DE102011075009B4 - Auf einem Träger angeordnete Kontaktfläche zur Verbindung mit einer auf einem weiteren Träger angeordneten Gegenkontaktfläche - Google Patents

Auf einem Träger angeordnete Kontaktfläche zur Verbindung mit einer auf einem weiteren Träger angeordneten Gegenkontaktfläche Download PDF

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Abstract

Auf einem Träger (1) angeordnete Kontaktfläche (2) zur Verbindung mit einer Gegenkontaktfläche (4) auf einem weiteren Träger (3) mittels eines leitende Partikel (6) enthaltenden Klebemittels (5), dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktfläche (2) von einer Hauptoberfläche zur gegenüberliegenden Hauptoberfläche sich erstreckende Bohrungen (15) aufweist, deren Durchmesser in zumindest einer Richtung etwa gleich oder geringer ist als der mittlere Durchmesser der leitenden Partikel (6) und
dass im Träger (1) unterhalb der Kontaktfläche (2) ein Hohlraum (11) ausgebildet ist.

Description

  • Elektrische und/oder elektronische Bauelemente jeglicher Art werden zur Verwendung in elektrischen und/oder elektronischen Geräten zumeist auf Leiterplatten nicht nur mechanisch fixiert, sondern auch elektrisch mit auf den Träger angeordneten Leiterbahnen verbunden. Hierfür sind häufig spezielle Kontaktflächen vorgesehen. Eine besonders einfache Montage, bei der nicht nur eine mechanische Fixierung, sondern ebenfalls die elektrische Verbindung in einem Schritt erfolgen kann, ist die Verbindung des Bauelements mit der Kontaktfläche des Trägers mittels eines Leitklebers, häufig einer Anisotropenleitpaste. Diese ist häufig mit einem aushärtbaren Harz gebildet, in dem leitfähige Partikel gleicher oder auch unterschiedlicher Größe und Form enthalten sind.
  • Bei der Herstellung der Verbindung wird, wie in der 1 schematisch dargestellt ist, das leitfähige Klebemittel 5 auf dem Träger 1 die dort angeordnete Kontaktfläche 2 bedeckend aufgebracht. Stellvertretend für ein Bauelement ist in der 1 angedeutet, dass ein weiterer Träger 3, der die Gegenkontaktfläche 4 aufweist, auf das Klebemittel 5 aufgesetzt wird und - angedeutet durch einen senkrechten Pfeil 8 - aufgedrückt wird, um die Kontaktfläche 2 und die Gegenkontaktfläche 4 soweit zueinander zu bringen, dass durch die sich zwischen ihnen befindenden leitenden Partikel 6 ein elektrischer Kontakt zustande kommt. Durch die waagerechten Pfeile 9, 9' ist angedeutet, wie durch das Zusammenfügen des Trägers 1 und des weiteren Trägers 3 das Klebemittel 5 von den Kontaktflächen 2, 4 weggedrückt wird. Hierbei wird jedoch zumeist nicht nur das Bindemittel, beispielsweise das Harz des Klebemittels 5, weggedrückt, sondern ebenfalls die darin enthaltenen leitenden Partikel 6, so dass die Anzahl der sich zwischen den Kontaktflächen 2, 4 befindenden leitenden Partikel 6 und damit die Leitfähigkeit der Verbindung zwischen der Kontaktfläche 2 und der Gegenkontaktfläche 4 statistisch verteilt ist und nicht genau vorhergesagt werden kann.
  • Um dieses Problem zu vermeiden wird häufig auf Metallverbindungen zurückgegriffen, wie z.B. Lot in Verbindung mit einem sogenannten Underfiller. Diese Verbindungstechniken sind oftmals aufwändiger und damit teurer und/oder entsprechen nicht den Einsatzbedingungen.
  • Die EP 0 330 452 A2 offenbart ein Selbstklebeband umfassend einen Träger mit einer Klebstoffschicht von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke, in der in einem vorbestimmten Muster seitlich voneinander beabstandete, elektrisch leitende, gleichachsige Teilchen von im wesentlichen einheitlichem Durchmesser, der in etwa gleich groß ist wie oder etwas größer als die Dicke des Klebstoffs, einzeln angeordnet sind, so dass die Klebstoffschicht durch ihre gesamte Dicke hindurch elektrisch leitend wird und seitlich elektrisch isoliert, und bei der die Teilchen eine Knoop-Härte von mindestens 300 besitzen, so dass dann, wenn Substrate, die elektrisch leitende Elemente enthalten, mit einem Stück Band zusammengeklebt werden, die Teilchen unter dem normalen Druck der Hand jene Elemente durchdringen. Dient dieses Klebeband dazu, zwei Gruppen winziger Metallelektroden oder Kontaktstellen elektrisch miteinander zu verbinden, die sich etwas über die benachbarten Flächen erheben, kann das Aufbringen von normalem Druck mit der Hand dazu führen, dass der Klebstoff in die Vertiefungen zwischen den Elektroden fließt und es damit zulässt, dass die Durchmesser der Teilchen etwas geringer sind als die ursprüngliche Dicke der Klebstoffschicht.
  • Die US 5 019 944 A offenbart die Verbindung von auf einem Substrat angordneten Kontaktflächen mit Anschlüssen von Bauteilen mittels eines Klebebandes, wobei auf den Kontaktflächen durch Elektrodeposition aufgebrachte Ausblühungen zur besseren Kontaktierung vorgesehen sind.
  • Die US 6 579 744 B1 lehrt die Verbindung zweier auf unterschiedlichen Substraten angeordneten Kontaktflächen mittels eines leitende Partikel enthaltenden Klebemittels, wobei die Kontaktflächen je eine konvexe bzw. dazu passende konkave Form haben können.
  • Die US 2001 / 0 008 169 A1 offenbart ebenfalls die Verbindung zweier Kontaktflächen mittels eines leitende Partikel enthaltenden Klebebandes.
  • Die US 7 394 659 B2 offenbart, Bohrungen und Hohlräume unter Klebeflächen von Halbleiterchips vorzusehen, die den Klebstoff gegebenenfalls aufnehmen können.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung der Leitfähigkeit einer Verbindung zweier Kontaktflächen mittels eines leitfähigen Klebers herbeizuführen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch auf einen Träger angeordnete Kontaktflächen gemäß der Ansprüche 1, und 3. Eine vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.
  • Demnach weist eine auf einem Träger angeordnete Kontaktfläche zur Verbindung mit einer Gegenkontaktfläche auf einem weiteren Träger mittels eines leitende Partikel enthaltenden Klebemittels, von einer Hauptoberfläche zur gegenüberliegenden Hauptoberfläche sich erstreckende Bohrungen auf, deren Durchmesser in zumindest einer Richtung etwa gleich oder geringer ist als der mittlere Durchmesser der leitenden Partikel, wobei im Träger unterhalb der Kontaktfläche ein Hohlraum ausgebildet ist, der gegebenenfalls in einer Weiterbildung über einen im Träger ausgebildeten Kanal mit einer Außenseite des Trägers verbunden ist. Unter Bohrung soll dabei jede Art von Ausnehmung verstanden werden, die nicht nur durch Bohren entstehen kann.
  • Eine alternative Kontaktfläche weist eine Rasenstruktur bildende Anformungen auf, deren Abstände zueinander in zumindest einer Richtung etwa gleich oder geringer sind als der mittlere Durchmesser der leitenden Partikel. Hierdurch werden beim Zusammenfügen des Trägers und des weiteren Trägers bzw. der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche das Klebemittel mit den leitenden Partikeln in diese, eine Rasenstruktur bildende Anformungen gedrückt, wobei das Bindemittel des Klebemittels nach Außen abfließen kann, während die leitenden Partikel in dieser Struktur hängen bleiben.
  • Dieser Effekt kann durch die Wahl der Form der leitenden Partikel begünstigt werden. So können die leitenden Partikel beispielsweise eine Haken- oder Sternform aufweisen.
  • Durch diese Maßnahmen, die sowohl einzeln, als auch in Kombination vorgesehen sein können, wird erreicht, dass eine genügend hohe Anzahl leitender Partikel zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche verbleibt, so dass ein guter elektrischer Kontakt zustande kommt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1 eine Verbindung einer auf einem Träger angeordneten Kontaktfläche mit einer auf einem weiteren Träger angeordneten Gegenkontaktfläche mittels eines leitende Partikel enthaltenden Klebemittels gemäß dem Stand der Technik,
    • 2 Eine Ausbildung einer Kontaktfläche zur Verbindung mit einer Gegenkontaktfläche nach dem Stand der Technik,
    • 3 Eine Ausbildung einer Kontaktfläche zur Verbindung mit einer Gegenkontaktfläche nach einer ersten Ausführung der Erfindung,
    • 4 Eine Ausbildung einer Kontaktfläche zur Verbindung mit einer Gegenkontaktfläche nach einer zweiten Ausführung der Erfindung,
    • 5 Eine Vorrichtung mit einer Kontaktfläche und einer strukturierten Gegenkontaktfläche.
  • In der nachfolgenden Beschreibung der 2 bis 5 sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • 2 zeigt einen Träger 1 auf dem eine Kontaktfläche 2 angeordnet ist, wobei diese metallische Kontaktfläche 2 beispielsweise durch Aufbringen eines Lotes oder durch Ätzen aus einer Kupferkaschierung oder mittels anderer herkömmlicher Verfahren hergestellt sein kann. Auf die Kontaktfläche 2 ist ein leitende Partikel 6 aufweisendes Klebemittel 5 aufgebracht. Durch Zusammenfügen der Kontaktfläche 2 auf dem Träger 1 mit einer Gegenkontaktfläche 4 auf einem weiteren Träger 3, was durch einen senkrechen Pfeil 8 schematisch dargestellt ist, wird das Klebemittel 5 - dargestellt durch waagrechte Pfeile 9, 9' - seitlich weggedrückt.
  • Um ein Wegfließen der im Klebemittel 5 enthaltenen leitenden Partikel 6 zu minimieren, sind in der Kontaktfläche 2 Vertiefungen 7 - im dargestellten Beispiel der 2 senkrecht zueinander verlaufende Vertiefungen - vorgesehen, deren Breite in vorteilhafter Weise geringer oder nahezu gleich dem mittleren Durchmesser der leitenden Partikel 6 ist, so dass das Klebemittel 5 in die Vertiefungen hineingedrückt wird und dort abfließen kann, während die leitenden Partikel 6 darin festgehalten und verdichtet werden. Auf diese Weise kann ein großflächiger guter elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktfläche 2 und der Gegenkontaktfläche 4 entstehen, da ausreichend viele leitende Partikel 6 zwischen den Kontaktflächen 2, 4 verbleiben.
  • Die Kontaktfläche 2 und ebenfalls auch die Gegenkontaktfläche 4 sind so gestaltet, dass sich in ihrer Mitte eine Mulde ergibt, indem die Oberfläche verlaufend von einem ersten Rand 10 zum gegenüber liegenden Rand 10' und gegebenenfalls auch von einem senkrecht zum ersten Rand 10 verlaufenden zweiten Rand 10" zu diesem gegenüber liegenden Rand konkav ausgebildet ist. Hierdurch werden zusätzlich zu den Vertiefungen 7 leitende Partikel 6 zwischen den Kontaktfläche 2, 4 beim Zusammenfügen der beiden Träger 1, 3 festgehalten.
  • Die 3 zeigt, dass unterhalb der Kontaktfläche 2 ein Hohlraum 11 im Träger 1 ausgebildet ist, in den das Bindemittel des Klebemittels 5 durch Bohrungen 15 in der Kontaktfläche 2 gedrückt wird, wobei die Bohrungen vorteilhafterweise einen Durchmesser aufweisen, der zumindest in einer Richtung etwa gleich oder geringer ist, als der mittlere Durchmesser der leitenden Partikel 6, so dass diese nicht in den Hohlraum gedrückt werden, sondern sich an der Oberfläche der Kontaktfläche 2 ansammeln können. In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Hohlraum 11 über einen Kanal 12 mit der Oberfläche des Trägers 1 verbunden sein, so dass das Bindemittel des Klebemittels 5 nach Außen geführt werden kann.
  • In vorteilhafter Weise können neben den Bohrungen 15 gleichfalls die beschriebenen Vertiefungen 7 vorgesehen sein. Außerdem kann es von Vorteil sein, ebenfalls die muldenförmige Ausgestaltung der Oberfläche der Kontaktfläche 2 und gegebenenfalls der Kontaktfläche 4 vorzunehmen.
  • Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausbildung einer auf einem Träger 1 angeordneten Kontaktfläche 2, die hier auf der Oberfläche der Kontaktfläche 2 angeordnete Anformungen 13 aufweist, die in der Art beabstandet voneinander angeordnet sind, dass zwar das Bindemittel des Klebemittels 5 frei abfließen kann, jedoch ausreichend viele leitende Partikel 6 von den Anformungen 13 festgehalten werden, so dass es sich zwischen der Kontaktfläche 2 und der Gegenkontaktfläche 4 beim Zusammenfügen des Trägers 1 und des weiteren Trägers 3 konzentrieren. Die Anformungen 13 können dabei jegliche Form aufweisen und können einstückig mit der Kontaktfläche ausgeführt sein oder aber auch nachträglich auf dieser befestigt worden sein.
  • Gemäß 5 ist die Oberflächenstruktur 14 der Gegenkontaktfläche 4 derart gestaltet, dass sie dazu beiträgt, die leitenden Partikel 6 zwischen der Kontaktfläche 2 und der Gegenkontaktfläche 4 festzuhalten. Sie kann dabei entweder eine entsprechende Rauhigkeit oder Welligkeit aufweisen, aber auch konkav ausgebildet sein oder ebenfalls eine Rasenstruktur bildende Anformungen aufweisen.
  • Durch die erfindungsgemäßen Kontaktflächengestaltungen ist es auf einfache Weise möglich, gute Verbindungen mittels eines Klebemittels - beispielsweise eines Anisotropenleitklebers - bei guter und reproduzierbarer Leitfähigkeit herzustellen. Die Oberflächenstrukturen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche können sowohl mit mechanischen als auch mit chemischen Verfahren erzeugt werden. Durch eine geeignete Wahl der Form der leitenden Partikel - beispielsweise eine Haken- oder Sternform - können sich diese leicht in der Oberflächenstruktur, insbesondere der Rasenstruktur, der Kontaktfläche und ggf. der Gegenkontaktfläche verfangen.

Claims (3)

  1. Auf einem Träger (1) angeordnete Kontaktfläche (2) zur Verbindung mit einer Gegenkontaktfläche (4) auf einem weiteren Träger (3) mittels eines leitende Partikel (6) enthaltenden Klebemittels (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (2) von einer Hauptoberfläche zur gegenüberliegenden Hauptoberfläche sich erstreckende Bohrungen (15) aufweist, deren Durchmesser in zumindest einer Richtung etwa gleich oder geringer ist als der mittlere Durchmesser der leitenden Partikel (6) und dass im Träger (1) unterhalb der Kontaktfläche (2) ein Hohlraum (11) ausgebildet ist.
  2. Kontaktfläche (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (11) über einen im Träger (1) ausgebildeten Kanal (12) mit einer Außenseite des Trägers (1) verbunden ist.
  3. Auf einem Träger (1) angeordnete Kontaktfläche (2) zur Verbindung mit einer Gegenkontaktfläche (4) auf einem weiteren Träger (3) mittels eines leitende Partikel (6) enthaltenden Klebemittels (5), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kontaktfläche (2) eine Rasenstruktur bildende Anformungen (13) ausgebildet sind, deren Abstände zueinander in zumindest einer Richtung etwa gleich oder geringer sind als der mittlere Durchmesser der leitenden Partikel (6).
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