DE10045534A1 - Elektronisches Bauteil mit Außenanschlußelementen - Google Patents

Elektronisches Bauteil mit Außenanschlußelementen

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil (1) mit Außenanschlusselementen (2) und ein Verfahren zur elektrischen Verbindung und/oder zur Fixierung eines elektronischen Bauteils (1) und einer Leiterplatte (15). Dazu weist das elektronische Bauteil (1) Kapillarelemente (6) als Außenanschlusselemente (2) auf, die mit Kontaktanschlussflächen (3) eines Systemträgers (4) oder mit Kontaktflächen eines Chips (5) verbunden sind. Das Kapillarelement (6) ragt aus dem elektronischen Bauteil (1) heraus und weist auf seinem herausragenden Ende (7) eine kapillar wirkende Saugöffnung (8) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit Außenanschlusselementen und ein Verfahren zur elektri­ schen Verbindung und/oder Fixierung des elektronischen Bau­ teils und einer Leiterplatte.
Um Leiterplattenflächen möglichst optimal zu nutzen, werden Leiterplatten beidseitig bestückt. Das Fixieren und elektri­ sche Verbinden von elektronischen Bauteilen auf beiden Seiten der Leiterplattenfläche wie es z. B. durch Löten erfolgt, er­ fordert in vielen Fällen zusätzliche adhäsive Fixierpunkte zwischen Bauteil und Leiterplatte, insbesondere für die Bau­ teile, die auf der Unterseite der Leiterplatte zu kontaktie­ ren sind, da sonst die Gefahr besteht, dass diese Bauteile abfallen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Bauteil mit Außenanschlusselementen anzugeben, mit denen zusätzliche Fi­ xierpunkte an den Bauteilen überflüssig werden und die ein Anhaften des Bauteil beim Verbinden mit einer Leiterplatte sicherstellen, so dass eine Leiterplatte beidseitig mit Bau­ elementen bestückt werden kann, ohne dass die Bauteile auf der Unterseite der Leiterplatte beim Verbindungsvorgang her­ abfallen.
Diese Aufgabe wir mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprü­ che gelöst, Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der Er­ findung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß weist das elektronische Bauteil Außenkontak­ telemente auf, die mit Kontaktanschlussflächen eines System­ trägers oder mit Kontaktanschlussflächen eines Chips verbun­ den sind. Dabei ist mindestens ein Außenanschlusselement als ein Kapillarelement ausgebildet, das aus dem Bauteil herausragt und an seinem herausragenden Ende eine kapillar wirkende Saugöffnung aufweist. Diese Lösung hat den Vorteil, dass das elektronische Bauteil mittels der kapillar wirkenden Saugöff­ nung seines Kapillarelementes die Adhäsion in einem flüssigen Löttropfen, der an der Leiterplatte haftet, wesentlich gegen­ über kapillar nicht wirksamen Außenanschlusselementen erhöht. Durch die mittels Kapillarwirkung erhöhte Adhäsion des Bau­ teils zu einer Leiterplatte wird das Bauteil vor einem Herab­ fallen von der Unterseite einer beidseitig bestückten Leiter­ platte gesichert. Außerdem kann sich aufgrund der erfindungs­ gemäßen Außenanschlusselemente in Form von Kapillarelementen eine massive flächige Materialbrücke zwischen Bauteil und Leiterplatte in Form einer Lötsäule ausbilden, so dass auf zusätzliche Fixierpunkte beispielsweise aus Epoxidkleber ver­ zichtet werden kann.
Die den Kapillareffekt bewirkenden Elemente am elektronischen Bauteil können bereits während der Bauteilherstellung mit er­ zeugt werden. Darüber hinaus hat dieses elektronische Bauteil den Vorteil, dass sich beim Verbinden mit der Leiterplatte durch das Ausbilden einer massivflächigen Materialbrücke wie einer Lötsäule ein zusätzlicher mechanischer Schutz der Bau­ teilkontakte gegen Beschädigung durch Kompression oder Sche­ rung bildet. Schließlich ergibt sich durch die Verwendung nur eines Materials, nämlich z. B. eines Lotes, zum Verbinden und Fixieren des elektronischen Bauteils an einer Leiterplatte unter Verzicht auf klebende und adhäsive Fixierpunkte eine wesentliche Vereinfachung beim Austausch von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten, da keine zusätzlichen anderen Fixiermaterialien entfernt und für das Auswechseln erneut aufgebracht werden müssen.
Somit kann durch die Außenanschlusselemente des erfindungsge­ mäßen elektronischen Bauteils die Distanz zwischen Bauteil und Leiterplatte durch Kapillarwirkung überbrückt werden und es können flächige Kontakte, welche die Adhäsion zwischen Bauteil und Leiterplatte wesentlich erhöhen, ausgebildet werden. Darüber hinaus wird gleichzeitig eine mechanische Stabi­ lisierungsmöglichkeit für empfindliche Kontakte geschaffen, die ohne zusätzliche Materialien und Prozesse auskommt und somit voll produktionstauglich ist. Dazu muss das erfindungs­ gemäße elektronische Bauteil als Außenkontaktelemente ledig­ lich Kapillarelemente aufweisen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die kapillar wir­ kende Saugöffnung der Außenanschlusselemente als Kapillar­ schlitz ausgebildet. Ein derartiger Kapillarschlitz kann in jedem bisher bekannten Außenkontaktelement ohne großen Auf­ wand eingebracht werden, indem vorzugsweise das Außenan­ schlusselement in seiner Längsrichtung aufgeschlitzt wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, beim Verbinden des elektro­ nischen Bauteils mit der Leiterplatte eine zusätzliche Adhä­ sion durch die Kapillarwirkung des Längsschlitzes zu errei­ chen.
Die kapillar wirkende Saugöffnung kann in einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung als Ring ausgebildet sein. Diese Variante ist vorteilhaft, wenn das elektronische Bauteil als Außenanschlusselemente Stifte aufweist, die zur Ausbildung der ringförmigen kapillarwirkenden Saugöffnung durch längsge­ schlitzte Hohlstifte ersetzt werden können, wodurch eine zu­ sätzliche Kapillarwirkung erreicht wird, die das Bauteil auch unterhalb einer Leiterplatte aufgrund der erhöhten Adhäsion in Position halten kann.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Kapillarele­ ment eine mehrfache Anordnung von vertikalen Kontaktelementen aufweist, die einen Kapillarspalt ausbilden. Derartige verti­ kale Kontaktelemente können zum Beispiel durch einfaches Fal­ ten herkömmlicher flacher Außenanschlusselemente hergestellt werden. Derartige Kontaktelemente haben aufgrund des großflä­ chigen Kapillarspaltes eine vergrößerte Kapillarwirkung und sind deshalb für großvolumige elektronische Bauteile geeig­ net.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kapillarelement Zwillingshöcker aufweist, die in einem kapillar wirkenden Abstand voneinander angeordnet sind. Der­ artige Zwillingshöcker können unmittelbar auf den Kontaktflä­ chen eines Chips angeordnet werden, so dass diese Ausfüh­ rungsform besonders für Halbleiterchips geeignet ist, die un­ mittelbar auf einer Leiterplatte angeordnet werden sollen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht eine mit dem elektrischen Bauelement zu verbindende Leiterplatte vor, die eine mehrschichtige Leiterplatte mit Leiterbahnen aus einer Kupferlegierung aufweist. Die Oberflächen derartiger mehr­ schichtiger Leiterplatten werden beide mit elektronischen Bauteilen bestückt, wobei mit der Verwendung des erfindungs­ gemäßen elektronischen Bauteils ein Abfallen der auf der Un­ terseite anzuordnenden Bauelemente verhindert wird.
Mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Ad­ häsion dadurch erhöht, dass die Kapillarelemente eine Ober­ flächenbeschichtung zur Vergrößerung der Benetzungsfähigkeit für geschmolzenes Lot aufweisen. Eine derartige Oberflächen­ beschichtung weist in einer Ausführungsform eine Nickel-Gold- Legierung auf.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die kapillar wirkende Saugöffnung eine Öffnungsweite zwischen 50 µm und 500 µm auf. Diese Öffnungsweite hängt im wesentlichen von der Benetzungsfähigkeit der Oberfläche des Kapillarelementes durch ein flüssiges Lot ab. Je größer die Benetzungsfähigkeit ist, um so größer kann die Öffnungsweite sein, so dass sich eine größere die Materialbrücke zwischen Leiterplatte und Bauelement ausbildet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein ka­ pillar wirkender Schlitz für eine Schlitzbreite von 50 µm bis 500 µm vorgesehen. Auch bei der Schlitzbreite ist zu berücksichtigen, dass mit größer werdender Benetzungsfähigkeit der Oberfläche des Kapillarelementes die Schlitzbreite zunehmen kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgese­ hen, dass die vertikalen Kontaktelemente zu der Bauteilober­ fläche eine Neigung unter einem Winkel α aufweisen. Aufgrund dieser Neigung wird die Nachgiebigkeit der Kontaktelemente gegenüber einer 90°-Anordnung erhöht und die Belastung des erfindungsgemäßen Bauteils vermindert. Außerdem wird die Ad­ häsionswirkung bei gleichem Abstand zwischen erfindungsgemä­ ßen elektronischen Bauteil und Leiterplatte aufgrund der Nei­ gung der Kontaktelemente gegenüber der Bauteiloberfläche er­ höht, da die Benetzungsfläche vergrößert ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das er­ findungsgemäße elektronische Bauteil über eine Lotbrücke zwi­ schen dem Kapillarelement und einer Leiterplatte auf der Lei­ terplatte verankert und mit ihr elektrisch verbunden. Die Ad­ häsionsfähigkeit dieser Lotbrücke bildet sich bereits aus, wenn das Lot geschmolzen wird, wodurch das elektronische Bau­ teil an der Leiterplatte haftet, ohne dass zusätzliche Fi­ xierpunkte erforderlich sind.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das elektroni­ sche Bauteil ein Halbleiterchip mit Zwillingshöckern ist. Die bereits oben erwähnten Zwillingshöcker können auf einem Halb­ leiterchip relativ kostengünstig hergestellt werden, da le­ diglich zu jedem bisher vorhandenen Höcker auf dem Halblei­ terchip eine weitere Kontaktfläche vorgesehen werden muss, auf der ein weiterer oder zweiter Höcker des Zwillingshöckers geformt wird. Der Abstand zwischen den Zwillingshöckern muss derart eng gewählt werden, dass im Spalt zwischen den beiden Zwillingshöckern eine Kapillarwirkung auftritt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das elektronische Bauteil ein Kunststoffgehäuse aufweist, aus dem die mehrfach angeordneten vertikalen Kontaktelemente her­ ausragen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Kontaktelemente sicher und korrekt in dem Kunststoffgehäuse eingebettet sein können und eine Gefahr des Verschiebens der Kontaktelemente gegeneinander nicht gegeben ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das elektronische Bauteil in seinem Gehäuse einen Systemträger auf, der vertikale Kontaktelemente trägt und mindestens einen Halbleiterchip mit einer integrierten Schaltung aufweist. Ein derartiges elektronisches Bauteil hat den Vorteil, dass für die Befestigung der vertikalen Kontaktelemente an dem elek­ tronischen Bauteil durch den Systemträger wesentlich mehr Fläche zur Verfügung steht als direkt auf einem Halbleiter­ chip. Der Übergang vom Halbleiterchip auf den Systemträger und vom Systemträger auf die Kapillarelemente als Außenaan­ schlusskontakte kann in vorteilhafter Weise durch halbleiter­ prozess-konforme Verfahrenstechniken verwirklicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Leiterplatte Lötflächen mit Lötmaterial auf, das in die Ka­ pillarelemente des elektronischen Bauteils hineinragt. Dieses Lötmaterial verstärkt zusätzlich die Außenanschlusselemente und schützt sie gleichzeitig vor Beschädigung durch Scherung oder Kompression.
Ein Verfahren zur elektrischen Verbindung und/oder Fixierung eines elektronischen Bauteils und einer Leiterplatte, weist folgende Verfahrensschritte auf:
  • - Bestücken des elektronischen Bauteils mit mindestens ei­ nem Kapillarelement, das eine kapillar wirkende Öffnung aufweist und aus dem Bauteil herausragt,
  • - selektives Beschichten einer Leiterplatte mit einem be­ netzende Material auf vorbestimmten Kontaktanschlussflä­ chen,
  • - Erwärmen des benetzenden Materials auf seine Schmelztem­ peratur,
  • - Positionieren und Ausrichten von elektronischen Bauteilen auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte,
  • - Eintauchen der Kapillarelemente in das geschmolzene Mate­ rial,
  • - Ausbildung eines flächigen Kontaktes mit dem Kapillarele­ ment und auf der Leiterplatte unter gleichzeitiger Er­ starrung des Materials.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Adhäsion des elek­ tronischen Bauteils an der Leiterplatte im Bereich des ge­ schmolzenen Materials durch die Kapillarwirkung des Kapilla­ relementes wesentlich erhöht wird, so dass zusätzliche Schritte wie Aufbringen von Klebstoff zum Ankleben der Bau­ elemente an der Unterseite der Leiterplatte entfallen. Außer­ dem werden die Verbindungen zwischen Leiterplatte und Außen­ anschlusselementen des elektronischen Bauteils zusätzlich durch die sich ausbildende Materialsäule in dem Kapillarele­ ment verstärkt, so dass sich ein Schutz gegen Beschädigungen durch Scherung oder durch Komprimieren ausbilden kann. Somit wird eine wesentliche mechanische Stabilisierung insbesondere für empfindliche Kontakte erreicht. Gleichzeitig werden zu­ sätzliche Prozesse und Materialien eliminiert, die lediglich einer Fixierung der Bauelemente auf der Unterseite einer Lei­ terplatte dienen. Zusätzlich wird ein Instandsetzungsprozess in der Weise vereinfacht, dass beim Ersatz eines erfindungs­ gemäßen elektronischen Bauteils lediglich eine einzige Mate­ rialkomponente aufzuschmelzen ist und keine weiteren Schritte erforderlich werden, die sich auf zusätzliche Fixierpunkte aus Klebstoffen beziehen.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass die Oberfläche des Kapillarelementes mit einer die Benetzung fördernden Schicht beschichtet wird. Eine derartige Schicht kann mittels Aufdampftechnik oder Sputtertechnik aufgebracht werden, wobei die Aufdampftechnik den Vorteil eines geringen apparativen Aufwandes aufweist, während die Sputtertechnik den Vorteil hat, dass nicht aufdampfbare Materialien auf den Oberflächen der Kapillarelemente schichtförmig aufgebracht werden können.
In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird die benetzungsfördernde Schicht mittels stromloser Metallab­ scheidung aus einem Lösungsmittel aufgebracht. Zwar muss bei einem derartigen Verfahren das elektronische Bauteil mit sei­ nen Außenanschlusselementen in ein Lösungsmittel getaucht werden, jedoch ist der apparative Aufwand für eine derartige Beschichtung wesentlich geringer als bei dem vorangegangenen Verfahren.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die benetzungsför­ dernde Schicht mittels galvanischer Platierung aufzubringen, wobei ein Strom zwischen einer metallischen Opferanode und dem auf Kathode geschalteten Kapillarelementen fließen muss. Dabei kann das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Ka­ pillarelemente problematisch sein, weshalb ein derartiger Schritt noch vor dem Anbringen der Kapillarelemente an das elektronische Bauteil durchzuführen ist.
Ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, dass die kapillar wirkende Öffnung durch Mehrfachfaltung ei­ nes flachen Außenanschlusselements hergestellt wird. Dazu ist lediglich ein verlängertes Außenanschlusselement erforder­ lich, das durch Mäanderförmiges Falten unter Beachtung eines kapillar wirkenden Abstands zwischen den Faltungen herge­ stellt werden kann. Damit wird in vorteilhafter Weise der Aufwand für die bisherige Herstellung von elektronischen Bau­ teilen nicht wesentlich vergrößert. Lediglich das Design ei­ nes metallischen Systemträgers mit Flachleitern muss auf die Mehrfachfaltung der Außenanschlusselemente abgestimmt sein, indem längere Flachleiter als Außenanschlusselemente vorgese­ hen werden.
Eine kapillar wirkende Öffnung kann mittels eines Ausstanzens von Längsschlitzen in einem flachen Außenanschlusselement in einem weiteren Durchführungsbeispiel hergestellt werden. Zwar wird damit nicht die Flächengrößenordnung einer Mehrfachfal­ tung erreicht, jedoch kann auch bereits ein solches Längs­ schlitzen eines flachen Außenanschlusselementes die Adhäsion aufgrund der Kapillarwirkung der Schlitze zu dem Lötmaterial der Leiterplatte erhöht werden ohne die Außenabmessungen fla­ cher Außenanschlusselemente zu verändern.
In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird das Kapillarelement in Form eines Hohlstiftes mit Längs­ schlitz durch Rundformen eines flachen Außenanschlusselemen­ tes hergestellt. Dieses Rundformen eines zunächst flachen Au­ ßenanschlusselementes kann beispielsweise durch Rundformen über einen Dorn erfolgen und erfordert somit nur einen gerin­ gen zusätzlichen Aufwand für die Herstellung des Kapillarele­ mentes.
Um einen nahezu rechteckigen oder ovalen Querschnitt einer kapillar wirkenden Öffnung herzustellen, kann ein rundes längsgeschlitztes Kapillarelement abgeflacht werden, so dass automatisch ein rechteckiger bzw. ovaler Querschnitt ent­ steht.
Um somit die Leiterplattenfläche möglichst optimal zu nutzen und die Leiterplatten beidseitig zu bestücken, müssen die Bauteile auf der Leiterplattenunterseite gegen Herabfallen geschützt werden, z. B. durch die Adhäsion der Kontaktstellen bzw. der Außenanschlusselemente eines elektronischen Bauteils oder durch zusätzliche Fixierpunkte.
Die Adhäsion eines elektronischen Bauteils zu einer Leiter­ platte wird hierbei durch die Gesamtfläche dieser Verbindun­ gen bestimmt. Die benötigte Adhäsion kann jedoch durch die Relation von Abstand des elektronischen Bauteils zu der Lei­ terplattenoberfläche, der frei verfügbaren Fläche und der Art sowie des Materials des Verbindungsprozesses eingeschränkt sein.
Werden die Kontaktstellen und/oder Fixierpunkte gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgeformt, dass durch Kapillarwir­ kung eine massive flächige Materialbrücke zwischen Bauteil und Leiterplatte z. B. durch Ausbilden einer Lötsäule ausge­ bildet wird, können maßliche sowie material- und prozessbe­ dingte Einschränkungen überwunden werden.
Erfindungsgemäß werden die den Kapillareffekt bewirkenden Elemente bereits während der zur Bauteil- oder Leiterplatten­ herstellung notwendigen Prozesse miterzeugt. Ein Vorteil die­ ser massivflächigen Materialbrücken, die durch das erfin­ dungsgemäße elektronische Bauteil ermöglicht werden, ist ein zusätzlicher mechanischer Schutz der Bauteilkontakte gegen Beschädigung durch Scherung oder Kompression nach der Durch­ führung der Lötung. Schließlich bringt eine Bauteilfixierung aus nur einem Material wie einem Lötmaterial, eine wesentli­ che Vereinfachung einer Leiterplattenreparatur mit sich, da kein zusätzliches anderes Fixiermaterial entfernt und nach der Reparatur wieder aufgebracht werden muss.
Somit hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass die Ka­ pillarwirkung zum Überbrücken der Distanz Bauteil zu Leiter­ platte beiträgt und flächige Kontakte ausgebildet werden, welche die Adhäsion zwischen Bauteil und Leiterplatte wesent­ lich erhöhen. Außerdem können zusätzliche Prozesse und Mate­ rialkomponenten wie Klebstoffe eliminiert werden. Ferner tritt eine wesentliche Stabilisierung bei mechanisch sehr empfindlichen Kontakten ein.
Die vorliegende Erfindung führt zur Ablösung von Fixierungs- und Stabilisierungstechnologien bei der Bestückung von Lei­ terplatten durch eine kostengünstige Variante, die ohne zu­ sätzliche Materialien und Prozesse auskommt, und bei der pro­ duktionstaugliche Prozesse wie z. B. der Lötpastendruck inte­ griert werden können und eine einfache Realisierung des Repa­ raturprozesses ermöglicht wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand von Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung,
Fig. 3 zeigt eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungs­ form der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein elektronisches Bauteil, das Bezugszeichen 2 ein Außenan­ schlusselement, das Bezugszeichen 3 eine Kontaktanschlussflä­ che eines Systemträgers, das Bezugszeichen 4 einen Systemträ­ ger, das Bezugszeichen 6 Kapillarelemente, das Bezugszeichen 7 herausragende Enden der Kapillarelemente und das Bezugszei­ chen 8 kapillar wirkende Saugöffnungen. Mit dem Bezugszeichen 9 werden vertikale Kontaktelemente, dem Bezugszeichen 10 ein Kapillarspalt, dem Bezugszeichen 12 ein kapillar wirkender Abstand, mit Bezugszeichen 13 die Bauteiloberfläche und mit Bezugszeichen 14 eine Lötbrücke bezeichnet. Zusätzlich zu dem elektronischen Bauteil 1 wird in Fig. 1 eine Leiterplatte 15 mit Lötflächen 17, auf denen ein Lötmaterial 18 angeordnet ist, gezeigt.
In dieser Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 weist das elektronische Bauteil 1 Außenanschlusselemente 2 auf, die vertikale Kontaktelemente symbolisieren. Andererseits ist es auch möglich, derartige Außenanschlusselemente 2 durch ein U- förmiges Falten eines flachen Außenanschlusselementes 2 zu erreichen. Jedes Außenanschlusselement weist nach Fig. 1 zwei Schenkel 20, 21 und 22, 23 auf, zwischen denen ein ka­ pillar wirkender Abstand 12 angeordnet ist.
Neben zwei flachen Außenanschlusselementen 2 symbolisiert Fig. 1 den Querschnitt durch einen Hohlstift, der einen nicht gezeigten rechteckförmigen, ovalen oder runden Querschnitt aufweisen kann.
Das kapillar wirkende Außenanschlusselement 2, im folgenden Kapillarelement 6 genannt, weist an seinem herausragenden En­ de eine kapillar wirkende Saugöffnung 8 auf. Wird eine derar­ tige Öffnung in einen Löttropfen, der senkrecht nach unten hängt, eingetaucht, so bleibt aufgrund der Kapillarwirkung des Kapillarelementes das Bauteil an dem Löttropfen hängen und kann nur bei Überwindung der Kapillarkraft und der Adhä­ sionskraft aus der hängenden Position befreit werden.
Somit zeigt die erste Ausführungsform der Erfindung bereits den positiven Effekt, der durch ein erfindungsgemäß gestalte­ tes Bauelement erreichbar ist. Dieser Effekt besteht darin, dass auf der Unterseite 24 einer Leiterplatte 15 erfindungs­ gemäße Bauelemente angeordnet werden können, ohne dass sie von der Leiterplattenunterseite 24 herunterfallen. Dazu wird das Lötmaterial 18 auf der Lötfläche 17 der Leiterplatte 15 geschmolzen und das erfindungsgemäße elektronische Bauteil mit der kapillar wirkenden Öffnung seiner Kapillarelemente in das flüssige Lötmaterial eingetaucht und aufgrund der Kapil­ larkraft in der hängenden Position auf der Unterseite 24 der Leiterplatte 15 wie in Fig. 1 gezeigt gehalten. Demnach kann die Leiterplatte 15 ohne Gefahr, dass die unten anhängenden Bauteile herunterfallen, beidseitig bestückt werden. Dazu muss der kapillar wirkende Abstand 12 auf das Lötmaterial und auf die benetzenden Eigenschaften der Oberfläche des Kapilla­ relementes 6 abgestimmt sein.
Nach einem Erstarren des Lötmaterials wird ein weiterer Vor­ teil des erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils offen­ sichtlich, nämlich, dass der elektrische Kontakt sowohl me­ chanisch verstärkt als auch elektrisch verbessert wird, da nicht mehr die im Querschnitt begrenzten Außenanschlusselemente die mechanische Festigkeit und den elektrischen Wider­ stand bestimmen, sondern die durch die Kapillarwirkung ent­ standene Lötsäule sowohl den elektrischen Widerstand vermin­ dert als auch die mechanische Festigkeit erhöht. Somit sind die Außenanschlusselemente vor einem Abscheren oder vor einer Beschädigung durch Kompression geschützt.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Kom­ ponenten in Fig. 2, die gleiche Funktionen wie in Fig. 1 erfüllen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass eine Erläuterung entfällt. In Fig. 2 ist ein elektronisches Bauteil mit einem Kunststoffgehäuse 19 gezeigt, das Kapilla­ relemente 6 aus vertikalen Kontaktelemente 9 aufweist. Die Kapillarwirkung wird in dieser Ausführungsform verstärkt durch die Neigung der Außenanschlusselemente um den Winkel α zur Bauteiloberfläche 13. Damit wird bei gleichem Abstand zwischen einer Leiterplatte 15 und dem elektronischen Bauteil 1 die kapillar wirkende Fläche in dem Kapillarelement vergrö­ ßert. Eine derartige Vergrößerung kann dann sinnvoll einge­ setzt werden, wenn das Gesamtgewicht des elektronischen Bau­ teils 1 größer wird. Darüber hinaus zeigt die Ausführungsform nach Fig. 2 gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 den Vorteil, dass durch die Neigung der Außenanschlusselemente die Belastung des elektronischen Bauteils 1 beim Annähern an die Leiterplatte 15 geringer ist, da die geneigten Außenan­ schlusselemente elastisch nachgeben können.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Kom­ ponenten in Fig. 3, die gleiche Funktionen wie in Fig. 1 oder 2 erfüllen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass eine Erläuterung entfällt. Die Außenanschlusselemente 2 sind in dieser Ausführungsform Kontakthöcker 25, 26, 27, 28. Die Kontakthöcker 25, 26, 27, 28 sind paarweise zu Zwillings­ höckern 11 angeordnet. Derartige Höcker können unmittelbar auf einem Halbleiterchip 16 ausgebildet sein. Um Zwillings­ höcker darzustellen, müssen lediglich in einem kapillar wir­ kenden Abstand 12 zwei Höcker auf entsprechenden Kontaktflächen 29, 30, 31, 32 eines Chips angeordnet werden. Sobald die Spitzen 33, 34, 35, 36 der Kontakthöcker 25, 26, 27, 28 das geschmolzene Lötmaterial 18 auf den Lötflächen 17 auf der Un­ terseite 24 der Leiterplatte 15 berühren, wird die Kapillar­ kraft des kapillar wirkenden Abstandes zwischen den Zwil­ lingshöckern 11 wirksam und hält den Halbleiterchip 16 in hängender Position auf der Unterseite 24 der Leiterplatte 15. Diese Ausführungsform der Erfindung wird dann angewandt, wenn ein Halbleiterchip unmittelbar mit seinen Kontakthöckern auf der Unterseite 24 einer Leiterplatte 15 bei beidseitiger Be­ stückung der Leiterplatte 15 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste
1
elektronisches Bauteil
2
Außenanschlusselemente
3
Kontaktanschlussfläche
4
Systemträger
5
Chip
6
Kapillarelement
7
herausragendes Ende des Kapillarelementes
8
Saugöffnung
9
vertikale Kontaktelemente zweifach oder mehrfach eng angeordnet
10
Kapillarspalt
11
Zwillingshöcker
12
kapillar wirkender Abstand
13
Bauteiloberfläche
14
Lötbrücke
15
Leiterplatte
16
Halbleiterchip
17
Lötflächen
18
Lötmaterial
19, 20, 21, Gehäuse
22
,
23
Schenkel
24, 25, 26, Unterseite
27, 28, 29, 30, Kontakthöcker
31, 32, 33, 34, Kontaktflächen eines Chips
35
,
36
Spitzen der Kontakthöcker

Claims (19)

1. Elektronisches Bauteil (1) mit Außenanschlusselementen (2), die mit Kontaktanschlussflächen (3) eines Systemträ­ gers (4) oder mit Kontaktflächen (31, 32, 33, 34) eines Chips (5) verbunden sind, wobei mindestens ein Außenan­ schlusselement (2) als ein Kapillarelement (6) ausgebil­ det ist, das aus dem elektronischen Bauteil (1) heraus­ ragt und an seinem herausragenden Ende (7) eine kapillar wirkende Saugöffnung (8) aufweist.
2. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kapillar wirkende Saugöffnung (8) als Kapillarschlitz ausgebildet ist.
3. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kapillar wirkende Saugöffnung (8) als Ring ausgebil­ det ist.
4. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarelement (6) einen hohlen längsgeschnittenen Kontaktstift aufweist.
5. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarelement (6) einen längsgeschnitzten flachen Kontaktstift aufweist.
6. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarelement (6) zwei oder mehr angeordnete verti­ kale Kontaktelemente (9) aufweist.
7. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Kontaktelemente (9) zu der Bauteiloberflä­ che (13) eine Neigung unter einem Winkel (α) aufweisen.
8. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil (1) ein Kunststoffgehäuse (19) aufweist, aus dem das Kapillarelement (6) herausragt.
9. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil (1) in seinem Gehäuse einen Sy­ stemträger (4) aufweist, der mindestens ein Kapillarele­ ment (6) trägt und mindestens einen Halbleiterchip (16) mit einer integrierten Schaltung aufweist.
10. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarelement (6) Zwillingshöcker (11) aufweist, die in einem kapillar wirkenden Abstand (12) voneinander angeordnet sind.
11. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwillingshöcker (11) unmittelbar auf Kontaktflächen eines Chips (5) angeordnet sind.
12. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil (1) einen Halbleiterchip (16) mit Zwillingshöckern (11) aufweist.
13. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Bauteil (1) über eine Lotbrücke (16) zwi­ schen dem Kapillarelement (6) und einer Leiterplatte (15) auf dieser verankert und/oder mit ihr elektrisch verbun­ den ist.
14. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem elektronischen Bauteil (1) zu verbindende Leiterplatte (15) eine mehrschichtige, beidseitig be­ stückte Leiterplatte mit Leiterbahnen aus einer Kupferle­ gierung ist.
15. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarelement (6) einer Oberflächenbeschichtung zur Erhöhung der Benetzungsfähigkeit für geschmolzenes Lot aufweist.
16. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarelement (6) mit einer Nickel-Gold-Legierung beschichtet ist.
17. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kapillar wirkende Saugöffnung (8) eine Öffnungsweite zwischen 50 µm und 500 µm aufweist.
18. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der kapillar wirkende Schlitz eine Schlitzbreite zwischen 50 µm und 500 µm aufweist.
19. Verfahren zur elektrischen Verbindung und/oder zur Fixie­ rung eines elektronischen Bauteils (1) und einer Leiter­ platte (15), das folgende Verfahrensschritte aufweist:
  • - Bestücken des elektronischen Bauteils (1) mit minde­ stens einem Kapillarelement (6), das eine kapillar wirkende Saugöffnung (8) aufweist und aus dem elek­ tronischen Bauteil (1) herausragt,
    • - selektives Beschichten einer Leiterplatte (15) mit einem benetzenden Material auf vorbestimmten Flächen (17)
    • - Erwärmen des Materials auf seine Schmelztemperatur,
    • - Positionieren und Ausrichten mindestens eines elek­ tronischen Bauteils (1) auf der Unterseite (24) der Leiterplatte (15) unter
    • - Eintauchen des Kapillarelementes (6) in das geschmol­ zene Material und
    • - Ausbilden eines flächigen Kontaktes in dem Kapilla­ relement (6) und auf der Leiterplatte (15) unter gleichzeitiger Erstarrung des Materials.
    • - Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Kapillarelementes (6) mit einer be­ netzungsfördernden Schicht beschichtet werden.
    • - Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die benetzungsfördernde Schicht mittels Aufdampftechnik aufgebracht wird.
    • - Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die benetzungsfördernde Schicht mittels Sputtertechnik aufgebracht wird.
    • - Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die benetzungsfördernde Schicht mittels stromloser Me­ tallabscheidung aus einem Lösungsmittel aufgebracht wird.
    • - Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die benetzungsfördernde Schicht mittels galvanischer Pla­ tierung aufgebracht wird.
    • - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die kapillar wirkende Saugöffnung (8) durch Mehrfachfal­ tung eines flachen Außenanschlusselementes (2) herge­ stellt wird.
    • - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die kapillar wirkende Öffnung (8) durch Ausstanzen von Längsschlitzen in einem flachen Außenanschlusselement (8) hergestellt wird.
    • - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapillarelement (6) in Form eines Hohlstiftes mit Längsschlitz durch Rundformen eines flachen Außenan­ schlusselementes (2) hergestellt wird.
    • - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abflachen eines runden längsgeschlitzten Kapilla­ relementes (6) eine kapillar wirkende Saugöffnung (8) mit einem ovalem bis rechteckigen Querschnitt durch Zusammen­ drücken runden Stiftes hergestellt wird.
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