DE10002182A1

DE10002182A1 - Vorrichtung zur elektrischen und mechanischen Fügung von flächigen Anschlussstrukturen

Info

Publication number: DE10002182A1
Application number: DE2000102182
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Scheel; Stefan Fiedler; Frank Krause; Joachim Schuett
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2001-08-09

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur elektrischen und mechanischen Fügung zweier Anschlußstrukturen, die jeweils wenigstens eine Kontaktfläche mit Kontaktstellen aufweisen, über wenigstens deren Kontaktstellen die flächigen Anschlußstrukturen in elektrischen und/oder mechanischen Kontaktbringbar sind. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein flächig ausgebildeter Zwischenträger zwischen den Kontaktflächen beider Anschlußstrukturen vorgesehen ist, dass der Zwischenträger Öffnungen aufweist, an denen sich Kontaktstellen beider Anschlußstrukturen jeweils beabstandet gegenüberliegen, und dass ein Medium in den Öffnungen vorgesehen ist, durch das die Kontaktstellen elektrisch und/oder mechanisch verbunden sind.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektrischen und mechanischen Fügung von zwei flächigen Anschlußstrukturen, die jeweils wenigstens eine Kontaktfläche mit Kontaktstellen aufweisen, über wenigstens deren Kontaktstellen die flächigen Anschlußstrukturen in elektrischen und/oder mechanischen Kontakt bringbar sind,

Stand der Technik

Die an sich bekannten Techniken bei der Realisierung elektrischer Kontakte in der elektrischen Baugruppenfertigung zeichnet sich allgemein dadurch aus, daß die elektrischen Anschlußstrukturen der einzelnen Bauelemente sowie die des Verdrahtungsträgers oder der Leiterplatte, mit der die Bauelemente verbunden werden sollen, stoffschlüssig durch Löten oder Kleben miteinander verbunden werden. In Ausnahmefällen werden kraftschlüssige Kontakte über Zwischenkonnektoren angewendet, dies ist beispielsweise bei der sogenannten MPI- Technologie (Metallized Polymer Interconnector) der Fall.

Der Nachteil vorgenannter stoffschlüssiger Lösungen besteht jedoch darin, daß definierte Spaltbreiten, d. h. definierte Abstände zwischen den Bauelementen und der Leiterplatte, zur Gewährleistung einer höheren Betriebszuverlässigkeit selektive Sonderlösungen stofflicher oder mechanischer Art erfordern.

So erfordert die MPI-Technologie zur kraftschlüssigen Kontaktbildung zusätzliche konstruktive Maßnahmen auf der Baugruppenebene, was allgemein die Packungsdichte und den konstruktiven Aufbau des Verdrahtungsträgers negativ beeinflußt sowie das Rastermaß begrenzt ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur elektrischen und mechanischen Fügung zweier flächiger Anschlußstrukturen, die jeweils wenigstens eine Kontaktfläche mit Kontaktstellen aufweisen, über wenigstens deren Kontaktstellen die flächigen Anschlußstrukturen in elektrischen und/oder mechanischen Kontakt bringbar sind, derart weiterzubilden, dass eine kraftschlüssige wie auch stoffschlüssige Verbindung zwischen den Anschlußstrukturen möglich wird, wobei der gegenseitige Abstand zwischen beiden verfügten Anschlußstrukturen einen definiert, vorgegebenen Abstand einhalten soll. Insbesondere soll die Verbindung zwischen den arrayartigen Anschlußstrukturen eines elektrischen Bauelementes und den Anschlußstrukturen auf einem Verdrahtungsträger oder einer Leiterplatte eingesetzt werden können. So soll sich das bevorzugte Einsatzgebiet der Verbindungstechnik die elektronische Baugruppen- und Gerätefertigung sein. Schließlich soll die erfindungsgemäße Maßnahme dazu beitragen, dass die Packungsdichte von Bauelementen auf Leiterplatten erhöht und zugleich die Betriebssicherheit gesteigert werden kann.

Die Lösung der, der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weitergebildet, dass ein flächig ausgebildeter Zwischenträger zwischen den Kontaktflächen beider Anschlußstrukturen vorgesehen ist, dass der Zwischenträger Öffnungen aufweist, an denen sich Kontaktstellen beider Anschlußstrukturen jeweils beabstandet gegenüberliegen, und dass ein Medium in den Öffnungen vorgesehen ist, durch das die Kontaktstellen elektrisch und/oder mechanisch verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde zwischen den Anschlußstrukturen, d. h. bspw. zwischen einem elektrischen Bauelement und einer Leiterplatte einen Zwischenträger einzubringen, der als Art Distanzhalter einen durch die Dicke des Zwischenträgers vorgegebenen Abstand zwischen beiden Anschlußstrukturen gewährleistet.

Der Zwischenträger ist vorzugsweise als Folie ausgebildet, die aus einem organischen oder anorganischem Material besteht und selbst nicht elektrisch leitend ist. In die Folie sind Öffnungen in Form von Perforierungslöcher eingearbeitet, deren Form, Anordnung und Größe auf die Form, Anordnung und Größe der einzelnen Kontaktstellen der Anschlußstrukturen angepasst sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zwischenträger mit einer adhäsiv wirkenden Oberfläche ausgebildet, sodass auch eine Fügung an Oberflächenbereichen auftritt, die sich an die Öffnungen anschließen. Die adhäsive Wirkung kann beispielsweise durch Auftrag von geeigneten Klebstoffen erzielt werden.

Um die Kontaktstellen beider Anschlußstrukturen, die entsprechend in Deckung gebracht und über den Zwischenträger voneinander beabstandet sind, elektrisch miteinander zu verbinden sind die Öffnungen mit elektrisch leitenden Material gefüllt, beispielsweise mit einem Metall, einer Metallegierung oder einem elektrisch leitenden Polymer. Neben der elektrischen Verbindung beider Anschlußstrukturen über das elektrisch leitende Medium gewährleistet dieses auch eine stoffschlüssige Verbindung im Rahmen einer Klebung oder Lötverbindung.

Je nach Wahl der Fügetechnik zwischen den Kontaktstellen der Anschlußstrukturen und dem, in die Öffnungen eingebrachten Medium kann eine stoffschlüssige oder eine kraftschlüssige Verbindung, bspw. in Form eines Andruckverbinders, realisiert werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a Fügeverbindung vor der Verfügung,

Fig. 1b Fügeverbindung nach der Verfügung,

Fig. 2 Zwischenträger,

Fig. 3a-f Verschiedene Ausführungsbeispiele für Fügeverbindungen.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

In Fig. 1a befinden sich ein elektrisches Bauelement 1, ein Zwischenträger 2 und eine Leiterplatte 3 in einer Anordnung vor einer gegenseitigen Verfügung. Das elektrische Bauelement 1 weist Kontaktstellen 12 auf, die als metallisierte Bondpads ausgeführt sind. Das Bauelement 1 befindet sich auf der Oberseite eines flächig ausgebildeten Zwischenträgers 2, der folienartig ausgebildet ist und aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Jeder einzelnen Kontaktstelle 12 gegenüberliegend angeordnet ist im Zwischenträger 2 eine Öffnung 21 in Form eines Durchführungskanals vorgesehen, deren Kanalwand zumindest mit einer elektrisch leitenden Schicht, beispielsweise mit einer Metallschicht, ausgekleidet ist. Der Zwischenträger 2 befindet sich wiederum auf der Oberseite einer flächig ausgebildeten Leiterplatte 3, die ihrerseits Kontaktstellen 31 vorsieht, die entsprechend zu den Kontaktstellen 12 des Bauelementes 1 angeordnet sind.

Durch Verpressen des Bauelementes 1 gegen die Leiterplatte 3 oder durch entsprechendes Verlöten mit dem dazwischen befindlichen Zwischenträger 2 wird eine Fügeverbindung erhalten, die in Fig. 1b dargestellt ist. Die Kontaktstellen 12 zwischen dem Bauelement 1 und dem Zwischenträger 2 konzentrieren sich auf die Öffnungen 21. Über ein elektrisch leitendes Medium, beispielsweise Metall, das in der Öffnung 21 vorgesehen ist, werden die Kontaktstellen 12 mit den Kontaktstellen 31 der Leiterplatte stoffschlüssig in Verbindung gebracht. Der Zwischenträger 2, der matrix- oder arrayförmig angeordnete Öffnungen 2 aufweist, dient neben der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Bauelement 1 und der Leiterplatte 3 auch zugleich als konkrete Beabstandung zwischen dem Bauelement 1 und der Leiterplatte 3.

In Fig. 2 ist schematisiert eine perspektivische Darstellung eines Zwischenträgers 2 dargestellt, der array- bzw. matrixförmig Durchgangskanäle bzw. Öffnungen 21 aufweist, die mit einem elektrisch leitenden Medium gefüllt sind. Das elektrisch leitende Medium besteht vorzugsweise aus Metall oder einem elektrisch leitenden Polymer. Beiderseitig überragt das Medium den Zwischenträger 2, um auf diese Weise einen sicheren stoffschlüssigen Kontakt zu den Kontaktstellen des Bauelementes 1 bzw. der Leiterplatte 3 herzustellen.

In den Fig. 3a bis f sind verschiedene Ausführungsformen des Zwischenträgers 2 dargestellt. Fig. 3a zeigt einen Zwischenträger 2 mit Öffnungen 21, in denen Metall derart eingebracht ist, so dass an den Öffnungen der Durchgangskanäle im Querschnitt dreieckig ausgebildete Kontaktstrukturen 12 vorgesehen sind. Fig. 3b zeigt im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3a halbkreisförmig ausgebildete Kontaktstrukturen 12.

In Fig. 3c ist der Zwischenträger 2 zwischen einem Bauelement 1 und einer Leiterplatte 3 vorgesehen, wobei sowohl beim Bauelement 1 als auch bei der Leiterplatte 2 im Querschnitt kreisrund ausgebildete Bondstrukturen 12, 31 vorgesehen sind, die ihrerseits mittels Filler- oder Lötmaterial 4 zusätzlich mit dem Zwischenträger 2 verbunden sind.

In Fig. 3d ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das eine Kombination aus den Ausführungsbeispielen 3a und 3b darstellt.

Fig. 3e zeigt einen Zwischenträger 2, der im linken Teil eine Metallisierung mit Außenpads 32 vorsieht und im rechten Teil eine Metallisierung mit Innenpads 33.

In Fig. 3f ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen einem Bauelement 1 mit einer Leiterplatte 3 gezeigt, zwischen denen eine Zwischenträgerschicht 2 vorgesehen ist. Die dauerhafte Verbindung erfolgt hierbei durch eine von außen angelegte Kraft F, die bspw. durch eine Klemmvorrichtung herrührt.

Bezugszeichenliste

1

elektrisches Bauelement

12

Kontaktstelle

2

Zwischenträger

21

Öffnung, Durchgangskanal

3

Leiterplatte

31

Kontaktstelle

32

Außenpads

33

Innenpads

4

Löt- oder Fillermaterial

Claims

1. Vorrichtung zur elektrischen und mechanischen Fügung zweier flächiger Anschlußstrukturen, die jeweils wenigstens eine Kontaktfläche mit Kontaktstellen aufweisen, über wenigstens deren Kontaktstellen die flächigen Anschlußstrukturen in elektrischen und/oder mechanischen Kontakt bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein flächig ausgebildeter Zwischenträger zwischen den Kontaktflächen beider Anschlußstrukturen vorgesehen ist,
dass der Zwischenträger Öffnungen aufweist, an denen sich Kontaktstellen beider Anschlußstrukturen jeweils beabstandet gegenüberliegen, und
dass ein Medium in den Öffnungen vorgesehen ist, durch das die Kontaktstellen elektrisch und/oder mechanisch verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlußstrukturen eine Leiterplatte oder ein Verdrahtungsträger und ein auf der Leiterplatte bzw. dem Verdrahtungsträger aufzubringendes elektrisches Bauelement sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger eine dielektrische Folie ist, die aus organischen oder anorganischen Material gefertigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen im Zwischenträger in Anordnung und Größe nach Anordnung und Größe der Kontaktstellen an den Anschlußstrukturen angepasst sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen nach einem vorgegebenen Raster angeordnet sind,

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium teilweise oder vollständig die Öffnungen ausfüllt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Lot oder Kleber ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen als Durchgangskanäle ausgebildet sind, die den Zwischenträger vollständig durchsetzen, und dass zumindest die Wände der Durchgangskanäle metallisiert sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktflächen planar oder gekrümmt ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger eine adhäsiv wirkende Oberfläche aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger an den Stellen der Öffnungen zurückgesetzt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an den zurückgesetzten Stellen der Zwischenträger elektrische Kontaktstellen vorgesehen sind.