DE102011083423A1 - Contact spring assembly and method of making the same - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Kontaktfederanordnung angegeben mit einem Substrat (100) mit mindestens einer Kontaktfläche (130), einem Federelement (200) auf dem Substrat (100), und einem Leitungselement (300), das an der ersten Kontaktfläche (130) und über dem Federelement (200) angeordnet ist.The invention relates to a contact spring arrangement comprising a substrate (100) having at least one contact surface (130), a spring element (200) on the substrate (100), and a conduction element (300) attached to the first contact surface (130) and over the spring element (200) is arranged.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktfederanordnung sowie Verfahren zur Herstellung einer Kontaktfederanordnung. The present invention relates to a contact spring arrangement and to methods for producing a contact spring arrangement.
Zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Kontaktes zwischen mehreren elektronischen Modulen und/oder Leiterplatten wird häufig eine Kontaktfederanordnung mit einem Federkontakt verwendet. Die Kontaktfederanordnung wird in eine dafür vorgesehene Kontaktaufnahme eingeschoben. Hierbei wird der Federkontakt elastisch verformt und es kommt zu einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen Kontaktaufnahme und Federkontakt. Zum Unterbrechen des Kontaktes kann die Kontaktfederanordnung zerstörungsfrei aus der Kontaktaufnahme herausgezogen werden. For producing an electrically conductive contact between a plurality of electronic modules and / or printed circuit boards, a contact spring arrangement with a spring contact is frequently used. The contact spring assembly is inserted into a designated contact. Here, the spring contact is elastically deformed and there is a frictional connection between contact and spring contact. To interrupt the contact, the contact spring assembly can be pulled out of the contact nondestructive.
Als Kontaktfederanordnung werden bislang Kontaktfedern in Form von vorgefertigten Kontaktlamellen verwendet, die auf Bändern angeordnet sind. Herkömmlicherweise sind die Kontaktlamellen als Drehfedern oder als Blattfeder-Lamellen ausgebildet. Die Kontaktlamellen sind hierbei aus Metall, häufig aus federelastischem Metall hergestellt. Aufgrund der verwendeten Materialien sind solche Lamellenbänder sehr aufwendig in der Herstellung. Zudem weisen die Kontaktlamellen häufig nur eine geringe Stromtragfähigkeit auf. As a contact spring arrangement so far contact springs are used in the form of prefabricated contact blades, which are arranged on bands. Conventionally, the contact blades are designed as torsion springs or leaf spring blades. The contact blades are made of metal, often made of resilient metal. Due to the materials used such lamellar bands are very expensive to manufacture. In addition, the contact blades often have only a low current carrying capacity.
Die Kontaktlamellen werden mittels einer Kontaktschiene auf dem Modul bzw. der Leiterplatte befestigt. Diese Montage erfordert zusätzliche Arbeitsschritte. The contact blades are fastened by means of a contact rail on the module or the circuit board. This assembly requires additional work steps.
Folglich ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kontaktfederanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben anzugeben, die einfach und kostengünstig in der Herstellung und Verwendung sind. Consequently, it is an object of the invention to provide a contact spring assembly and a method for producing the same, which are simple and inexpensive to manufacture and use.
Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. This object is achieved with regard to the device by the features specified in claim 1.
Demnach wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Kontaktfederanordnung gelöst mit einem Substrat mit mindestens einer Kontaktfläche, einem Federelement, das auf dem Substrat angeordnet ist und einem Leitungselement, das an der mindestens einen Kontaktfläche und über dem Federelement angeordnet ist. Accordingly, the object of the invention is achieved by a contact spring arrangement having a substrate with at least one contact surface, a spring element which is arranged on the substrate and a line element which is arranged on the at least one contact surface and on the spring element.
Als Substrat können beliebige Schaltungsträger auf organischer und anorganischer Basis verwendet werden, wie z.B. Leiterplatten (PCB, Printed Circuit Board) oder keramische Substrate (DCB, Direct Copper Bond), IM (Insulated Metal)-, HTCC (High Temperature Cofired Ceramics)- und LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics)-Substrate. As the substrate, any organic and inorganic based circuit carriers may be used, e.g. Circuit boards (PCBs) or ceramic substrates (DCB, Direct Copper Bond), IM (Insulated Metal), HTCC (High Temperature Cofired Ceramics) and LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) substrates.
Die Kontaktfläche ist an einer Oberfläche des Substrats an einer elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildet, z.B. an einer Kupferschicht. Üblicherweise umfasst das Substrat mehrere Kontaktflächen, mit denen z.B. auf dem Substrat angeordnete Halbleiterbauelemente elektrisch leitfähig verbunden sein können. The contact surface is formed on a surface of the substrate on an electrically conductive layer, e.g. on a copper layer. Usually, the substrate comprises a plurality of contact surfaces, with which e.g. arranged on the substrate semiconductor devices may be electrically conductively connected.
Das Federelement hat die Fähigkeit sich unter einer mechanischen Belastung elastisch zu verformen und nach Entfernen der mechanischen Belastung in seine Ausgangsform zurückzukehren. Das Federelement ist insbesondere geeignet um Energie, die durch Druckkräfte eingebracht wird, vorübergehend als Formänderungsenergie zu speichern und die gespeicherte Energie nach Wegfall der Druckkräfte wieder an die Umgebung abzugeben. The spring element has the ability to elastically deform under a mechanical load and to return to its original shape after removal of the mechanical stress. The spring element is particularly suitable for temporarily storing energy which is introduced by compressive forces as strain energy and for returning the stored energy to the environment after the pressure forces have been removed.
In einer besonderen Ausgestaltung besteht das Federelement aus mindestens einem elastischen Material, d. h. einem Material, das nach einer Verformung durch Stauchung wieder in die Ausgangsform zurückkehrt. Beispiele für mögliche elastische Materialien sind Elastomere, sowie insbesondere hinsichtlich ihrer Isoliereigenschaften modifizierte Polymere und Kautschuke. Beispielsweise können Siliconpolymere, wie sie z.B. unter der Bezeichnung „Elastosil“ von Wacker Chemie vertrieben werden oder Polymerfilme, wie z.B. TSA-15 von Toray verwendet werden. Beispielsweise können gummielastische Materialien verwendet werden, also Materialien mit weitmaschig vernetzten Makromolekülketten. Als elastische Materialien können beispielsweise Materialien mit einem Elastizitätsmodul E von 100.000N/m2 (1E5 Newton/Quadratmeter) bis 500.000.000 N/m2 (5E8 N/m2) und insbesondere mit einem Elastizitätsmodul E von z.B. 1E6 N/m2 bis 1E7 N/m2 verwendet werden. Die Verwendung elastischer Materialien ermöglicht es, die Funktionalität des Federelements bereits durch die Materialwahl zu erreichen. Das Federelement kann als elastische Erhebung über dem Substrat ausgebildet sein. Das Federelement hat eine Höhe senkrecht zur Substratoberfläche, eine Breite in Längsrichtung des Leitungselements und eine Länge quer zur Längsrichtung des Leitungselements. Das Federelement kann beispielsweise eine Höhe über dem Substrat von 10 Mikrometer (µm) bis 2 Millimeter (mm) haben, und hat vorzugsweise eine Höhe von 100 µm bis 1 mm. Eine aufwändige geometrische Gestaltung des Federelements ist nicht notwendig. In a particular embodiment, the spring element consists of at least one elastic material, ie a material which returns after deformation by compression back into the original shape. Examples of possible elastic materials are elastomers, and in particular polymers and rubbers modified with regard to their insulating properties. For example, silicone polymers, such as those sold under the name "Elastosil" by Wacker Chemie, or polymer films, such as, for example, TSA-15 from Toray can be used. For example, elastomeric materials can be used, so materials with weitmaschig cross-linked macromolecule chains. As elastic materials, for example, materials with a modulus of elasticity E of 100,000N / m 2 (1E5 Newton / square meter) to 500,000,000 N / m 2 (5E8 N / m 2 ) and in particular with a modulus of elasticity E of eg 1E6 N / m 2 to 1E7 N / m 2 are used. The use of elastic materials makes it possible to achieve the functionality of the spring element already by the choice of material. The spring element may be formed as an elastic elevation over the substrate. The spring element has a height perpendicular to the substrate surface, a width in the longitudinal direction of the conduit member and a length transverse to the longitudinal direction of the conduit member. For example, the spring element may have a height above the substrate of 10 microns (μm) to 2 millimeters (mm), and preferably has a height of 100 μm to 1 mm. An elaborate geometric design of the spring element is not necessary.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht das Federelement aus elektrisch isolierendem Material. Somit kann das Federelement auch über Bereichen des Substrats angeordnet werden, in denen Leitbahnstrukturen ausgebildet sind. In a further embodiment, the spring element consists of electrically insulating material. Thus, the spring element can also be arranged over regions of the substrate in which conductive track structures are formed.
In einer weiteren Ausgestaltung hat das Federelement eine Oberseite, die im Querschnitt einen bogenförmigen Verlauf aufweist, d. h. die Höhe des Federelements nimmt von den Randbereichen zu dem mittleren Bereich des Querschnitts stetig zu. Insbesondere kann die Oberseite des Federelements im Querschnitt betrachtet zumindest in dem mittleren Bereich konvex geformt sein. Die Oberseite ist hierbei die dem Substrat abgewandte Seite des Federelements. Der bogenförmige Verlauf sorgt für einen räumlich definierten Kontakt zwischen Kontaktfederanordnung und Kontaktaufnahme im verbauten Zustand sowie für einen progressiven Verlauf der Federkraft in Abhängigkeit vom Federweg, d. h. mit zunehmendem Federweg nimmt die Federkraft zu. In a further embodiment, the spring element has an upper side, which has an arcuate profile in cross section, ie the height of the spring element increases steadily from the edge regions to the central region of the cross section. In particular, viewed in cross-section, the upper side of the spring element can be shaped convexly, at least in the middle region. The upper side is in this case the side of the spring element facing away from the substrate. The arcuate profile provides a spatially defined contact between contact spring assembly and contact in the installed state and for a progressive course of the spring force as a function of travel, ie with increasing spring travel, the spring force increases.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Federelement eine Breite auf, die sich mit zunehmendem Abstand vom Substrat stufenförmig verringert. Hierdurch kann eine vom Federweg weitgehend konstante Federkraft erzielt werden. In a further embodiment, the spring element has a width which decreases stepwise with increasing distance from the substrate. As a result, a spring force largely constant spring force can be achieved.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Federelement zumindest eine erste Materialschicht und eine über der ersten Materialschicht angeordnete zweite Materialschicht auf. Alternativ können auch mehr als zwei, z.B. drei oder vier Materialschichten verwendet werden. Die Materialschichten können beispielsweise aus demselben elastischen Material hergestellt sein oder es können unterschiedliche Materialien verwendet werden. Alternativ kann auch nur eine der Materialschichten aus elastischem Material bestehen und die andere Materialschicht kann aus einem nicht-elastischen Material bestehen. Hierdurch kann eine verbesserte Einstellbarkeit der Federkraft erzielt werden. In a further embodiment, the spring element has at least a first material layer and a second material layer arranged above the first material layer. Alternatively, more than two, e.g. three or four layers of material are used. For example, the material layers may be made of the same elastic material or different materials may be used. Alternatively, only one of the material layers may be made of elastic material and the other material layer may consist of a non-elastic material. As a result, an improved adjustability of the spring force can be achieved.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Kontaktfederanordnung weiterhin einen Halbleiterchip bzw. ein elektronisches Bauelement auf, das auf dem Substrat angeordnet ist, und eine Folienschicht, insbesondere eine elektrisch isolierende Folienschicht, die auf Teilbereichen des Halbleiterchips bzw. des elektrischen Bauelements und auf Teilbereichen des Substrats angeordnet ist. Die erste Materialschicht oder die zweite Materialschicht des Federelements ist hierbei aus der Folienschicht ausgebildet. Die Folienschicht kann aus beliebigen Thermoplasten, Duroplasten und Mischungen davon bestehen. Vorzugsweise wird eine Folienschicht aus einem Kunststoffmaterial auf Polyimid (Pi), Polyethylen(PE)-, Polyphenol-, Polyetheretherketon (PEEK)- und/oder Epoxidbasis verwendet. Die Folie kann zur Verbesserung der Haftung an der Oberfläche eine Klebeschicht aufweisen. Die Folie kann eine Dicke von 10 µm bis 500 µm haben, vorzugsweise beträgt die Dicke der Folie 25 µm bis 150 µm. Die Verwendung gleicher, im Herstellungsprozess bereits benötigter Materialien, bedeutet eine weitere Kostenersparnis. In a further embodiment, the contact spring arrangement further comprises a semiconductor chip or an electronic component which is arranged on the substrate, and a film layer, in particular an electrically insulating film layer, which is arranged on subregions of the semiconductor chip or the electrical component and on subregions of the substrate is. The first material layer or the second material layer of the spring element is in this case formed from the film layer. The film layer may consist of any thermoplastics, thermosets and mixtures thereof. Preferably, a film layer of a plastic material on polyimide (Pi), polyethylene (PE), polyphenol, polyetheretherketone (PEEK) - and / or epoxide-based is used. The film may have an adhesive layer to improve adhesion to the surface. The film may have a thickness of 10 .mu.m to 500 .mu.m, preferably the thickness of the film is 25 .mu.m to 150 .mu.m. The use of the same, already in the manufacturing process required materials, means a further cost savings.
Das voranstehend bereits erwähnte Leitungselement ist das Element der Kontaktfederanordnung, das einen elektrisch leitfähigen Anschluss an die Kontaktflächen des Substrats und – im verbauten Zustand – den elektrischen Kontakt mit der Kontaktaufnahme herstellt. Hierzu ist das Leitungselement aus einem elektrisch leitfähigen Material, z.B. einem Metall ausgebildet. Als Materialien können alle galvanisch abscheidbaren Metalle verwendet werden. Beispielsweise können Kupfer, Kupfer-Legierungen, Aluminium, Aluminium-Legierungen, Nickel, Nickel-Legierungen, Silber, Silber-Legierungen, Titan, Gold, Zinn oder Schichten mehrerer dieser Materialien verwendet werden, wie z.B. eine Schichtenfolge aus Titan/Kupfer/Nickel/ Gold. Das Leitungselement erstreckt sich in seiner Längsrichtung von der Kontaktfläche über das Federelement. The above-mentioned line element is the element of the contact spring arrangement, which produces an electrically conductive connection to the contact surfaces of the substrate and - in the installed state - the electrical contact with the contact. For this purpose, the conducting element is made of an electrically conductive material, e.g. a metal formed. All galvanically depositable metals can be used as materials. For example, copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys, nickel, nickel alloys, silver, silver alloys, titanium, gold, tin, or layers of several of these materials may be used, such as e.g. a layer sequence of titanium / copper / nickel / gold. The conduit element extends in its longitudinal direction from the contact surface via the spring element.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Leitungselement aus mindestens einem Bonddraht ausgebildet. Alternativ kann das Leitungselement auch aus mehreren, also aus zwei oder mehr Bonddrähten ausgebildet sein. Je nach Anzahl der Bonddrähte und der erforderlichen Stromtragfähigkeit der Kontaktfederanordnung kann der Durchmesser des Bonddrahts ausgewählt werden. Beispielsweise können Bonddrähte mit einem Durchmesser von 200 µm bis 300 µm verwendet werden, alternativ können jedoch auch Bonddrähte mit größerem oder kleinerem Durchmesser verwendet werden. According to a further embodiment of the invention, the line element is formed from at least one bonding wire. Alternatively, the line element can also be formed from a plurality of, that is, two or more bonding wires. Depending on the number of bonding wires and the required current carrying capacity of the contact spring arrangement, the diameter of the bonding wire can be selected. For example, bond wires with a diameter of 200 .mu.m to 300 .mu.m can be used, but alternatively bonding wires with a larger or smaller diameter can also be used.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Leitungselement aus mindestens einem Flachband ausgebildet. Alternativ kann das Leitungselement aus zwei oder mehr Flachbändern ausgebildet sein. Das Flachband hat eine Dicke quer zur Substratoberfläche und eine Breite quer zu seiner Längsrichtung. Das Flachband kann beispielsweise eine Dicke quer zur Substratoberfläche von 100 µm bis 300 µm aufweisen, alternativ können jedoch je nach den technischen Anforderungen auch andere Banddicken verwendet werden. Beispielsweise können Kupfer oder Aluminium-Flachbänder verwendet werden. Die Breite des Flachbands kann je nach den technischen Erfordernissen gewählt werden. In a further embodiment of the invention, the conduit element is formed from at least one flat band. Alternatively, the conduit member may be formed of two or more flat belts. The ribbon has a thickness transverse to the substrate surface and a width transverse to its longitudinal direction. The flat strip may have, for example, a thickness transverse to the substrate surface of 100 .mu.m to 300 .mu.m, but alternatively other strip thicknesses may be used, depending on the technical requirements. For example, copper or aluminum ribbon can be used. The width of the flat belt can be selected according to the technical requirements.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Leitungselement ein galvanisch abgeschiedenes Metall. Das galvanisch abgeschiedene Material kann eine Dicke von 30 µm bis 400 µm aufweisen, vorzugsweise kann das galvanisch abgeschiedene Material eine Dicke von 50 µm bis 200 µm aufweisen. Je nach den technischen Anforderungen können jedoch auch andere Dicken verwendet werden. Durch die Verwendung von Materialien, die im Rahmen der Aufbau- und Verbindungstechnik üblich sind, kann eine besonders kostengünstige Kontaktfederanordnung bereitgestellt werden. In a further embodiment, the conduit element comprises a galvanically deposited metal. The electrodeposited material may have a thickness of 30 microns to 400 microns, preferably, the electrodeposited material may have a thickness of 50 microns to 200 microns. However, other thicknesses may be used depending on the technical requirements. Through the use of materials that are common in the construction and connection technology, a particularly inexpensive contact spring arrangement can be provided.
In einer weiteren Ausgestaltung liegt das Leitungselement flächig auf dem Federelement auf, d. h. über dem Federelement liegt die Unterseite des Leitungselements nicht nur punktuell sondern vollständig auf dem Federelement auf. Hierdurch kann eine besonders gute Stützwirkung durch das Federelement erzielt werden. In a further embodiment, the line element lies flat on the spring element, ie over the spring element is the underside of the Conduit element not only punctiform but completely on the spring element. In this way, a particularly good support effect can be achieved by the spring element.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Kontaktfederanordnung lediglich ein Federelement und ein Leitungselement auf. Hierbei handelt es sich um eine besonders einfach herzustellende Anordnung mit geringem Flächenbedarf. In a further embodiment, the contact spring arrangement has only one spring element and one line element. This is a particularly easy to manufacture arrangement with low space requirement.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 8 gelöst. With regard to the method, the object of the invention is achieved by the measures of claim 8.
Demnach wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Substrat mit mindestens einer Kontaktfläche bereitgestellt wird, ein Federelement auf dem Substrat ausgebildet wird und ein Leitungselement ausgebildet wird, so dass nach dem Ausbilden des Federelements und des Leitungselements das Leitungselement an der mindestens einen Kontaktfläche und über dem Federelement angeordnet ist. Accordingly, the object of the invention is achieved by a method in which a substrate is provided with at least one contact surface, a spring element is formed on the substrate and a line element is formed, so that after the formation of the spring element and the line element, the line element at the at least a contact surface and is arranged above the spring element.
Das System des Federkontakts wird hinsichtlich seiner Funktionalität in separate Funktionseinheiten zerlegt, nämlich ein Federelement, das die erforderliche Federkraft und -wirkung bereitstellt, sowie ein Leitungselement, das elektrisch leitfähig ist und somit die elektrische Kontaktierung ermöglicht. Die beiden separaten Funktionseinheiten können getrennt voneinander mit einfachen und bekannten Methoden realisiert werden. Hierdurch ist eine besonders kostengünstige Herstellung möglich. So kann die Kontaktfederanordnung mit Verfahren hergestellt werden, die bei der Herstellung von elektronischen Modulen und Leiterplatten üblicherweise verwendet werden. The system of the spring contact is broken down in terms of its functionality into separate functional units, namely a spring element which provides the required spring force and effect, as well as a line element which is electrically conductive and thus enables the electrical contact. The two separate functional units can be realized separately with simple and known methods. As a result, a particularly cost-effective production is possible. Thus, the contact spring assembly can be made by methods commonly used in the manufacture of electronic modules and circuit boards.
Gemäß einer Ausgestaltung wird das Federelement mittels Schablonen- oder Siebdrucktechnik auf dem Substrat aufgebracht, z.B. durch Lotpastendruck oder Lötstop-Lackdruck. Hierzu wird das aufzubringende Material durch eine Gewebefläche gestrichen. Eine auf der Gewebefläche ausgebildete Schablone bewirkt, dass das Material in den Bereichen unter der Schablone nicht durch das Gewebe gelangt. Die Verwendung üblicher Prozesse macht die Herstellung des Federelements besonders prozesssicher und preiswert. According to one embodiment, the spring element is applied to the substrate by means of a stencil or screen printing technique, e.g. by solder paste printing or solder resist paint pressure. For this purpose, the material to be applied is painted through a fabric surface. A stencil formed on the fabric surface causes the material in the areas under the stencil not to pass through the fabric. The use of conventional processes makes the manufacture of the spring element particularly reliable and inexpensive.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird zum Ausbilden des Federelements ein vorgefertigtes Element auf dem Substrat aufgebracht. Mittels vorgefertigter Elemente können besonders schmale und hohe Federelemente ausgebildet werden, wodurch eine Kontaktfederanordnung mit geringem Flächenbedarf realisiert werden kann. According to a further embodiment, a prefabricated element is applied to the substrate for forming the spring element. By means of prefabricated elements particularly narrow and high spring elements can be formed, whereby a contact spring arrangement can be realized with a small footprint.
In einer weiteren Ausgestaltung ist auf dem Substrat weiterhin ein Halbleiterchip angeordnet und das Ausbilden des Federelements umfasst ein Aufbringen einer Folie auf das Substrat und auf den Halbleiterchip, und ein Strukturieren der Folie. Die Folie kann auf das Substrat geklebt oder laminiert werden. Bei einer weiteren Ausgestaltung wird die Folie unter Vakuum auflaminiert. Die Folie kann aus beliebigen Thermoplasten, Duroplasten und Mischungen davon bestehen. Vorzugsweise wird eine Folie aus einem Kunststoffmaterial auf Polyimid (Pi), Polyethylen(PE)-, Polyphenol-, Polyetheretherketon (PEEK)- und/oder Epoxidbasis verwendet. Die Folie kann zur Verbesserung der Haftung an der Oberfläche eine Klebeschicht aufweisen. Die Folie kann eine Dicke von 10 µm bis 500 µm aufweisen, vorzugsweise kann die Dicke der Folie 25 µm bis 150 µm betragen. Das Auflaminieren kann z.B. mit einer Vakuumpresse, durch Vakuumtiefziehen, hydraulisches Vakuumpressen, Vakuumdruckpressen oder ähnliche Laminierverfahren erfolgen, z.B. bei einem Druck von –850 mbar. Das Auflaminieren kann beispielsweise bei Temperaturen von 100°C bis 250°C und einem Druck von 1 bar bis 10 bar erfolgen. Die Strukturierung der Folie kann beispielsweise unter Verwendung von Laserablation oder photochemischen Verfahren erfolgen. Somit kann das Ausbilden des Federelements weitgehend bzw. vollständig in bestehende Prozessabläufe integriert werden. In a further embodiment, a semiconductor chip is further arranged on the substrate, and forming the spring element comprises applying a foil to the substrate and onto the semiconductor chip, and structuring the foil. The film can be glued or laminated to the substrate. In a further embodiment, the film is laminated under vacuum. The film may consist of any thermoplastics, thermosets and mixtures thereof. Preferably, a film of a plastic material on polyimide (Pi), polyethylene (PE), polyphenol, polyetheretherketone (PEEK) - and / or epoxide-based is used. The film may have an adhesive layer to improve adhesion to the surface. The film may have a thickness of 10 .mu.m to 500 .mu.m, preferably the thickness of the film may be 25 .mu.m to 150 .mu.m. The lamination may e.g. with a vacuum press, by vacuum deep drawing, hydraulic vacuum pressing, vacuum pressure pressing or similar laminating methods, e.g. at a pressure of -850 mbar. The lamination can be carried out, for example, at temperatures of 100 ° C to 250 ° C and a pressure of 1 bar to 10 bar. The structuring of the film can be carried out, for example, using laser ablation or photochemical methods. Thus, the formation of the spring element can be largely or completely integrated into existing processes.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Leitungselement während eines Prozessschrittes ausgebildet, mit dem eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat hergestellt wird. Die Integration des Verfahrens in bereits existierende Prozessschritte trägt zur Kosteneinsparung bei. In a further embodiment, the line element is formed during a process step, with which an electrically conductive connection between the semiconductor chip and the substrate is produced. The integration of the process into already existing process steps contributes to cost savings.
In weiteren Ausgestaltungen kann das Leitungselement unter Verwendung von galvanischer Abscheidung ausgebildet werden oder das Leitungselement kann mittels eines Bondverfahrens an der mindestens einen Kontaktfläche angeordnet werden, z.B. durch Drahtbonden, insbesondere Dickdrahtbonden, oder Flachbandbonden. In further embodiments, the conducting element can be formed using electrodeposition, or the conducting element can be arranged by means of a bonding process on the at least one contact surface, e.g. by wire bonding, in particular thick wire bonding, or ribbon bonding.
Das Federelement wird in einer Ausgestaltung vor dem Leitungselement ausgebildet. In einer anderen Ausgestaltung wird das Federelement nach dem Leitungselement ausgebildet. Hierzu kann beispielsweise ein nachträglicher Auffüllprozess, ein Underfill-Prozess, verwendet werden, d. h. das Leitungselement wird nachträglich mit einem Material zum Ausbilden des Federelements unterfüllt. The spring element is formed in an embodiment in front of the line element. In another embodiment, the spring element is formed after the line member. For this purpose, for example, a subsequent refill process, an underfill process can be used, d. H. the conduit element is subsequently underfilled with a material for forming the spring element.
Besondere Vorteile erzielt das Verfahren dadurch, dass zur Herstellung der Kontaktfederanordnung herkömmliche Technologien eingesetzt werden können. Insbesondere kann die Kontaktfederanordnung mit gleichen Technologien und in den gleichen Prozessschritten hergestellt werden, mit denen auch eine Kontaktierung von einem oder mehreren auf dem Substrat angeordneten aktiven Halbleiterbauelementen erfolgt. So kann z.B. die Kontaktfederanordnung teilweise oder vollständig mit dem als SIPLIT bekannten Verfahren zum Kontaktieren elektrischer Kontaktflächen ausgebildet werden, wobei die voranstehend beschriebenen Verfahrensschritte zum Aufbringen einer Folie auf das Substrat und zum Strukturieren der Folie verwendet werden können und das Leitungselement in einem Prozessschritt galvanisch ausgebildet wird, in dem auch eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Substrat hergestellt wird. The method achieves particular advantages in that conventional technologies can be used to produce the contact spring arrangement. In particular, the contact spring assembly with the same technologies and in the same Process steps are made, with which also a contacting of one or more arranged on the substrate active semiconductor devices takes place. Thus, for example, the contact spring arrangement can be formed partially or completely with the method known as SIPLIT for contacting electrical contact surfaces, wherein the method steps described above for applying a film to the substrate and structuring the film can be used and the conduit element is formed in a process step galvanically in which an electrically conductive connection is also produced between the semiconductor component and the substrate.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Mit anderen Worten basiert die Lösung auf dem Prinzip der Zerlegung des Systems Federkontakt in separate Funktionseinheiten (Elastisches Element und elektrisch leitfähiges Element), welche getrennt voneinander mit bekannten Methoden verbaut werden können. Der wesentliche Vorteil liegt in der kostengünstigen Herstellung begründet. In manchen Fällen werden die genannten Verfahren sowieso schon bei der Herstellung von elektronischen Modulen oder Leiterplatten angewendet. Dies ist insbesondere bei RF-Modul Entwicklungen mit SIPLIT-Technologie der Fall. Somit kann die Kontaktfederanordnung quasi kostenlos ohne zusätzliche Prozessschritte mit hergestellt werden. In other words, the solution is based on the principle of decomposing the system spring contact into separate functional units (elastic element and electrically conductive element), which can be installed separately by known methods. The main advantage lies in the cost-effective production justified. In some cases, these methods are already used in the production of electronic modules or printed circuit boards anyway. This is especially the case with RF module developments with SIPLIT technology. Thus, the contact spring assembly can be produced virtually without additional process steps with.
Hierbei wird die Kontaktfederanordnung in zwei Teilschritten nacheinander aufgebaut. Dabei ist das eigentliche Federelement eine separat erzeugte, elastische Erhebung auf dem Substrat. Über dieser wird in einem zweiten Teilschritt eine elektrisch leitfähige Leiterbahn erzeugt. Beides zusammen bildet den Federkontakt der Kontaktfederanordnung. Here, the contact spring assembly is constructed in two steps one after the other. In this case, the actual spring element is a separately generated, elastic survey on the substrate. About this an electrically conductive trace is generated in a second sub-step. Both together form the spring contact of the contact spring arrangement.
Die Technologien zur Ausbildung der Kontaktfederanordnung sind insbesondere Verbindungstechniken aus der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) in der Chip-Industrie, wie z.B. Drahtbonden (insbesondere Dickdrahtbonden mit einem Drahtdurchmesser von 200 bis 300 µm), Flachbandbonden, galvanische Umverdrahtung (Dünnschichttechnologien, Lithographie, Seed layer sputtering, Electroplating, seed layer etch), SIPLIT (Siemens planar interconnect technology), Schablonen- und Siebdruck Verfahren (z.B. Lotpastendruck, Lötstop-Lackdruck). The technologies for forming the contact spring assembly are, in particular, connection and termination techniques (AVT) in the chip industry, e.g. Wire bonding (in particular thick wire bonding with a wire diameter of 200 to 300 μm), ribbon bonding, galvanic rewiring (thin-film technologies, lithography, seed layer sputtering, electroplating, seed layer etch), SIPLIT (Siemens planar interconnect technology), stencil and screen printing processes (eg solder paste printing , Solder resist paint pressure).
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in detail in conjunction with the drawings.
Es zeigen: Show it:
Es versteht sich, dass das Substrat
Das Substrat
Auf dem Substrat
Über dem Federelement
Gemäß
Gemäß
Gemäß einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Kontaktfederanordnung aus einem Federelement und einem Leitungselement. Das Leitungselement kann an einer Kontaktfläche angeordnet sein, oder das Leitungselement kann an zwei Kontaktflächen angeordnet sein. According to a further embodiment, not shown, the contact spring arrangement consists of a spring element and a line element. The line element may be arranged on a contact surface, or the line element may be arranged on two contact surfaces.
Die Kontaktfederanordnung
Die Kontaktfederanordnung
In einem ersten Verfahrensschritt wird das Substrat
Gemäß
Vorzugsweise haben die Materialschichten
Mit Bezug auf
In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann alternativ auch das vorgefertigte Federelement
Das Leitungselement
In einem nächsten Verfahrensschritt wird wie in
Die
Bei den Leitungselementen
In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen können die in den
Beispielsweise können Kontaktfederanordnungen mit verschiedenen Federelementen miteinander kombiniert werden, z.B. Kontaktfederanordnungen mit einem stufenförmig verjüngten Federelement und einem bogenförmigen Federelement. Ebenso können Kontaktfederanordnungen mit verschiedenen Leitungselementen miteinander kombiniert werden, z.B. kann eine Kontaktfederanordnung mit gebondetem Leitungselement mit einer Kontaktfederanordnung mit galvanisch ausgebildetem Leitungselement kombiniert werden. Alternativ kann auch eine Kontaktfederanordnung, deren Leitungselement nur an einer Kontaktfläche angeordnet ist mit einer Kontaktanordnung kombiniert werden, bei der das Leitungselement an zwei Kontaktflächen angeordnet ist. For example, contact spring assemblies having different spring elements may be combined together, e.g. Contact spring arrangements with a stepped tapered spring element and an arcuate spring element. Likewise, contact spring assemblies having different conductive elements may be combined together, e.g. For example, a contact spring arrangement with a bonded conducting element can be combined with a contact spring arrangement with a galvanically formed conducting element. Alternatively, a contact spring arrangement whose line element is arranged only on a contact surface can be combined with a contact arrangement in which the line element is arranged on two contact surfaces.
Wenn mehrere Kontaktfederanordnungen auf einem Substrat angeordnet sind, so können diese einen gemeinsamen Anschluss bilden, alternativ können die Kontaktfederanordnungen auch verschiedene Anschlüsse für mehrere Module bzw. Leiterplatten bereitstellen. If a plurality of contact spring assemblies are disposed on a substrate, they may form a common terminal, alternatively, the contact spring assemblies may also provide different terminals for multiple modules or boards.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
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