips 5 auf, so können die elektronischen Halbleiterchips 5 gemeinsam in einer Kavität 11 angeordnet sein. Es kann jedoch auch jeweils eine separate Kavität 11 für jeden elektronischen Halbleiterchip 5 vorgesehen sein. Es muss jedoch nicht zwingend eine Kavität 11 vorgesehen sein. Alternativ kann der elektronische Halbleiterchip 5 auch in das Formmaterial 3 eingebettet sein.
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Alternativ kann die Kavität 11 mit einem Vergussmaterial gefüllt sein. Das Vergussmaterial kann neben einem mechanischen Schutz des elektronischen Halbleiterchips 5 verschiedene andere Funktionen erfüllen, beispielsweise kann es ein wellenlängenkonvertierendes Material aufweisen, das dazu ausgebildet ist, eine Wellenlänge von emittierter elektromagnetischer Strahlung zu modifizieren. Es können beispielsweise auch Streupartikel im Vergussmaterial vorgesehen sein.
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Das Gehäuse 2 des elektronischen Bauelements 1 weist eine Montagefläche 12 und Außenwandungen 13 auf. Die Montagefläche 12 ist im Bereich der Unterseite 7 des Leiterrahmens 4 ausgebildet, d.h. an einer Unterseite des Gehäuses 2. Die Unterseite des Gehäuses 2 bzw. die Montagefläche 12 ist also auf einer den Chipkontaktflächen gegenüberliegenden Seite des Leiterrahmens 4 angeordnet. Im Rahmen eines Lötprozesses, bei dem das elektronische Bauelement 1 an einen Träger, etwa eine Leiterplatte (englisch printed circuit board, PCB), gelötet werden soll, wird das elektronische Bauelement 1 mit der Montagefläche 12 dem Träger zugewandt angeordnet. Zur Oberflächenmontage mittels Lötens an einen Träger weist das elektronische Bauelement 1, genauer gesagt der Leiterrahmen 4, Lötkontaktstrukturen 14 auf.
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Die Lötkontaktstrukturen 14 sind im Bereich von an der Montagefläche 12 ausgebildeten Gehäuseecken 15 des Gehäuses 2 angeordnet und an der Montagefläche 12 und/oder den Außenwandungen 13 zugänglich. Die Lötkontaktstrukturen 14 sind mechanisch starr mit den Leiterrahmenabschnitten 8, 9 verbunden. Der erste Leiterrahmenabschnitt 8 ist beispielhaft mit drei Lötkontaktstrukturen 14 verbunden, während der zweite Leiterrahmenabschnitt 9 mit lediglich einer Lötkontaktstruktur 14 verbunden ist. Es ist auch möglich, dass beispielsweise jeder der Leiterrahmenabschnitte 8, 9 mit jeweils zwei Lötkontaktstrukturen 14 verbunden ist. Es ist im Allgemeinen hierbei zweckmäßig, dass jeder Leiterrahmenabschnitt 8, 9, der als Chipkontaktfläche ausgebildet ist, mit zumindest einer Lötkontaktstruktur 14 verbunden ist.
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Im Bereich der Lötkontaktstrukturen 14 kann ein Lotmaterial angeordnet werden, um eine elektrische Kontaktierung des elektronischen Halbleiterchips 5 über die Leiterrahmenabschnitte 8, 9 zu elektrischen Kontaktflächen eines Trägers herzustellen. Aufgrund der rechteckigen Grundfläche bzw. Montagefläche 12 des Gehäuses 2 weist der Leiterrahmen 4 insgesamt vier Lötkontaktstrukturen 14 auf. Das Gehäuse 2 kann auch eine andere Anzahl von Gehäuseecken 15 aufweisen. Entsprechend kann auch der Leiterrahmen 4 eine andere Anzahl von Lötkontaktstrukturen 14 aufweisen. Pro Gehäuseecke 15 ist jeweils eine Lötkontaktstruktur 14 vorgesehen. Es muss jedoch nicht für jede Gehäuseecke 15 eine Lötkontaktstruktur 14 vorgesehen sein.
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Beispielhaft sind die Lötkontaktstrukturen 14 des elektronischen Bauelements 1 der 2 sowohl an der Montagefläche 12, als auch an den Außenwandungen 13 des Gehäuses 2 zugänglich bzw. liegen an diesen frei. Es kann jedoch auch sein, dass die Lötkontaktstrukturen 14 lediglich an der Montagefläche 12 oder lediglich an den Außenwandungen 13 zugänglich sind und freiliegen. Die Lötkontaktstrukturen 14 müssen auch nicht wie in 2 beispielhaft gezeigt, an allen Außenwandungen 13 und/oder Gehäuseecken 15 des Gehäuses 2 zugänglich sein, sondern können alternativ auch lediglich an einem Teil der Außenwandungen 13 und/oder Gehäuseecken 15 des Gehäuses freiliegen.
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Die Lötkontaktstrukturen 14 jeweils unmittelbar im Bereich der Gehäuseecken 15 angeordnet. Die Lötkontaktstrukturen 14 bilden also die Gehäuseecken 15 des Gehäuses 2 im Bereich der Montagefläche 12. Alternativ können die Lötkontaktstrukturen 14 jeweils lediglich in einer Umgebung um den Gehäuseecken 15 und nicht unmittelbar im Bereich der Gehäuseecken 15 angeordnet sein. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Lötkontaktstrukturen 14 lediglich an der Montagefläche 12 zugänglich sind. Die Lötkontaktstrukturen 14 müssen jedoch zumindest in einem Bereich der Gehäuseecken 15 angeordnet sein und nicht etwa in einem Mittenbereich des Gehäuses 2 oder etwa entlang von Mittenachsen des Gehäuses 2, d.h. nicht etwa in einem von den Gehäuseecken 15 abgewandten Bereich des Gehäuses 2.
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Durch die Anordnung der Lötkontaktstrukturen 14 im Bereich der Gehäuseecken 15 und durch ihre Zugänglichkeit an der Montagefläche 12 und/oder den Außenwandungen 13 ist das elektronische Bauelement als ein sogenanntes QFN-Bauteil ausgebildet (englisch quad flat no leads). Ein typisches, wenn auch kein zwingendes, Merkmal von QFN-Bauteilen ist, dass ihre Lötkontaktstrukturen 14 nicht aus dem Gehäuse 2 herausragen.
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Die Anordnung der Lötkontaktstrukturen 14 im Bereich der Gehäuseecken 15 ermöglicht eine korrekte Positionierung und/oder Ausrichtung des elektronischen Bauelements 1 im Rahmen einer Lötmontage auf einem Träger. Dies wird dadurch ermöglicht, dass ein kontrolliertes Einschwimmen des elektronischen Bauelements 1 in Bezug auf eine Anordnung elektrischer Kontaktflächen des Trägers erfolgen kann.
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3 zeigt schematisch einen Ausschnitt des elektronischen Bauelements 1 gemäß den 1 und 2 im Bereich einer Gehäuseecke 15 in einer perspektivischen Ansicht. Die Bezugszeichen der 1 und 2 werden in der nachfolgenden Beschreibung beibehalten. Der Einfachheit halber ist in 3 kein elektronischer Halbleiterchip 5 gezeigt, der bei den elektronischen Bauelementen 1 aller Ausführungsformen ohnehin auch entfallen kann.
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Die Lötkontaktstrukturen 14 weisen erste Lötkontaktflächen 16 auf. Die ersten Lötkontaktflächen 16 bilden die an der Montagefläche 12 und/oder an den Außenwandungen 13 des Gehäuses 2 freiliegenden Abschnitte der Lötkontaktstrukturen 14. An der Montagefläche 13 freiliegende erste Lötkontaktflächen 16 werden durch Abschnitte der Unterseite 7 des Leiterrahmens 4 gebildet. An den Außenwandungen 13 freiliegende erste Lötkontaktflächen 16 werden durch Kantenwandungen des Leiterrahmens 4 gebildet. Die ersten Lötkontaktflächen 16 sind plan ausgebildet. Im Bereich der Gehäuseecken 15 weisen die Lötkontaktstrukturen 14 jeweils eine Ausnehmung 17 auf. Durch das Vorsehen der Ausnehmungen 17 weisen die Lötkontaktstrukturen 14 zusätzlich zu den ersten Lötkontaktflächen 16 auch zweite Lötkontaktflächen 18 auf. Dadurch, dass die zweiten Lötkontaktflächen 18 durch das Vorsehen der Ausnehmungen 17 erzeugt werden, weisen die zweiten Lötkontaktflächen 18 entsprechend einer Geometrie der Ausnehmungen 17 ausgebildete zweite Lötkontaktflächen 18 auf.
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Ein Lotmaterial kann die ersten und/oder die zweiten Lötkontaktflächen 16, 18 benetzen. Bei der Ausführungsform der 3 sind die Ausnehmungen 17 als Lötkontrollstrukturen vorgesehen. Sie dienen der Aufnahme eines Lotmaterials. In diesem Fall ist es möglich, dass das Lotmaterial derart innerhalb der Ausnehmungen 17 angeordnet wird, dass es ausschließlich die zweiten Lötkontaktflächen 18 benetzt. Um die Benetzungseigenschaften der zweiten Lötkontaktflächen 18 zu verbessern, ist auf den zweiten Lötkontaktflächen 18 jeweils eine metallischen Beschichtung 19 angeordnet. Die metallische Beschichtung 19 weist beispielhaft Gold auf, sie kann jedoch auch ein anderes metallisches Material, beispielsweise eine Legierung, aufweisen. Die metallische Beschichtung 19 kann jedoch auch entfallen.
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Lediglich beispielhaft zeigt 3, dass die zweiten Lötkontaktflächen 18 eine gekrümmte, sphärische Form haben. Die zweiten Lötkontaktflächen 18 können jedoch auch anders ausgebildet sein. 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines elektronischen Bauelements 1 gemäß einer alternativen Ausführungsform im Bereich einer Gehäuseecke 15 in einer perspektivischen Ansicht. Die elektronischen Bauelemente 1 der 3 und 4 weisen Ähnlichkeiten auf. Ähnliche oder identische Elemente sind in den 3 und 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des elektronischen Bauelements 1 der 4 gegenüber dem elektronischen Bauelement 1 der 3 erläutert. Der Einfachheit halber ist in 4 kein elektronischer Halbleiterchip 5 gezeigt.
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Im Unterschied zum elektronischen Bauelement 1 gemäß 3 weist das elektronische Bauelement gemäß 4 Ausnehmungen 17 auf, die sich von der Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 bis zur Unterseite 7 des Leiterrahmens 4 vollständig durch den Leiterrahmen 4 erstrecken. Die zweiten Lötkontaktflächen 18 sind beispielhaft zylindermantelsegmentförmig ausgebildet. Wichtig ist bei dieser Ausführungsform jedoch, dass die Ausnehmungen 17 und die zweiten Lötkontaktflächen 18 von der Unterseite 7 bis zur Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 reichen. Anders ausgedrückt weisen die zweiten Lötkontaktflächen 18 jeweils gemeinsame Kanten mit der Oberseite 6 und der Unterseite 7 des Leiterrahmens 4 auf.
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Außerdem weist der Leiterrahmen 4 des elektronischen Bauelements 1 der 4 an seiner Oberseite 6 und im Bereich der Gehäuseecken 15 zugängliche dritte Lötkontaktflächen 32 auf. Auch in diesem Fall können die zweiten Lötkontaktflächen 18 und/oder die dritten Lötkontaktflächen 32 metallisiert sein, wobei 4 beispielhaft zeigt, dass sowohl die zweiten als auch die dritten Lötkontaktflächen 18, 32 metallisiert sind. Die ggf. metallisierten dritten Lötkontaktflächen 32 ermöglichen wie die ersten Lötkontaktflächen 16 und die ggf. metallisierten zweiten Lötkontaktflächen 18 eine Benetzung mit einem Lotmaterial.
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Die dritten Lötkontaktflächen 32 können dadurch hergestellt werden, dass beim Einbetten des Leiterrahmens 4 in das Formmaterial 3 ein Formwerkzeug im Bereich der zu erzeugenden dritten Lötkontaktflächen 32 an die Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 gedrückt wird.
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5 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines elektronischen Bauelements 1 gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform im Bereich einer Gehäuseecke 15 in einer perspektivischen Ansicht. Die elektronischen Bauelemente 1 der 3 und 4 weisen Ähnlichkeiten auf. Ähnliche oder identische Elemente sind in den 3 und 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des elektronischen Bauelements 1 der 5 gegenüber dem elektronischen Bauelement 1 der 3 erläutert. Der Einfachheit halber ist in 5 ebenfalls kein elektronischer Halbleiterchip 5 gezeigt.
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Im Unterschied zum elektronischen Bauelement 1 gemäß 3 weist das elektronische Bauelement gemäß 5 im Bereich der Gehäuseecken 15 keine Ausnehmungen 17 auf. Stattdessen weist der Leiterrahmen 4 im Bereich der Gehäuseecken 15 jeweils eine Lötkontaktecke 20 auf. In diesem Fall entfallen die zweiten Lötkontaktflächen 18. Die Lötkontaktecke 20 ist dazu vorgesehen, eine Oberflächenspannung eines Lotmaterials zu brechen. Dadurch kann eine Benetzung der ersten Lötkontaktflächen 16 begünstigt werden.
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6 zeigt schematisch das vollständige elektronische Bauelement 1 gemäß den 1 bis 3 in einer weiteren perspektivischen Ansicht, wobei das Formmaterial 3 erneut transparent dargestellt und kein elektronischer Halbleiterchip 5 gezeigt ist. Die bisher verwendeten Bezugszeichen werden in der nachfolgenden Beschreibung beibehalten.
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Die Lötkontaktstrukturen 14 sind symmetrisch angeordnet. Dadurch sind auch die ersten und ggf. die zweiten Lötkontaktflächen 16, 18 symmetrisch angeordnet. In der beispielhaften Ausführungsform liegt eine Symmetrie der Lötkontaktstrukturen 14 bezüglich der Hauptachsen und eine Symmetrie bezüglich eines Mittelpunkts des Gehäuses 2 vor. Diese Symmetrien können auch als Drehsymmetrien bezüglich einer Drehung um den Mittelpunkt aufgefasst werden. Im Fall einer quadratischen Montagefläche 12 bzw. Grundfläche des Gehäuses 2 ist ein Grad der Symmetrie zusätzlich gesteigert. Die symmetrische Anordnung der Lötkontaktstrukturen 14 in Kombination mit ihrer Anordnung im Bereich der Gehäuseecken 15 ermöglicht ein exzellentes Einschwimmen des Gehäuses 2, da die an den betreffenden Grenzflächen wirkenden Kräfte auf diese Weise symmetrisch am Gehäuse 2 wirken können. Eine symmetrische Anordnung der Lötkontaktstrukturen 14 ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich.
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Beim elektronischen Bauelement 1 der 6 liegt ein weiterer Abschnitt der Unterseite 7 des Leiterrahmens 4 an der Montagefläche 12 frei und bildet eine weitere Lötkontaktfläche 21. Die weitere Lötkontaktfläche 21 ist also im Gegensatz zu den Lötstrukturen 14 nicht im Bereich der Gehäuseecken 15 angeordnet, sondern von diesen abgewandt, beispielsweise ist sie in einem Mittenbereich des Gehäuses 2 angeordnet, wie dies in 6 gezeigt ist. Die weitere Lötkontaktfläche 21 kann im Bereich eines Symmetriepunkts und/oder symmetrisch bezüglich der Hauptachsen des Gehäuses angeordnet sein. Es können auch mehrere weitere Lötkontaktflächen 21 vorgesehen sein, die jeweils von den Gehäuseecken 15 abgewandt sind und an der Montagefläche 12 freiliegen bzw. zugänglich sind. Die weitere Lötkontaktfläche 15 bzw. ggf. eine Mehrzahl von weiteren Lötkontaktflächen 21 kann auch entfallen.
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Um eine Delamination des Formmaterial 3 vom Leiterrahmen 4 zu verhindern, ist an der Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 und in den Bereichen der Lötkontaktstrukturen 14 jeweils ein sich zwischen zwei benachbarten Außenwandungen 13 des Gehäuses 2 verlaufender Graben 22 ausgebildet. Der Graben 22 erstreckt sich dabei bis an die Außenwandungen 13 des Gehäuses 2 und schließt mit den Außenwandungen 13 ab. Das Formmaterial 3 bettet den Leiterrahmen 4 ein und greift in den Graben 22 ein. Dadurch kann eine an den Gehäuseecken 15 beginnende Delamination des Formmaterials 3 vom Leiterrahmen 4 im Bereich der Gräben 22 gestoppt und eine weitere Delamination verhindert werden.
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In einer Ebene senkrecht zum Leiterrahmen 4 bzw. zur Oberseite 6 des Leiterrahmens 4, d.h. senkrecht zur Leiterrahmenebene, weisen die Gräben 22 jeweils ein U-förmiges Querschnittsprofil auf. Die Gräben können jedoch auch ein V-förmiges oder rechteckiges oder ein anderes Querschnittsprofil aufweisen. In der Leiterrahmenebene, d.h. parallel zur Oberseite 6 des Leiterrahmens 4, erstrecken sich die Gräben 22 jeweils beispielhaft entlang von Abschnitten von Kreisringen. Aufgrund der rechteckigen Grundfläche des Gehäuses 2 handelt es sich hierbei jeweils um Viertel von Kreisringen, entlang derer sich die Gräben 22 erstrecken.
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Es müssen jedoch keine Gräben 22 vorgesehen sein, die sich jeweils zwischen zwei Außenwandungen 13 erstrecken und bis zu den Außenwandungen 13 ragen, um eine Delamination des Formmaterials 3 vom Leiterrahmen 4 zu verhindern. Statt Gräben 22 können auch anders ausgebildete Vertiefungen an der Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 und jeweils im Bereich der Lötkontaktstrukturen 14 angeordnet sein, die sich nicht bis zu den Außenwandungen 13 erstrecken. Die Gräben 22 bieten jedoch den Vorteil, dass sie neben dem Aspekt einer besseren Haftung des Formmaterial 3 am Leiterrahmen 4 auch eine Dichtheit des elektronischen Bauelements 1 verbessert, da eine Wahrscheinlichkeit für das Eintreten von Flüssigkeiten im Bereich der Gehäuseecken 15 bzw. der Lötkontaktstrukturen 14 durch das Vorhandensein der sich vollständig bis zu den Außenwänden 13 Gräben 22 reduziert wird, da eine Dichtwirkung bis zu den Außenwänden 13 hin bewirkt wird. Auch in den übrigen Bereichen ist das elektronische Bauelement 1 selbstverständlich durch einen Formschluss zwischen dem Leiterrahmen 4 und dem Formmaterial 3 abgedichtet. Die Vertiefungen und insbesondere die Gräben 22 bieten jedoch eine zusätzliche Verbesserung der Dichtheit an den Gehäuseecken 15.
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Für eine zusätzliche Verbesserung der Haftung des Formmaterials 3 am Leiterrahmen 4 und eine Dichtheit des elektronischen Bauelements 1 weist der Leiterrahmen 4 an seiner Unterseite 7 und jeweils auf von den Gehäuseecken 15 abgewandten Seiten der Lötkontaktstrukturen 14 eine sich in Richtung der Oberseite 6 des Leiterahmens 4 erstreckende Hinterschneidung 23 auf. Die Hinterschneidungen 23 sind also jeweils auf den Ausnehmungen 17 oder den Lötkontaktecken 20 gegenüberliegenden Seiten der Lötkontaktstrukturen ausgebildet. Das Formmaterial 3 greift in die Hinterschneidung 23 ein.
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Die Anordnung der Lötkontaktstrukturen 14 im Bereich der Gehäuseecken 15 ermöglicht es nicht nur, die Dichtheit des elektronischen Bauelements 1 auf einfache Art und Weise zu verbessern, sondern auch, dass ein elektronisches Bauelement 1 mit einer kleineren Grundfläche bzw. Montagefläche 12 und/oder optional einem größeren Halbleiterchip 5 bereitgestellt werden kann. Dies wird anhand von 7 erläutert. 7 zeigt schematisch ein elektronisches Bauelement 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht und einen Teil des elektronischen Bauelements 1 der weiteren Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht. Die elektronischen Bauelemente 1 der 7 weist Ähnlichkeiten zum elektronischen Bauelement 1 der 1 bis 5 auf. Ähnliche oder identische Elemente sind in 7 mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede des elektronischen Bauelements 1 der 7 gegenüber den elektronischen Bauelementen 1 der 1 bis 6 erläutert.
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Im Gegensatz etwa zur Ausführungsform der 1, bei der eine beidseitige Kontaktierung des elektronischen Halbleiterchips 5 erfolgt, liegt bei der Ausführungsform des elektronischen Bauelements 1 der 7 eine einseitige Kontaktierung vor. Unter einer einseitigen Kontaktierung soll verstanden werden, dass die Kontaktierung des elektronischen Halbleiterchips 5 mit dem ersten Leiterrahmenabschnitt 8 und mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 9 derart erfolgt, dass beide Bonddrähte 10 in Richtung einer gemeinsamen Außenwandung 13 ragen. Bei der beidseitigen Kontaktierung gemäß 1 ragen die Bonddrähte 10 hingegen in Richtung sich gegenüberliegender Außenwandungen 13 des Gehäuses 2. Die einseitige elektrische Kontaktierung wird dadurch ermöglicht, dass die Lötkontaktstrukturen im Bereich der Gehäuseecken 15 angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, jeweils zumindest Teile des ersten und des zweiten Leiterrahmenabschnitts 8, 9 im Bereich einer gemeinsamen Außenwandung 13 des Gehäuses 2 anzuordnen. Auf diese Weise kann ein elektronisches Bauelement 1 bereitgestellt werden, dessen Montagefläche 12 gegenüber der Variante der 1 reduziert sein kann, da weniger Platz für die Bonddrähte 10 benötigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein größerer elektronischer Halbleiterchip 5 verwendet werden, wenn eine Platzersparnis mit der einseitigen Kontaktierung des elektronischen Halbleiterchips 5 einhergeht.
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8 zeigt schematisch den Zustand eines Verbunds einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen 1 im Rahmen eines Herstellungsprozesses in einer Draufsicht auf die Leiterrahmenebene mit einem transparent dargestellten Formmaterial 3. Die optoelektronischen Bauelemente 1 können gemäß einer der erläuterten Ausführungsformen der 1 bis 7 ausgebildet sein. Die bisher verwendeten Bezugszeichen werden in der nachfolgenden Beschreibung beibehalten.
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Die Leiterrahmen 4 der elektronischen Bauelemente 1 liegen zunächst in einem Leiterrahmenverbund 24 vor. Der Leiterrahmenverbund 24 wurde im Zustand der 8 in das Formmaterial 3 eingebettet. 8 zeigt also einen Zustand unmittelbar vor der Fertigstellung der elektronischen Bauelemente 1. Es kann eine beliebige Anzahl elektronsicher Bauelemente 1 gleichzeitig hergestellt werden. Lediglich beispielhaft ist ein Verbund von insgesamt vier elektronischen Bauelementen 1 gezeigt, die hergestellt werden sollen. Bei der Herstellung erfolgt eine Vereinzelung in separate elektronische Bauelemente 1 entlang von in 8 dargestellten Vereinzelungsebenen 25, beispielsweise mittels eines Sägeprozesses. Durch die Vereinzelung entlang der Vereinzelungsebenen 25 werden die Außenwandungen 13 der Gehäuse 2 der elektronischen Bauelemente 1 erzeugt. Aufgrund der beispielhaften rechteckigen Grundfläche des Gehäuses 2 sind die Vereinzelungsebenen 25 senkrecht zueinander verlaufend angeordnet.
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Der Leiterrahmenverbund 24 weist entsprechend der beispielhaften Anzahl von herzustellenden elektronischen Bauelementen 1 insgesamt vier erste Leiterrahmenabschnitte 8 und vier zweite Leiterrahmenabschnitte 9 auf. Jeweils ein erster und ein zweiter Leiterrahmenabschnitt 8, 9 sind jeweils im Bereich eines herzustellenden elektronischen Bauelements 1 angeordnet. Die ersten und die zweiten Leiterrahmenabschnitte 8, 9 sind jeweils in einer rechteckigen Anordnung angeordnet. Außerdem weist der Leiterrahmenverbund 24 Lötstrukturabschnitte 26 auf, die in einer rechteckigen Anordnung angeordnet sind. Die Lötstrukturabschnitte 26 sind jeweils in Schnittpunkten der Vereinzelungsebenen 25 angeordnet. Dadurch teilen sich jeweils 4 benachbarte herzustellende elektronische Bauelemente 1 einen Lötstrukturabschnitt 26. Die Leiterrahmenabschnitte 8, 9 sind jeweils im Bereich zwischen den Vereinzelungsebenen 25 angeordnet. Die Anordnungen der ersten und zweiten Leiterrahmenabschnitte 8, 9 weisen dabei einen lateralen Versatz zueinander auf.
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Jeder Lötstrukturabschnitt 26 ist mit jeweils genau einem Leiterrahmenabschnitt 8, 9 jeweils eines den betreffenden Lötstrukturabschnitt 26 umfassenden elektronischen Bauelements 1 starr verbunden. Dabei ist jeder Lötstrukturabschnitt 26 mit insgesamt drei ersten Leiterrahmenabschnitten 8 und mit lediglich einem zweiten Leierrahmenabschnitt 9 starr verbunden. Jeder erste Leierrahmenabschnitt 8 ist mit jeweils insgesamt drei Lötstrukturabschnitten 26, die er sich mit benachbarten elektronischen Bauelementen 1 teilt, starr verbunden. Im Bereich der Lötstrukturabschnitte 26 sind die Lötkontaktstrukturen 14 vorgesehen. Ein Lötstrukturabschnitt 26 umfasst dadurch die Lötkontaktstrukturen 14 vierer benachbarter Leiterrahmen 4 bzw. elektronsicher Bauelemente 1 im Leiterrahmenverbund 24. Die ersten Leiterrahmenabschnitte 8 sind also jeweils mit drei Lötkontaktstrukturen 14 verbunden. Jeder zweite Leiterrahmenabschnitt 9 ist mit lediglich einem Lötstrukturabschnitt 26 und dadurch mit lediglich einer Lötkontaktstruktur 14 starr verbunden. Insbesondere sind die zweiten Leiterrahmenabschnitte 9 nicht mit ersten Leiterrahmenabschnitten 8 verbunden, um die separaten Chipkontaktflächen bilden zu können.
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Die Lötstrukturabschnitte 26 weisen auch die Gräben 22 und/oder Hinterschneidungen 23 jeweils vierer benachbarter Leiterrahmen 4 bzw. elektronsicher Bauelemente 1 im Leiterrahmenverbund 24 auf. Im Leiterrahmenverbund 24 bietet es sich an, dass die Gräben 22 und/oder Hinterschneidungen 23 der vier benachbarten Lötkontaktstrukturen 14 zunächst zusammenhängend ausgebildet werden. Die zusammenhängenden Gräben 22 und/oder Hinterschneidungen 23 sind jeweils um einen Mittelpunkt 27 der Lötstrukturabschnitte 26 herum angeordnet. Die senkrecht zueinander verlaufenden Vereinzelungsebenen 25 sind derart gewählt, dass sie sich in den Mittelpunkten 27 der Lötstrukturabschnitte 26 schneiden. Auf diese Weise werden im Leiterrahmenverbund 24 benachbarte und starr miteinander verbundene Lötkontaktstrukturen 14 voneinander separiert. Gleichzeitig werden die zusammenhängenden Gräben 22 und/oder Hinterschneidungen 23 derart voneinander separiert, dass sie jeweils im Bereich der durch die Vereinzelung erzeugten Gehäuseecken 15 angeordnet sind.
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Die Lötstrukturabschnitte 26 weisen ferner die ggf. vorgesehenen Ausnehmungen 17 auf. Diese sind unmittelbar im Mittelpunkt 27 eines Lötstrukturabschnitts 26 angeordnet. Die Ausnehmungen 17 werden vor der Vereinzelung erzeugt. Gegebenenfalls werden die zweiten Lötkontaktflächen 18, 32 vor der Vereinzelung metallisiert.
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9 zeigt schematisch eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen 1 gemäß der Ausführungsform der 4 nach dem Herstellungsprozess in einer Draufsicht. Die bisher verwendeten Bezugszeichen werden in der nachfolgenden Beschreibung beibehalten.
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Die Ausnehmungen 17 erstrecken sich in Bezug auf die Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 in vertikaler Richtung gemäß 4 vollständig durch den Leiterrahmen 4. Zur Herstellung der dritten Lötkontaktflächen 32 wird ein Formwerkzeug 33 im Bereich der Lötstrukturabschnitte 26, im Bereich der zylindrischen Ausnehmungen 17 des Leiterrahmenverbunds 24 und im Bereich der zu erzeugenden dritten Lötkontaktflächen 32 an die Oberseite 6 gepresst, wodurch eine Grenzfläche zwischen der Oberseite 6 und dem Formwerkzeug 33 beim Einbetten des Leiterrahmens 4 in das Formmaterial 3 in diesen Bereichen abgedichtet ist. In 9 ist das Formwerkzeug 33 lediglich teilweise gezeigt. Es sind dabei ausschließlich Abschnitte eines oberen Teils des Formwerkzeugs 33 gezeigt, die im Bereich der Lötstrukturabschnitte 26, im Bereich der zylindrischen Ausnehmungen 17 des Leiterrahmenverbunds 24 und im Bereich der zu erzeugenden dritten Lötkontaktflächen 32 an die Oberseite 6 gepresst werden, wobei diese transparent dargestellt sind. Der obere Teil des Formwerkzeugs 33 weist außerdem Strukturen zur Erzeugung der Kavitäten 11 auf, die in 9 nicht gezeigt sind. Das Formwerkzeug 33 weist darüber hinaus einen unteren Teil auf, der an die Unterseite des Leiterrahmenverbunds 24 gepresst wird, der in 9 ebenfalls der Übersicht halber nicht gezeigt ist. Durch das Anpressen des oberen Teils des Formwerkzeugs 33 im Bereich der zu erzeugenden dritten Lötkontaktflächen 32 muss zwischen dem unteren Teil des Formwerkzeugs 33 und der Unterseite 7 keine Schutzfolie zur Abdeckung der Ausnehmungen 17 vorgesehen sein, selbst wenn diese sich vollständig durch den Leiterrahmen 4 erstrecken, da eine Dichtwirkung bereits durch das Formwerkzeug 33 selbst erreicht wird. Auf diese Weise kann durch die Ausnehmungen 17 kein Formmaterial 33 an die Unterseite 7 gelangen.
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Dadurch, dass das Formwerkzeug 33 an die Oberseite 6 gedrückt wird, und oberhalb der dritten Lötkontaktflächen 32 kein Formmaterial 3 angeordnet wird, bildet sich im Verbund zunächst jeweils eine Durchgangsöffnung im Formmaterial 3 und im Bereich der Lötstrukturabschnitte 26. Diese kann den Prozess der Vereinzelung vereinfachen, da die Ausnehmungen 17 als Justage Markierungen bei der Vereinzelung verwendet werden können. Die Vereinzelung kann dadurch von der Oberseite 6 her erfolgen. Dies ermöglicht eine Kompensation eines möglichen Offsets zwischen dem Formwerkzeug 33 und dem Leiterrahmenverbund 24 bzw. der durch das Formmaterial 3 ausgeformten Kavitäten 11 und dem Leiterrahmen 4 bzw. der Montagefläche 12. Der Offset setzt sich also aus Toleranzen bei der Fertigung des (geätzten) Leiterrahmens 4 und Toleranzen hinsichtlich einer lateralen Position beim Einlegen des Leiterrahmens 4 in das Formwerkzeug 33 zusammen. Außerdem tragen Toleranzen bei der Vereinzelung zum Offset bei. Der Offset kann beispielsweise Werte von bis zu 100 µm annehmen.
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Toleranzen bei der Vereinzelung können insbesondere dann auftreten, wenn die Vereinzelung von der Unterseite 7 her erfolgt. Eine Vereinzelung von der Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 her kann es ermöglichen, dass der Offset im Wesentlichen ausgeschlossen wird, da eine Korrektur unmittelbar in Bezug auf die Kavitäten 11 und die Ausnehmungen 17 erfolgen kann. Die Kompensation gelingt durch Korrektur der Positionen der Vereinzelungsebenen 25 auf Basis des Offsets, der beispielsweise mittels einer Mustererkennung (englisch pattern recognition) bestimmt werden kann.
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Bei der Vereinzelung wird im Bereich der Ausnehmungen 17 und jeweils im Bereich einer zu erzeugenden Außenwandung 13 jeweils ein Grat 34 am Leiterrahmen 4 gebildet. 9 zeigt dieses Szenario beispielhaft. Jeder Grat 34 wird durch das Sägen bzw. Fräsen entlang der Vereinzelungsebenen 25 gebildet und ragt parallel zu einer Außenwandung 13 von der Ausnehmung 17 weg. In der beispielhaften Ausführungsform mit sich von der Oberseite 6 des Leiterrahmens 4 bis zur Unterseite 7 des Leiterrahmens 4 vollständig durch den Leiterrahmen 4 erstreckenden Ausnehmungen 17, ragt jeder Grat 34 jeweils nicht über eine Gesamtfläche der elektronischen Bauelemente 1 hinaus, was die Handhabung der elektronischen Bauelemente 1 vereinfachen kann.
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Die zweiten und/oder dritten Lötkontaktflächen 18, 32 können ebenso vor der Vereinzelung ggf. metallisiert werden. Entlang der Vereinzelungsebenen 25 erfolgende Sägeschnitte können beispielsweise eine Breite von 200 µm aufweisen, die angegebene Breite ist jedoch lediglich beispielhaft.
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10 zeigt schematisch einen Zustand im Rahmen eines Verfahrens zum Montieren eines elektronischen Bauelements 1 gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen in einer perspektivischen Ansicht. Die Montage des elektronischen Bauelements 1 kann auch als eine Lötmontage bezeichnet werden. Die bisher verwendeten Bezugszeichen werden in der nachfolgenden Beschreibung beibehalten.
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Im Rahmen der Montage des elektronischen Bauelements 1 wird zunächst Träger 28 mit an einer Oberseite 29 des Trägers 28 angeordneten elektrischen Kontaktflächen 30 bereitgestellt. Der Träger 28 kann beispielsweise als eine Leiterplatte ausgebildet sein. Es wird ein Lotmaterial 31 auf den elektrischen Kontaktflächen 30 des Trägers 28 angeordnet. Das elektronische Bauelement 1 wird auf dem Lotmaterial 31 angeordnet. Das elektronische Bauelement 1 ist derart mit der Montagefläche 12 dem Träger 28 zugewandt, dass die Lötkontaktstrukturen 14 des elektronischen Bauelements 1 mit den an der Montagefläche 1 freiliegenden ersten Lötkontaktflächen 16 und ggf. weitere Lötkontaktflächen 21 den an der Oberseite 29 des Trägers 28 angeordneten elektrischen Kontaktflächen 20 zugewandt und auf dem Lotmaterial 31 angeordnet sind, wodurch das Lotmaterial 31 den Leiterrahmen 4 im Bereich der Lötkontaktstrukturen 14 benetzt.
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Weist der Leiterrahmen 4 im Bereich der Gehäuseecken 15 jeweils eine Lötkontaktecke 20 auf, werden die ersten Lötkontaktflächen 16 vom Lotmaterial 31 benetzt. Weisen die Lötkontaktstrukturen 14 im Bereich der Gehäuseecken 15 jeweils eine Ausnehmung 17 auf, so wird das Lotmaterial 31 in den Ausnehmungen 17 angeordnet und die zweiten Lötkontaktflächen 18 werden vom Lotmaterial benetzt. Nach dem Aushärten des Lotmaterials 31 ist das elektronische Bauelement 1 an den Träger 28 montiert.
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Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- elektronisches Bauelement
- 2
- Gehäuse
- 3
- Formmaterial
- 4
- Leiterrahmen
- 5
- Elektronischer Halbleiterchip
- 6
- Oberseite des Leiterrahmens
- 7
- Unterseite des Leiterrahmens
- 8
- Erster Leiterrahmenabschnitt
- 9
- Zweiter Leiterrahmenabschnitt
- 10
- Bonddraht
- 11
- Kavität
- 12
- Montagefläche des Gehäuses
- 13
- Außenwandungen des Gehäuses
- 14
- Lötkontaktstrukturen
- 15
- Gehäuseecken des Gehäuses
- 16
- Erste Lötkontaktflächen
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Zweite Lötkontaktflächen
- 19
- Metallische Beschichtung
- 20
- Lötkontaktecke
- 21
- Weitere Lötkontaktfläche
- 22
- Vertiefung/Graben
- 23
- Hinterschneidung
- 24
- Leiterrahmenverbund
- 25
- Vereinzelungsebenen
- 26
- Lötstrukturabschnitte
- 27
- Mittelpunkt der Lötstrukturabschnitte
- 28
- Träger
- 29
- Oberseite des Trägers
- 30
- Elektrische Kontaktflächen des Trägers
- 31
- Lotmaterial
- 32
- Dritte Lötkontaktflächen
- 33
- Formwerkzeug
- 34
- Grat