Beschreibung

Verfahren zur Herstellung eines Moduls und Modul

Zur einfacheren Handhabung der Bauelemente und zur

Kosteneinsparung können für bestimmte Aufgabenstellungen benötigte Bauelemente auf Modulen integriert werden. Diese können eine Vielzahl von aktiven und passiven Bauelementen samt deren integrierter Verschaltung umfassen. Dabei werden von den Modulen ebenso wie von den Einzelbauelementen zunehmende Integrationsdichte und eine weiter abnehmende Bauhöhe gefordert.

Es ist bekannt, gehäuste und ungehäuste Bauelemente auf Modulträgern wie Modulboards oder Modulpanelen zu montieren und diese erst auf Modulbasis zusammen mit den anderen Komponenten des Moduls zu verkapseln.

Eine beispielhafte Anwendung für Module findet sich in der drahtlosen Telekommunikation, bei der insbesondere die mit HF arbeitenden Komponenten zu Modulen zusammengefasst sind, die eine einfachere Weiterverarbeitung beim Handy-Hersteller und eine bessere Standardisierung der Produkte ermöglichen. Bei mit Hochfrequenz arbeitenden Modulen ergibt sich als weitere technische Anforderung, dass die im HF-Bereich angesiedelten Arbeitsfrequenzen der Module nicht zu einer unerwünschten elektromagnetischen Abstrahlung in die Umgebung führt, die insbesondere in der Schaltungsumgebung zu unerwünschten und nachteiligen Effekten führen könnte. HF-Module sind daher üblicherweise mit einer HF-Schirmung versehen, die das unerwünschte Austreten elektromagnetischer Strahlung aus dem Modul heraus verhindert. Auch im umgekehrten Fall, wenn Module in einer strahlenden Umgebung eingesetzt werden

sollen, ist eine HF-Schirmung zum Schutz der Module selbst erforderlich .

Bekannt ist es, auf Modulen eine Metallkappe aufzubringen und diese mit einem Masseanschluss auf dem Modulsubstrat zu verbinden. Weiterhin sind Bauelementverkapselungen bekannt, die das konforme Aufbringen einer Metallschicht umfassen, die gleichzeitig als Schirmung dienen kann. Die Anbindung dieser Metallschicht an Masseanschlüsse des Moduls erfordert jedoch spezielle Verfahrensschritte, die zeit- und daher kostenaufwändig sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen eines Moduls anzugeben, welches einfach und schnell durchzuführen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Aufwand zu reduzieren, der zur elektrischen Kontaktierung einer abschirmenden Metallschicht mit einer Masseanschlussfläche auf einem Modulträger erforderlich ist. Dazu wird zumindest ein Kontaktelement einer gegebenen Höhe auf dem Modulträger vorgesehen, das einen Massekontakt zur Verfügung stellt, der vom Niveau her über den Massenanschlussflachen selbst liegt. Der Massekontakt steht im elektrischen Kontakt mit einer nicht bestückten Masseanschlussfläche des Modulträgers.

Diese vorzugsweise mehreren Kontaktelemente pro Einbauplatz werden zusammen mit dem mit Bauelementen bestückten Modul

mithilfe einer Verkapselungsschicht großflächig verkapselt. Die Verkapselungsschicht ist üblicherweise elektrisch isolierend, kann aber auch eine elektrisch leitende Schicht und insbesondere eine metallische Schicht umfassen.

Ein einfacher Zugang zur Masse von der Oberseite des verkapselten Moduls her gelingt nun, in dem die Massekontakte der Kontaktelemente durch die Verkapselungsschicht hindurch zumindest teilweise freigelegt werden. Da das Niveau der Massekontakte der Höhe des Kontaktelements entsprechend über dem der übrigen Oberfläche des Modulträgers liegt, ist der Aufwand zum Freilegen um ein z.B. der Höhe des Kontaktelements entsprechendes Maß reduziert. Es muss gegenüber dem Freilegen einer normalen Masseanschlussfläche eine geringere Menge Verkapselungsschicht entfernt werden, um den Massekontakt des Kontaktelements durch die Verkapselungsschicht zu öffnen. Dazu wird im Bereich der Kontaktelemente die Verkapselungsschicht mit einer auf die Tiefe bezogenen Toleranz freigelegt, die kleiner ist als die Höhe des Kontaktelements. Damit kann der Prozess des

Freilegens zumindest bezüglich der Tiefe sicher geführt werden, ohne dass die Gefahr des Freilegens anderer insbesondere elektrisch leitender Flächen oder empfindlicher Bauelemente oder Komponenten besteht.

Nach dem zumindest teilweisen Freilegen des Massekontakts wird ganzflächig eine Metallschicht aufgebracht, die die freigelegten Massekontakte elektrisch kontaktiert. Die höher gelegten Massekontakte erleichtern und beschleunigen sowohl das Freilegen und das Kontaktieren mit der Metallschicht, was sich wiederum positiv bei den Verfahrenskosten bemerkbar macht .

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Das Kontaktelement kann beliebig geformt sein und muss ausschließlich die Funktion erfüllen, einen gegenüber der Modulträgeroberfläche erhöhten Massekontakt zur Verfügung zu stellen, der elektrisch leitend mit einer Masseanschluss- fläche verbunden ist. Dazu weist das Kontaktelement eine ausreichende Höhe auf, die das Freilegen des Massekontakts erleichtert und das Verfahren des Freilegens sicher macht. Auch die Ausgestaltung des Massekontakts kann auf ein sicheres und insbesondere bezüglich der Tiefe tolerantes Freilegen ausgelegt und optimiert sein.

In einer einfachen Ausführung ist das Kontaktelement als Anschlussdraht oder Anschlussbändchen ausgebildet, welches auf der Masseanschlussfläche angelötet oder aufgebondet und zu einer Schlaufe gebogen ist. Ein solches Kontaktelement kann einfach hergestellt und einfach in das Verfahren zum Bestücken des Moduls integriert werden, sofern einzelne auf dem Modulträger aufgebondete Bauelemente ebenfalls durch Drahtbonden mit dem Modulträger kontaktiert sind. Der Anschlussdraht kann ein normaler Bonddraht sein. Vorteilhaft ist es jedoch, zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit einen Anschlussdraht mit gegenüber einem Bonddraht dickerem Durchmesser zu verwenden. Ein metallisches Anschlussbändchen hat eine weiter erhöhte Leitfähigkeit.

Ein dickerer Anschlussdraht oder ein Anschlussbändchen haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie eine höhere mechanische Stabilität aufweisen, sodass sie beim Aufbringen der Verkap- selungsschicht nicht beschädigt und vorzugsweise auch in der Schlaufenform stabil bleiben. Dadurch wird gewährleistet, dass durch die Verkapselungsschicht der Schlaufenradius und damit der höchste Punkt der Schlaufe über der Oberfläche des Modulträgers weitgehend erhalten bleibt. Die Schlaufe hat den

weiteren Vorteil, dass sie beim Freilegen einfach von dem verwendeten Werkzeug „getroffen" und damit freigelegt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn zum Freilegen ein Einschnitt erzeugt wird, der quer zur „Ebene" der Schlaufe geführt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kontaktelement als eine zumindest an der Oberfläche elektrisch gut leitende Kugel ausgebildet. Diese Kugel kann eine Lotkugel, eine Metallkugel oder eine metallisierte Kugel, insbesondere eine mit Metall überzogene Polymerkugel. Die Kugel ist auf der Masseanschlussfläche aufgebracht. Auch ein solches Kontaktelement ist in den Herstellungsprozess des Moduls einfach integrierbar. Die Lotkugel kann ebenso wie die Schlaufe aus Anschlussdraht oder Anschlussbändchen mit einer ausreichenden Höhe ausgebildet werden, die das Freilegen durch die über dem Kontaktelement reduzierte Schichtdicke der Verkapselungsschicht erleichtert .

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kontaktelement als elektrisch isolierender Abstandshalter ausgebildet, der auf die Masseanschlussfläche aufgebracht wird, und der an seiner Oberfläche einen elektrisch mit der Masseanschlussfläche verbundenen Massekontakt aufweist. Ein solcher Abstandshalter kann wie ein Bauelement gehandhabt und auf der Masseanschlussfläche aufgebracht und beispielsweise aufgelötet werden .

Die Höhe des Kontaktelements über der Oberfläche des Modulträgers bestimmt den Aufwand, der zum Freilegen des Massekontakts erforderlich ist. Dementsprechend ist eine möglichst große Höhe des Kontaktelements von Vorteil. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kontaktelement die

Höhe der auf der Oberfläche des Modulträgers montierten Bauelements zumindest erreicht oder diese sogar überragt. Ein solches Kontaktelement ist besonders einfach freizulegen.

Die zur Kontaktierung der abschirmenden Metallschicht verwendeten Masseanschlussflächen sind auf dem Modulträger üblicherweise in einem Randbereich eines jeden Einbauplatzes angeordnet. Vorzugsweise sind die dazu verwendeten Masseanschlussflächen zweier benachbarter Einbauplätze direkt benachbart oder bestehen aus einer einzigen beide

Masseanschlussflächen umfassenden größeren Metallfläche, die beim Vereinzeln des späteren bestückten Moduls mittig aufgetrennt werden kann.

Vorteilhaft ist es, bei solchen benachbart angeordneten Masseanschlussflächen benachbarter Einbauplätze das Kontaktelement gleichzeitig mit beiden Masseanschlussflächen der beiden Einbauplätze zu verbinden. So kann ein Anschlussdraht oder ein Anschlussbändchen eine Schlaufe von einer ersten Masseanschlussfläche auf einen ersten

Einbauplatz zu einer zweiten Masseanschlussfläche auf einem benachbarten zweiten Einbauplatz ausbilden. Eine Lotkugel kann entsprechend verbreitert sein oder als Lotbrücke ausgebildet sein, die den üblicherweise elektrisch nicht leitenden Zwischenbereich zwischen erster und zweiter

Masseanschlussfläche überbrückt. Damit kann ein einziges Kontaktelement die Massekontakte für zwei auf dem Modulträger vor dem Vereinzeln benachbarte Module gewährleisten.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein rahmenförmiges Kontaktelement aufgebracht, das den Einbauplatz umschließt. Dieses Kontaktelement kann ebenfalls zwei benachbart angeordnete Masseanschlussflächen benachbarter Einbauplätze

zusammen bedecken und diese elektrisch leitend mit einem Massekontakt auf der Oberfläche des Kontaktelements zu verbinden .

In einer vorteilhaften Variante dieses Verfahrens wird auf den Modulträger ein gitterförmiges Kontaktelement aufgebracht, dessen Maschen jeweils einen Einbauplatz umschließen. Die späteren Einschnitte zum Vereinzeln der einzelnen Module können dann mittig entlang dem Gitter geführt werden.

Das Freilegen des Kontaktelements kann auf verschiedene Arten erfolgen. Eine einfache mechanische Möglichkeit besteht darin, die Verkapselungsschicht einzusägen, bis der oder die Massekontakt freigelegt ist. Ein solcher Sägeprozess ist kostengünstig durchzuführen und lässt sich auf dem großflächigen Modulträger in Form gerader Einschnitte entlang der Grenzen zwischen den Einbauplätzen durchführen. Sind die Masseanschlussflächen und damit auch die Massekontakte der Kontaktelemente an nur einer Seite jedes Einbauplatzes angeordnet, so können benachbarte Reihen von Einbauplätzen zueinander spiegelbildlich angeordnet sein, sodass die an einer Seite angeordneten Masseanschlussflächen zueinander weisen. Auf diese Weise muss ein Einschnitt dann nach nur jeweils zwei Reihen von Einbauplätzen geführt werden, um alle Massekontakte freizulegen.

Möglich ist es jedoch auch, zwischen je zwei Reihen von Einbauplätzen zwei vergleichsweise schmale Einschnitte statt eines einzigen breiten zu erzeugen. Dies kann Vorteile erbringen, wenn diese Einschnitte später mit einer relativ teuren leitfähigen Masse befüllt werden sollen, so dass mit einem bzw. zwei schmalen Einschnitten Kosten eingespart

werden können. Die Trennlinie bei Vereinzeln kann dann später mittig zwischen diesen beiden Einschnitten geführt werden.

Ein Lokales Freilegen der Massekontakte kann auch durch mechanisches Bohren (z.B. mittels Platinenbohranlagen) durchgeführt werden. Eine Verstärkung der Masseanschlussfläche durch Auftrag von z. B. Lot in einer Schichtdicke von mehr als 30 μm erlaubt ein sicheres Freilegen der Massekontakte. Dabei gelingt es, die Bohrtiefe z.B. durch eine elektrische Widerstandsmessung in jeder Bohrung individuell zu überwachen und bei Freilegung des Massekontakts zu stoppen. Hierdurch gelingt es, das Verfahren auch bei Dickenschwankungen im Modulträger oder in der Verkapselungsschicht sicher zu führen.

Die Massekontakte können auch durch einen Laser freigelegt werden, mit dem lokal ein Teil der Verkapselungsschicht abgehoben werden kann. Der Laser kann dabei so geführt werden, dass die Verkapselungsschicht ausschließlich im Bereich der Massekontakte entfernt wird.

Möglich ist es jedoch auch, mit dem Laser ähnlich wie beim Einsägen eine oder mehrere Schnittlinien entlang der Grenzen der Einbauplätze zu ziehen. Der Laser hat den weiteren Vorteil, dass er durch geeignete Auswahl der Pulslänge, der Pulsfrequenz und der Wellenlänge des Laserlichts gezielt auf das Material der Verkapselungsschicht optimiert werden kann, um entweder ein besonders schnelles, ein selektives oder ein für die verbleibende Verkapselungsschicht schonendes Abtragen der Verkapselungsschicht zu ermöglichen.

In den Ausführungen, in denen das Kontaktelement die Höhe der Bauelemente auf dem Modulträger überragt, können die

Kontaktelemente durch planes Abschleifen der

Verkapselungsschicht freigelegt werden. Dieses Verfahren ist besonders einfach durchzuführen, da es keine Justierung in der xy-Ebene des Modulträgers erfordert. Bei nicht planen Modulträgern ist lediglich darauf zu achten, dass auch an den Stellen des Modulträgers, die das relativ höchste Niveau aufgrund einer Unebenheit aufweisen, nach dem Planschleifen eine ausreichende Schichtdicke der Verkapselung verbleibt, um die Qualität der Verkapselung, zum Beispiel deren Dichtigkeit gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit oder ähnliches aufrecht zu erhalten.

Die Verkapselungsschicht ist dementsprechend aus einem Material ausgebildet, welches einfach aufgebracht werden kann, welches beim Aufbringen der Oberflächentopologie des bestückten Modulträgers folgt und daher überall mit der Oberfläche des Modulträgers abschließen kann, und welches eine ausreichend mechanische Festigkeit und/oder eine ausreichende Dichtigkeit gegenüber Umwelteinflüssen aufweist.

Die Verkapselungsschicht kann so aufgebracht werden, dass sie bei annähernd gleichmäßiger Schichtdicke konform der Topologie des Modulträgers samt der darauf angeordneten Bauelemente folgt. Möglich ist es jedoch auch, mit der Verkapselungsschicht die Konturen verfließen zu lassen oder die Verkapselungsschicht gar mit planer Oberfläche auszubilden .

Eine Möglichkeit besteht darin, die Verkapselungsschicht in einem Mold-Prozess aufzubringen. Dieser erfordert eine entsprechende Gieß- oder Spritzform, in die das flüssige oder aufgeschmolzen vorliegende Verkapselungsmaterial eingefüllt oder eingespritzt wird.

Möglich ist es jedoch auch, die Verkapselungsschicht durch Laminieren aufzubringen. Dazu wird eine vorgefertigte oder in situ gebildete Folie großflächig auf das Modul aufgebracht und gegebenenfalls durch von Einwirken von Druck und/oder erhöhter Temperatur mit der Oberfläche so verbunden, dass das Laminat zwischen den Bauelementen oder zumindest zwischen den Moduleinbauplätzen mit der Oberfläche des Modulträgers abschließt. Durch Laminieren ist es möglich, in einem einzigen Laminierschritt eine oder mehrere Verkapselungsschichten aufzubringen. Möglich ist es auch, mehrere Schritte zum Auflaminieren unterschiedlicher Verkapselungsschichten einzusetzen.

Vorteilhafte Verkapselungsschichten bestehen daher aus Kunststofffolien, die zur mechanischen Verstärkung mit einem anorganischen Füllstoff oder mit Metallpartikeln gefüllt sein können. Vorteilhaft ist auch eine mehrschichtige Verkapselungsschicht, insbesondere eine, die einen symmetrischen Schichtaufbau aufweist. Diese ist insbesondere bei Temperaturveränderungen mechanisch besonders stabil.

Die Verkapselungsschicht kann auch in flüssiger Form auf den Modulträger aufgebracht werden, beispielsweise durch Auftropfen oder mittels Jetdruck. Eine weitere Möglichkeit zur Aufbringung der Verkapselungsschicht in flüssiger Form besteht in einem so genannten Vorhanggießverfahren, mit dem eine konforme KunststoffSchicht auf beliebige dreidimensionale Strukturen aufgebracht werden kann, wobei die 3D-Strukturen erhalten bleiben. Auch mit dem bereits genannten Jetdruckverfahren kann die Topologie der Oberfläche erhalten bleiben und eine konforme Verkapselungsschicht aufgebracht werden.

Umfasst die Verkapselungsschicht eine Schicht eines thermoplastischen oder thermisch erweichbaren Polymers, so kann sich an das Aufbringen der Verkapselungsschicht ein Planarisierungsschritt anschließen. Dieser kann beispielsweise mittels eines Stempels durchgeführt werden, der vorteilhaft auf eine Temperatur erhitzt ist, die über den Erweichungspunkt des in der Verkapselungsschicht enthaltenen thermoplastischen Polymers liegt. Vorausgesetzt, dass die Verkapselungsschicht in einer ausreichenden Dicke aufgebracht ist, die zumindest der Höhe der Bauelemente entspricht, kann auf diese Weise im gesamten Bereich der Verkapselungsschicht eine plane Oberfläche geschaffen werden.

Vorteilhaft ist es, beim Planarisierungsverfahren zwischen dem Stempel und der Verkapselungsschicht eine Trennfolie anzuordnen, die ein Festkleben des Materials der Verkapselungsschicht an dem heißen Stempel verhindert. Vorteilhaft wird die Trennfolie aus einem Material gewählt, welches als oberste Schicht auf der Verkapselungsschicht beziehungsweise dem Modul verbleiben kann. Möglich ist es beispielsweise, eine Trennfolie zu verwenden, die zumindest eine metallische Schicht umfasst, oder aus einer metallischen Folie besteht.

Weiterhin ist es möglich, die Verkapselungsschicht mittels eines Dünnschichtverfahrens aus der Gasphase aufzubringen. Solche Verfahren können CVD-Verfahren und Plasmaabscheidungen umfassen, wobei vorzugsweise anorganische Verkapselungsschichten aufgebracht werden. Eine aus der Gasphase aufgebrachte Verkapselungsschicht hat den Vorteil, dass sie konform mit konstanter Schichtdicke und der Topographie der Oberfläche des Modulträgers samt der darauf montierten Bauelemente folgend erzeugt werden kann.

In den Fällen, in denen die Schichtdicke der im Dünnschichtverfahren aufgebrachten Verkapselungsschicht nicht ausreicht, Spalte zwischen Flip-Chip gebondeten Bauteilen und Modulträger abzudichten oder einen Bonddraht zu isolieren, können ein Underfiller vorgesehen und/oder die drahtgebondeten Bauelemente durch einen Globtop-Tropfen geschützt werden. Die weitere Verfahrensabfolge ist dann das Freilegen der Masseanbindungen, das Abscheiden der Schirmung und eine anschließende planare Verkapselung. Wird gut elektrisch leitendes Polymer zur Herstellung einer

Teilschicht einer planaren Verkapselungsschicht verwendet, so kann dieses direkt auf eine erste organische Verkapselungsschicht aufgebracht werden.

Als oberste Schicht kann eine beschriftbare Deckschicht verwendet werden, z.B. eine Cu-Folie, die einseitig mit Ni und Schwarznickel beschichtet ist. Durch selektives Abheben der Ni oder Schwarznickelschicht beim Beschriften kann so eine Beschriftung mit gutem optischem Kontrast erzeugt werden.

Möglich ist es auch, eine erste konforme Schicht eines Dünnschichtverfahrens zu erzeugen diese mit einer weiteren Verkapselungsschicht, die beispielsweise eine KunststoffSchicht umfasst, abzudecken.

Möglich ist es auch, dass zum Erzeugen der

Verkapselungsschicht oder einer Teilschicht, die nicht die unterste Teilschicht der Verkapselungsschicht ist, plasmaunterstützt Metall aufgebracht wird.

über der Verkapselungsschicht wird nun die Metallschicht aufgebracht. Diese erfüllt im fertigen Modul zwei Funktionen.

Zum einen dient sie als elektrische und elektromagnetische Abschirmung. Zum anderen gelingt mit einer Metallschicht ein vollständig hermetischer Einschluss des Moduls, der dieses für Umwelteinflüsse insbesondere Feuchtigkeit und Chemikalien vollständig abdichtet.

Dabei kann bei den Verfahrensstufen inklusive der Erzeugung der Metallschicht auf nasschemische Schritte verzichtet werden, um auch die Menge der herstellungsbedingt in den Aufbau eingebrachten Feuchtigkeit zu minimieren. In allen Fällen kann es vorteilhaft sein, in der Metallschicht an einer Stelle eine kleine öffnung zu belassen und durch diese abschließend in einem zum Beispiel bei 125° C durchgeführten Temperschritt alle Restfeuchtigkeit so weit wie möglich auszutreiben.

Möglich ist es, die Metallschicht in zwei Stufen aufzubringen, wobei zunächst eine Grundmetallisierung auf die Verkapselungsschicht aufgebracht und anschließend in einem anderen Verfahren eine Verstärkungsschicht aufgebracht wird. Die Grundmetallisierung kann beispielsweise durch Sputtern erzeugt werden, wobei eine gut haftende Grundmetallisierung bevorzugt ist. Eine solche kann zum Beispiel Titan umfassen.

Möglich ist es auch, die Grundmetallisierung durch stromloses Abscheiden von Metallen zu erzeugen. Beispielsweise kann eine stromlos abgeschiedene Grundmetallisierung Kupfer oder Nickel umfassen .

Weiter ist es möglich die Grundmetallisierung durch Behandlung der Verkapselungsschicht mit einer Metallionen wie Platin oder Palladium umfassenden Bekeimungslösung zu

erzeugen, die die zur Ausbildung von Kristallisationskeimen auf der Oberfläche der Verkapselungsschicht führt.

Weiter ist es möglich, eine solche Keimschicht bereits implizit in der Verkapselungsschicht vorzusehen und z.B. in den Kunststoff der Verkapselungsschicht Metallpartikel insbesondere aus Platin oder Palladium einzuarbeiten. Um diese Partikel als Keimschichten oder Grundmetallisierung nutzen zu können, müssen sie zunächst freigelegt und dazu ein Schichtbereich der Verkapselungsschicht entfernt werden, der über den Metallpartikeln angeordnet ist, da die Metallpartikel in einer weichen Kunststoffmasse der Schwerkraft folgend zum Absinken innerhalb der Kunststoffmasse neigen. Ein solches Freilegen kann beispielsweise durch Behandlung der Verkapselungsschicht mit einem sauerstoffhaltigen Plasma erfolgen. Möglich ist es auch, die in der Verkapselungsschicht enthaltenen Metallpartikel durch Behandlung mit einem Laser freizulegen.

über der Grundmetallisierung kann anschließend eine metallische Verstärkungsschicht aufgebracht werden beziehungsweise die Metallschicht auf die endgültige gewünschte Schichtdicke verstärkt werden. Dazu können galvanische oder stromlose Abscheidungen eingesetzt werden. Insbesondere mit den Metallen Kupfer oder Silber wird eine gute Leitfähigkeit der metallischen Schicht und damit eine elektrische Abschirmung erzielt. Alternativ oder zusätzlich kann mit den Metallen Nickel, Eisen oder Kobalt eine elektromagnetische Abschirmung erzeugt werden.

Galvanische Abscheidungen aus der Lösung haben den Vorteil, dass die Metallschicht schnell und kontrolliert auf eine gewünschte Schichtdicke verstärkt werden kann. Die Kontrolle

der Schichtdicke kann beispielsweise über den Stromfluss während der galvanischen Abscheidung bestimmt werden.

Vorteilhaft ist es, die galvanische oder stromlose Abscheidung aus einer wasserfreien Lösung durchzuführen, um ein Einschließen von Feuchtigkeit zwischen Metallschicht und Verkapselungsschicht und damit potenzielles Popcorning zu vermeiden .

Eine für Schirmungszwecke ausreichend dicke Metallschicht kann auch mit den bereits erwähnten Metallfolien erhalten werden, die im Planarisierungsprozess als Trennfolien zwischen Stempel und Verkapselungsschicht eingelegt und durch Aufschmelzen der Verkapselungsschicht mit dieser verbunden werden. Auch eine andere als integrierter Bestandteil der

Verkapselungsschicht z.B. in einer Verbundfolie enthaltene vorhandene Metallfolie kann für die Schirmung eingesetzt werden. In diesen Verfahrensvarianten ist es nur noch erforderlich, eine elektrische Verbindung zwischen der die Metallfolie umfassenden Metallschicht und dem Massekontakt des Kontaktelements herzustellen. Während das Erzeugen der Metallschicht durch Abscheidung nach dem Freilegen des Massekontakts automatisch zu einer Kontaktierung der Metallschicht mit Masse führt, wird der entsprechende Kontakt bei der Metallfolie in einem separaten Schritt hergestellt. Nach dem Freilegen des Massekontakts durch die Metallfolie hindurch kann das entstehende Sackloch beispielsweise durch Einrakeln leitfähiger Partikel gefüllt werden. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten zur leitenden Befüllung dieses Loches möglich. Geeignet sind beispielsweise CVD-Verfahren oder ein Jetdruck-Verfahren, mit dem eine elektrisch leitfähige und beispielsweise mit leitfähigen Partikeln gefüllte, flüssige Kunststoffmasse aufgedruckt wird. Dies

kann selektiv da erfolgen, wo die Massekontakte freigelegt sind.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und zum besseren Verständnis auch nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Den Figuren können daher weder absolute noch relative Maßangaben entnommen werden.

Es zeigen:

Figur 1 ein bestücktes Modul im schematischen Querschnitt,

Figur 2 einen bestückten Modulträger im schematischen Querschnitt,

Figur 3 verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Moduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 4 Verfahrensstufen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 5 Verfahrensstufen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Figur 6 verschiedene Verfahrensstufen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Figur 7 ein teilweise verkapseltes Modul im Querschnitt,

Figur 8 ein Modul mit einer zusätzlichen Abdeckschicht,

Figur 9 verschiedene Verfahrenstufen gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,

Figur 10 ein bestücktes Modul im schematischen Querschnitt mit zusätzlicher Schirmung schirmungsbedürftiger Baugruppen.

Figur 1 zeigt ein an sich bekanntes Modul im schematischen Querschnitt. Es ist auf einem mehrschichtigen Substrat SU welches ein PCB-Substrat, eine LTCC-Keramik (= low temperature co-fired ceramics) oder eine HTCC-Keramik (= high temperature co-fired ceramics) ist oder aus Folienaufbauten besteht. Das mehrschichtige Substrat umfasst eine Mehrzahl dielektrischer Schichten, zwischen denen strukturierte Metallisierungsebenen vorhanden sind. Die Metallisierungs- ebenen dienen als Verdrahtungsebenen, die untereinander und mit der Ober- und Unterseite des Substrats über Durchkontak- tierungen verbunden sind. Zusätzlich können mittels der strukturierten Metallisierungsebenen passive Schaltungselemente realisiert sein, die z.B. ausgewählt sind aus Widerständen, Phasenleitern, Kapazitäten oder Induktivitäten. Insgesamt können so im Substrat eine Reihe spezifischer Bauelementfunktionen integriert sein, die mit den diskreten Bauelementen 10, 11, 12 zusammenwirken, die auf dem Modulsubstrat SU montiert sind. Die diskreten Bauelemente können über Flip-Chip-Technik (siehe Bauelement 10) über SMD- Technik (Bauelement 11) oder aufgeklebt und über Bonddrahtverbindungen kontaktiert sein (siehe Bauelement 12) . Sämtliche Anschlüsse des Moduls können auf der Unterseite in Form von dort angeordneten Kontaktflächen realisiert sein, die durch die integrierte Verschaltung mit den Bauelementen beziehungsweise mit dem im Substrat realisierten Schaltungen verbunden sind.

Figur 2 zeigt im schematischen Querschnitt einen Modulträger MT, welcher vom Aufbau ähnlich wie ein Modulsubstrat gemäß Figur 1 ausgebildet ist, demgegenüber aber großflächiger ist und eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Einbauplätzen EP aufweist, die jeweils einem Modul zugeordnet sind. Der Modulträger ist in an sich bekannter Weise mit den Bauelementen 10, 11, 12 bestückt. Zusätzlich weist jeder Moduleinbauplatz zumindest eine Masseanschlussfläche MAF auf, die in dessen jeweiligem Randbereich angeordnet sein kann. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Masseanschlussflächen vorgesehen, die gleichmäßig über den Umfang jedes Modulplatzes verteilt sind. Beispielsweise sind an allen vier Ecken eines Moduleinbauplatzes Masseanschlussflächen vorgesehen .

Der Einfachheit halber sind in der Figur 2 und den folgenden Figuren die beispielhaft in Figur 1 dargestellten Details des inneren Substrataufbaus beziehungsweise des Modulträgers MT nicht mehr dargestellt.

Figur 3 zeigt anhand schematischer Querschnitte während unterschiedlicher Verfahrensstufen ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In Figur 3A ist auf einem wie in Figur 2 beschriebenen Modulträger MT ein Kontaktelement KE auf zwei benachbarte Masseanschlussflächen MAF aufgebracht, die jedoch unterschiedlichen Einbauplätzen EP zugeordnet sind. In der Figur ist das Kontaktelement KE aus einem Anschlussdraht oder einem Anschlussbändchen gefertigt und zwischen den beiden Masseanschlussflächen MAF zu einer Schlaufe gebogen, deren

Scheitelpunkt über die übrige Oberfläche des Modulträgers MT erhaben ist. Das Kontaktelement KE kann zusammen mit anderen Bonddrahtverbindungen aufgebracht sein, wie sie

beispielsweise in Figur 1 für das Bauelement 12 dargestellt sind.

Im nächsten Schritt werden die mit Bauelementen bestückten und mit Kontaktelementen KE versehenen Modulträger wie in Figur 3b gezeigt mit einer Verkapselungsschicht VS verkapselt. Diese kann konform oder plan aufgebracht werden, wobei als Aufbringverfahren ein Mold-Verfahren, ein Laminierverfahren, ein Globtop-Verfahren oder andere Verfahren zum Aufbringen flüssiger Verkapselungsmassen möglich sind. Auch Dünnschichtverfahren sind zur Herstellung der Verkapselungsschicht VS geeignet. Der Einfachheit halber ist in der Figur nur eine planarisierte Verkapselungsschicht VS dargestellt.

Im nächsten Schritt (Figur 3c) wird von der Oberseite der Verkapselungsschicht VS her über jedem Kontaktelement ein Einschnitt ES erzeugt. Dieser ausreichend tief geführt, um das Kontaktelement KE (hier den Draht oder das Bändchen) freizulegen und gegebenenfalls - je nach der Art des für den Einschnitt verwendeten Werkzeugs - teilweise zu entfernen. Auf jeden Fall wird auf diese Weise am Boden des Einschnitts ein Massekontakt freigelegt, welcher Teil des Kontaktelements ist .

Im nächsten Schritt (Figur 3d) wird eine Metallschicht MS ganzflächig so aufgebracht, dass sie die Oberfläche der Verkapselungsschicht VS sowie die Einschnitte ES vollständig bedeckt und so einen Kontakt zum Massekontakt herstellt. Die Metallschicht MS kann in einem zweistufigen Verfahren wie bereits oben beschrieben oder auch in einem einstufigen Verfahren, wenn die Verkapselungsschicht VS elektrisch leitfähig dotiert ist, hergestellt werden.

Auf dieser Verfahrensstufe kann die Bearbeitung des Modulträgers abgeschlossen werden, sodass die einzelnen Module nun nur noch entlang der Trennlinien TL zu vereinzeln sind. Dazu kann beispielsweise ein Sägeverfahren eingesetzt werden, mit dem der Modulträger mittels entlang der

Trennlinien TL geführter Sägeschnitte in die einzelnen bestückten, verkapselten und mit einer abschirmenden Metallschicht MS versehenen Module aufgeteilt wird. Der Einschnitt zur Auftrennung der Module kann von der Vorderseite und/oder von der Rückseite des Modulträgers erfolgen. Der Einschnitt wird so geführt, dass der elektrische Kontakt der Metallschicht mit dem Massekontakt des Anschlusselements unversehrt bleibt. Dazu wird vorzugsweise ein Werkzeug mit einer Schnittbreite gewählt, die kleiner ist als die lichte öffnung des Einschnitts ES nach dem Erzeugen der Metallschicht MS.

Figur 4 zeigt anhand schematischer Querschnitte verschiedene Verfahrensstufen eines zweiten Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines Moduls. Im Unterschied zur Figur 3 sind als Kontaktelemente KE hier Lotkugeln vorgesehen, die auf den entsprechenden Masseanschlussflächen aufgebracht sind. Es kann pro Masseanschlussfläche eine Lotkugel aufgebracht sein. Möglich ist es jedoch auch, eine einzige die beiden Masseanschlussflächen überbrückende und zumindest gut oberflächenleitende Kugel und insbesondere eine Lotbrücke zu erzeugen. Weiterhin ist es möglich, benachbarte Masseanschlussflächen benachbarter Einbauplätze in Form einer gemeinsamen metallischen Fläche auszuführen, sodass das entsprechende als Lotkugel ausgebildete Kontaktelement eine einzige Lotkugel ist. Figur 4A zeigt den Modulträger MT mit den bestückten Bauelementen, den Kontaktelementen KE und der

ganzflächig darüber aufgebrachten und hier planarisierten Verkapselungsschicht VS.

Figur 4B zeigt die Anordnung nach der Herstellung von Einschnitten ES, die über jedem als Lotkugel ausgebildeten

Kontaktelement KE bis zur Freilegung eines Massekontakts, den das Kontaktelement jeweils zur Verfügung stellt, geführt werden. Es ist vorteilhaft, wie in der Figur gezeigt, mit einem einzigen Einschnitt ES zwei benachbarte Kontaktelemente gleichzeitig freizulegen.

Auch in dieser Variante schließt sich die Herstellung der Metallschicht MS an, die ganzflächig und flächendeckend auf der Verkapselungsschicht VS erzeugt wird. Figur 4C zeigt die Anordnung mit der als Schirmung geeigneten Metallschicht MS.

Figur 5 zeigt anhand schematischer Querschnitte verschiedene Verfahrensstufen eines dritten Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines Moduls. Als Kontaktelemente KE sind hier Abstandshalter vorgesehen, die ein isolierendes Material umfassen, welches auf der Oberseite einen Massekontakt trägt, der mit den Masseanschlussflächen elektrisch verbunden ist. Ein solches Kontaktelement beziehungsweise ein solcher Abstandshalter kann mit einer beliebigen Höhe ausgeführt werden, insbesondere mit einer solchen, die höher ist als die der auf dem Modulträger montierten Bauelemente.

Figur 5b zeigt die Anordnung nach der Herstellung der Einschnitte ES, die so geführt sind, dass der Massekontakt auf der Oberseite des als Kontaktelement dienenden Abstandshalters freigelegt ist. Im Fall eines hohen Kontaktelements kann hier die Einschnitttiefe bis zur Freilegung des Massekontakts relativ zur Gesamthöhe der

Verkapselungsschicht VS niedrig sein, sodass die Herstellung des Einschnitts schnell und einfach durchzuführen ist.

Figur 5c zeigt die Anordnung nach der ganzflächigen Erzeugung einer Metallschicht MS, die in den Einschnitten den Massekontakt der Kontaktelemente kontaktiert.

Figur 6 zeigt anhand schematischer Querschnitte verschiedene Verfahrensstufen eines vierten Ausführungsbeispiels, welches eine Variante des dritten Ausführungsbeispiels darstellt. Als Kontaktelemente KE dienen auch hier wieder Abstandshalter, deren Höhe über der Oberfläche des Modulträgers größer ist als die der montierten Bauelemente. Figur 6a zeigt den bestückten Modulträger MT mit der Verkapselungsschicht VS, die in einer solchen Gesamthöhe aufgebracht ist, dass die Kontaktelemente KE gerade eben bedeckt sind.

Im nächsten Schritt (Figur 6b) erfolgt die Freilegung der Massekontakte der Kontaktelemente, indem nicht selektiv Einschnitte erzeugt werden, sondern indem die

Verkapselungsschicht VS ganzflächig soweit abgeschliffen wird, bis sämtliche Massekontakte der Kontaktelemente freigelegt sind. Dies erfordert einen Abtrag der Verkapselungsschicht VS um eine Schichtdicke h, die wie oben erwähnt minimal gewählt werden kann.

Figur 6c zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen einer Metallschicht MS. Eine wie in Figur 6b dargestellt plan abgeschliffene Oberfläche ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Metallschicht, die dann ebenfalls eine plane Oberfläche über den gesamten Modulträger aufweist.

Figur 7 zeigt als fünftes Ausführungsbeispiel eine weitere Variante des beispielsweise in den Figuren 5 oder 6 beschriebenen Verfahrens. Hier wird die Verkapselungsschicht VS nicht ganzflächig über den gesamten Modulträger erzeugt, sondern selektiv nur über bestimmten Einbauplätzen EP2, EP3. Weitere Einbauplätze EPl bleiben frei von der

Verkapselungsschicht. Eine solche nur teilweise aufgebrachte Verkapselungsschicht kann mit einem selektiven Verfahren erzeugt werden, wie es beispielsweise ein Jetdruck-Verfahren darstellt. Auch über ein Verfahren, bei dem eine Globtop- Masse selektiv aufgebracht wird, z. B. mittels Sieb- oder Schablonendruck, kann eine teilweise Verkapselung erreicht werden. Die Massekontakte oder sogar auch die Masseanschlussflächen liegen dabei durch das selektive Aufbringen der Verkapselung entweder noch frei, oder können insbesondere mit einem wie in einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 beschriebenen Verfahren nachträglich wieder freigelegt werden .

Mit Inkjet-Verfahren ist es in einem ersten oder zweiten

Schritt möglich bis zu 1 mm hohe, elektrisch leitende Pillars oder Rahmen, oder Rahmen und Pillars zu erzeugen, welche auf Masseanschlussflächen aufsitzen und nach den Verkapseln das Modulträgers mit einem nicht leitenden gefüllten Polymer durch Abschleifen freigelegt werden können. Alternativ kann bei Verwendung einer Cu-Trennfolie zwischen heißem Stempel und Verkapselungsschicht beim Laminieren eine direkt leitfähige Verbindung zwischen Massekontakt und Cu erzeugt werden .

Figur 8 zeigt eine weitere Variante, die mit allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kombinierbar ist. Dazu wird auf die bereits hergestellte Metallschicht MS eine

weitere Abdeckschicht AS aufgebracht. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Oberfläche der Metallschicht MS nicht plan ist, für die Weiterverarbeitung der Module jedoch eine plane Fläche gewünscht oder erforderlich ist - beispielsweise zur besseren Handhabbarkeit in einem Bestückungsverfahren. Als Abdeckschicht kann daher eine beliebige planarisierende oder planarisierbare Schicht aufgebracht werden, insbesondere eine KunststoffSchicht . Weitere Anforderungen muss die Abdeckschicht AS nicht erfüllen.

Figur 9 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Verfahrensvariante, welche mit sämtlichen beschriebenen unterschiedlichen Kontaktelementen KE durchgeführt werden kann. Für diese Variante werden die Kontaktelemente mit einer Höhe erzeugt, die größer ist als die der auf dem

Modulträger angeordneten Bauelemente. Die Verkapselungs- schicht VS kann selektiv auf einzelne Einbauplätze oder ganzflächig insbesondere so aufgebracht werden, dass sie über den Kontaktelementen eine relativ geringe Schichtdicke aufweist. Auf die Verkapselungsschicht kann nun ohne vorherige Freilegung der Kontaktelemente KE eine Metallschicht MS aufgebracht werden, wozu sich die bereits beschriebenen Schichtabscheidungsverfahren eignen. Möglich ist es jedoch auch, dass die Metallschicht MS Teil der Verkapselungsschicht und integriert mit dieser aufgebracht wird. Beispielsweise ist es möglich, eine Schichtenfolge von Verkapselungsschichten aufzulaminieren, von denen eine, insbesondere die oberste Schicht eine Metallschicht MS ist. Die Metallschicht MS kann auch wie beschrieben beim Planari- sieren mittels eines heißen Stempels in Form einer metallischen Trennfolie aufgebracht sein. Figur 9b zeigt die Anordnung mit der Metallschicht MS.

Figur 9c zeigt die Anordnung nach dem Herstellen von Einschnitten durch Metallschicht MS und den obersten Schichtbereich der Verkapselungsschicht VS, bis der Massekontakt der Kontaktelemente freigelegt ist.

Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Massekontakt und der Metallschicht MS werden nun im Wesentlichen die Einschnitte ES mit einer elektrisch leitfähigen Füllung LF versehen. Diese leitfähige Füllung LF kann aus einem leitfähig eingestellten Polymer bestehen. Möglich ist es jedoch auch, eine leitfähige Paste einzubringen, beispielsweise einzurakeln oder selektiv mit einem Jetdruckverfahren aufzubringen. Möglich ist es auch, die Einschnitte ES mit Lotpartikeln oder flüssigem Lot zu befüllen. Im ersten Fall können die Lotpartikel anschließend noch aufgeschmolzen werden, was eine sichere Befüllung des durch die Einschnitte ES gebildeten Sacklochs und einen guten Kontakt zur Metallschicht MS gewährleistet.

Figur 10 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts eine weitere Variante des Verfahrens, die die Herstellung von Modulen mit weiter verbesserter elektromagnetischer Schirmung ermöglicht. Gemäß dieser Variante die mit allen Ausführungsbeispielen, insbesondere aber mit den ersten drei Ausfüh- rungsbeispielen kombinierbar ist, wird vor dem Herstellen der Metallschicht MS ein weiterer Einschnitt ES2 so geführt, dass er dem Außenumfang eines diskreten auf dem Modulträger MT montierten Bauelements oder einer Baugruppe aus mehreren diskreten Bauelementen zumindest abschnittsweise folgt. Diese weiteren Einschnitte ES2 können zusammen mit den ersten

Einschnitten ESl (diese jedoch entlang der Trennlinien TL) geführt werden. Insbesondere bei Kontaktelementen mit großer Bauhöhe, die nur eine geringe Einschnittstiefe zur Freilegung

der Massekontakte erfordern, werden die weiteren Einschnitte ES2 jedoch in einem separaten Schritt erzeugt, um sie bis zu einer gewünschten größeren Tiefe zu führen, die bis zur Oberfläche des Modulträgers MT oder einer dort angeordneten Schicht, beispielsweise einer Metallschicht oder einer

Masseanschlussfläche, reichen kann. Vorteilhaft ist es, wenn die Metallschicht in den weiteren Einschnitten eine Masseanschlussfläche oder ein über die Substratoberfläche erhabenes, mit einer Masseanschlussfläche verbundenes Kontaktelement kontaktieren kann. Die weiteren Einschnitte können aber auch bis in das Modulsubstrat geführt sein und dort mit einer mit Masse verbundenen Metallisierung verbunden sein.

Nach der Herstellung der Metallschicht ist das von den zweiten Einschnitten ES2 umgebene oder zwischen ersten und zweiten Einschnitten angeordnete besonders schirmungsbe- dürftige Bauelement oder die besonders schirmungsbedürftige Baugruppe auch seitlich von der schirmenden Metallschicht MS umgeben. Dies ermöglicht es, dieses Bauelement oder diese Baugruppe besonders gegen äußere Strahlung zu schützen, beziehungsweise eine Abschirmung innerhalb des Moduls zwischen unterschiedlichen Bauelementen oder Baugruppen des gleichen Moduls oder Einbauplatzes EP2 zu ermöglichen. Auf diese Weise können beispielsweise RX- und TX-Bausteine eines Frontendmoduls für Mobiltelefone gegeneinander abgeschirmt werden, um ein übersprechen zu vermeiden. Auf diese Weise wird ein störungsfreier Betrieb des gesamten Moduls gewährleistet, auch wenn eines der Bauelemente zur potenziellen elektromagnetischen Beeinträchtigung oder Störung benachbarter Bauelemente des gleichen Moduls befähigt wäre.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Varianten beschränkt und kann vielmehr weiter variiert werden. Insbesondere ist es möglich, einzelne Maßnahmen unterschiedlicher Varianten miteinander zu kombinieren. Mit der Erfindung ist es möglich, optimal geschirmte Module zu erzeugen und die Schirmung selbst in den integrierten Fertigungsprozess optimal einzubinden.

Die Schirmung selbst kann einheitlich über großflächige Modulträger mit einer Vielzahl von Einbauplätzen für je ein Modul erfolgen. Möglich ist es jedoch auch, nur einzelne Einbauplätze mit einer Schirmung zu versehen. Auch innerhalb eines Einbauplatzes kann die Schirmung selektiv auf einen Teil des späteren Moduls aufgebracht sein. Durch die weiteren Einschnitte (siehe Figur 10) ist es weiterhin möglich, die

Schirmung mit einer gewünschten 3D-Struktur zu versehen, die eine verbesserte Abschirmung einzelner Komponenten eines jeden Moduleinbauplatzes ermöglicht.

Die Schirmung selbst kann auf unterschiedliche Bedürfnisse ausgerichtet werden und insbesondere durch Auswahl elektrisch gut leitender Metalle für die Metallschicht eine gute elektrische Abschirmung ermöglichen. Umfasst die Metallschicht zusätzlich oder alternativ magnetische Materialien wie Nickel, Eisen oder Kobalt, so können alternativ oder zusätzlich magnetisch gut abschirmende Metallschichten erzeugt werden. Eine ausreichende Qualität der Schirmung kann auch durch eine ausreichende dick bemessene Schichtdicke der Metallschicht eingestellt werden. Geeignete Schichtdicken für die Schirmung sind abhängig von dem zu schirmenden Frequenzspektrum. Für 1 bzw. 2 GHz-Filter liegen geeignete Metallisierungsdicken bei mehr als lμm, beispielsweise bei 20-50μm. Die erforderliche Dicke ist außerdem stark abhängig

von der Leitfähigkeit der Metallisierung und von der zulässigen Transmission der Schirmung. Zum Erzielen einer besseren Abschirmung können die Schichtdicken der Metallschicht weiter erhöht sein.

Bezugszeichenliste

SU Modulsubstrat

MT Modulträger

EP Einbauplatz

10, 11, 12 Bauelement

MAF Masseanschlussfläche

KE Kontaktelement

ES Einschnitt

VS Verkapselungsschicht

MS Metallschicht h Höhe des abzutragenden Schichtbereichs

TL Trennlinien