DE102013201926A1 - Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils und Bauteilverbund - Google Patents

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Paul Hund
Michael Schlitzkus
Ruben Wahl
Ralf Diekmann
Guido Bernd Finnah
Klaus Zeh
Frieder Sundermeier
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils (1), wobei das Bauteil (1) auf einem Schaltungsträger (10) angeordnet wird, der einen ersten Anschlussbereich (11) aufweist, wobei der erste Anschlussbereich (11) mittels einer elektrisch leitenden Schicht (21) mit einem zweiten Anschlussbereich (3) des Bauteils (1) verbunden wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die elektrisch leitende Schicht (21) im Jetverfahren aufgebracht wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen bzw. elektronischen Bauteilverbund, der insbesondere unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.
  • Ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 693 12 421 T2 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein elektrisch leitender Kleber auf einen Schaltungsträger in Form einer Leiterplatte aufgebracht, wobei der Kleber einen ersten elektrischen Anschlussbereich der Leiterplatte, insbesondere in Form eine Leiterbahn, kontaktiert. Anschließend wird in einem zweiten Schritt ein elektrisches Bauteil mittels eines elektrisch nichtleitenden Klebers mit dem Schaltungsträger verbunden, wobei zweite elektrische Anschlussbereiche des Bauteils (Anschlussdrähte) den elektrisch leitenden Kleber kontaktieren. Der so ausgebildete Bauteilverbund wird anschließend einer Behandlung unterzogen, um den elektrisch leitenden und elektrisch nichtleitenden Kleber auszuhärten. In der genannten Schrift ist es erwähnt, dass der elektrisch leitende Kleber durch Aufstreichen, im Siebdruckverfahren oder nach anderen Druckverfahren auf den Schaltungsträger aufgebracht werden kann.
  • Aus dem Stand der Technik gemäß der DE 10 2011 003 195 A1 sind darüber hinaus elektronische Bauteile bekannt, deren (zweite) Anschlussbereiche auf der Oberseite des Bauteils angeordnet sind. Dadurch befinden sich der erste Anschlussbereich des Schaltungsträgers und der zweite Anschlussbereich des Bauteils auf einem unterschiedlichen (Höhen-)Niveau. Zur Kontaktierung von elektrischen Anschlussbereichen, die horizontal voneinander beabstandet und zusätzlich auf unterschiedlichem Niveau angeordnet sind, wird dort das sogenannte Drahtbonden verwendet, bei dem mit entsprechenden Drahtbondautomaten innerhalb kürzester Zeit eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen zwischen einem Schaltungsträger und einem Bauteil hergestellt werden können.
  • Weiterhin ist es ebenfalls aus der DE 10 2011 003 195 A1 bekannt, den Schaltungsträger im Bereich der elektrischen Verbindungen mittels eines zusätzlichen Abdeckelements zu überdecken, um diesen Bereich gegenüber dem Einfluss von Medien oder gegenüber Druckschwankungen robuster auszubilden. Eine derartige Abdeckung erfolgt in der Praxis beispielsweise durch ein Polymer, insbesondere ein Gel oder ähnliches. Dadurch, dass die elektrische Verbindung (Drahtbond) zwischen den beiden Anschlussbereichen sozusagen schwebend angeordnet ist, ergibt sich die Problematik, dass es ggf. zu Lufteinschlüssen, insbesondere unterhalb des Drahtbonds, kommen kann, die die Qualität der Schutzmaßnahme verringern. Um dies auszuschließen, ist eine entsprechende Prozessüberwachung bzw. eine relativ lange Prozesszeit zum Durchführen des Abdeckens erforderlich.
  • Zuletzt ist das sogenannte „Aerosol-Jet-Verfahren“ bekannt (http://www.3dmid.de), bei dem im Gegensatz zum konventionellen Sieb- und Tampondruck, bei dem Strukturgrößen von mehreren 100µm auf einfachen Bauteilgeometrien realisiert werden können, feinste Strukturen im Bereich deutlich unter 50µm erzeugt werden können. Der Schichtwerkstoff, der ähnlich einer Tinte ausgebildet ist, liegt als flüssiges Material in einem Zerstäuber vor, wo pneumatisch oder mittels Ultraschall Aerosol erzeugt wird. Dieses Aerosol wird mittels einer Düse auf das zu beschichtende Substrat aufgebracht. Das bekannte Aerosol-Jet-Verfahren dient somit zum Ausbilden feinster Leiterbahnen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine herstellungstechnisch wirtschaftliche sowie prozesstechnisch gut überwachbare Möglichkeit zur Verbindung zweier elektrischer Anschlussbereiche zwischen einem Bauteil und einem Schaltungsträger ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die elektrisch leitende Schicht im Jet-Verfahren aufgebracht wird. Ein derartiges Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass die elektrisch leitende Schicht zielgenau nur in den Bereichen aufgebracht werden muss, die zur elektrischen Kontaktierung der beiden Anschlussbereiche des Bauteils und des Schaltungsträgers dienen. Insbesondere genügt es, im Gegensatz zum eingangs erwähnten Stand der Technik, die elektrisch leitende Schicht lediglich in den unmittelbaren Anschlussbereichen des Bauteils sowie des Schaltungsträgers sowie der entsprechenden Verbindung zwischen den beiden Anschlussbereichen aufzubringen. Von ganz besonderem Vorteil ist es dabei, dass durch das Aufbringen im Jet-Verfahren ggf. vorhandene Niveauunterschiede zwischen den beiden Anschlussbereichen einfach überwunden werden können, ohne dass ein Abstand zwischen der Verbindung und beispielsweise dem Schaltungsträger ausgebildet wird. Dadurch wird eine besonders hohe Robustheit der Kontaktierung erzielt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante des Verfahrens ist es vorgesehen, dass in einem ersten Schritt das Bauteil auf dem Schaltungsträger befestigt wird, und dass in einem zweiten Schritt die elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass der zweite Anschlussbereich des Bauteils von der elektrisch leitenden Schicht überdeckt wird, so dass dieser Bereich bereits durch die elektrisch leitende Schicht selbst vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Dadurch kann ggf. auf zusätzliche Schutzmaßnahmen (Abdeckung) verzichtet werden. Weiterhin wird dadurch der Vorteil erzielt, dass nach dem Befestigen des Bauteils auf dem Schaltungsträger die Endposition des (zweiten) Anschlussbereich des Bauteils definiert bzw. festgelegt ist, so dass anhand der tatsächlichen Ist-Position des zweiten Anschlussbereichs des Bauteils ein entsprechender Automat zum Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht eine gezielt angesteuert werden kann.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Aufbringens der elektrisch leitenden Schicht im Jet-Verfahren können unterschiedliche Materialien als elektrisch leitende Schicht verwendet werden. Vorzugsweise kommen dabei Aerosole oder (elektrisch leitende) Leitkleber in Frage.
  • In herstellungstechnisch bevorzugter Ausgestaltung der Befestigung des Bauteils auf dem Schaltungsträger wird vorgeschlagen, dass die Befestigung durch eine aushärtbare Fixierschicht, insbesondere in Form eines elektrisch nichtleitenden Klebers, erfolgt. Ein derartiger, elektrisch nichtleitender Kleber kann darüber hinaus durch eine entsprechende Ausgestaltung für einen guten Wärmeübergang zum Schaltungsträger sorgen, so dass die thermische Belastung des Bauteils während des Betriebs reduziert wird.
  • Um die elektrisch leitende Schicht nach deren Aufbringen zu fixieren, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die elektrisch leitende Schicht ausgehärtet wird, insbesondere durch eine Wärmebehandlung.
  • Das Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht im Jet-Verfahren hat, wie eingangs erläutert, den besonderen Vorteil, dass eine lediglich kleinflächige Anbindung der beiden Anschlussbereiche über die elektrisch leitende Schicht erforderlich ist. Daher ist es in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass die elektrisch leitende Schicht die beiden Anschlussbereiche lediglich höchstens vollständig überdeckt und nicht über die Anschlussbereiche (mit Ausnahme im Bereich der Verbindungsstrecke zwischen den beiden Anschlussbereichen) hinausragt. Dadurch lassen sich sehr eng zueinander angeordnete Anschlussbereiche des Bauteils, ohne die Gefahr von Kurzschlüssen, sicher kontaktieren.
  • Die Erfindung umfasst auch einen Bauteilverbund, der aus einem einen ersten Anschlussbereich aufweisenden Schaltungsträger und einem einen zweiten Anschlussbereich aufweisenden Bauteil besteht, wobei die beiden Anschlussbereiche mittels einer elektrisch leitenden Schicht miteinander verbunden sind, die insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die beiden Anschlussbereiche in Bezug auf die Ebene des Schaltungsträgers auf unterschiedlichem Niveau und horizontal zueinander beabstandet angeordnet sind, und dass der Übergang zwischen den beiden Niveaus zumindest im Bereich der elektrisch leitenden Schicht kontinuierlich erfolgt. Durch den kontinuierlichen Übergang der elektrisch leitenden Schicht zwischen den beiden Anschlussbereichen werden insbesondere Materialanhäufungen der elektrisch leitenden Schicht vermieden, die ansonsten bei einem sprunghaften Übergang erforderlich wären, um eine durchgehende elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlussbereichen sicherzustellen.
  • Ganz besonders bevorzugt ist es dabei vorgesehen, wenn der kontinuierliche Übergang zwischen den beiden Niveaus der Anschlussbereiche durch eine Fixierschicht für das Bauteil auf dem Schaltungsträger ausgebildet ist. Dadurch wird kein zusätzliches Bauelement bzw. keine besondere konstruktive Ausgestaltung des Bauteils erforderlich, um den kontinuierlichen Übergang zu ermöglichen. Vielmehr wird dieser durch die zur Befestigung des Bauteils auf dem Schaltungsträger erforderliche, aushärtbare Fixierschicht ausgebildet.
  • Um den Bauteilverbund gegenüber Umwelteinflüssen oder Druckschwankungen besonders gut zu schützen, kann es vorgesehen sein, dass der Bereich des Bauteils, der elektrisch leitenden Schicht sowie der beiden Anschlussbereiche auf dem Schaltungsträger von einer Schutzschicht überdeckt ist. Eine derartige Schutzschicht besteht bevorzugt aus einem Polymer (z.B. einem Lack, einer Moldmasse oder ähnlichem), wobei es nach dem Ausbilden der Schutzschicht zur Qualitätssteigerung vorgesehen sein kann, dass der Bauteilverbund ggf. durch Temperaturwechsel einer weiteren (thermomechanischen) Belastung ausgesetzt wird.
  • Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar beim Einsatz von ICs oder Asics. Derartige ICs oder Asics weisen in der Regel eine Vielzahl von (zweiten) Anschlussbereichen auf, die in engem Abstand zueinander angeordnet sind. Durch die Anwendung des Jet-Verfahrens zum Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht werden dabei insbesondere Kurzschlüsse zwischen den elektrisch leitenden Schichten und den unterschiedlichen Anschlussbereichen vermieden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in den
  • 1 bis 7 jeweils im Querschnitt den Verbindungsbereich zwischen einem elektronischen Bauteil und einer Leiterplatte während verschiedener Phasen zum Herstellen der erfindungsgemäßen Kontaktierung des Bauteils.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In den Figuren ist ein Schaltungsträger 10, insbesondere in Form einer Leiterplatte, dargestellt, der als Bauteilträger für ein elektronisches Bauteil 1 dient. Bei dem Bauteil 1 handelt es sich vorzugsweise, jedoch nicht einschränkend, um ein eine elektronische Schaltung aufweisendes Bauteil 1 in Form eines ICs, Asics o.ä. Der Schaltungsträger 10 weist in einem Anbindungsbereich für das Bauteil 1 wenigstens einen ersten, in der Praxis jedoch mehrere erste Anschlussbereiche 11 auf, die beispielsweise in Form von Leiterbahnen, Lands oder ähnlichem ausgebildet sein können. Das Bauteil 1 weist, wie anhand der 3 bis 7 erkennbar ist, auf seiner Oberseite 2 der Anzahl der ersten Anschlussbereiche 11 entsprechende und diesen zugeordnete zweite Anschlussbereiche 3 auf, die beispielsweise in Form einer partiellen Beschichtung oder ähnlichem ausgebildet sein können.
  • Entsprechend der 2 wird in einem ersten Verfahrensschritt zum Kontaktieren des Bauteils 1 in dem Anbindungsbereich zwischen dem Bauteil 1 und dem Schaltungsträger 10 mittels einer geeigneten Einrichtung 15 eine elektrisch nichtleitende Fixierschicht 16, insbesondere in Form eines Klebers, aufgebracht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Menge bzw. Höhe des aufgebrachten Klebers bzw. der Fixierschicht 16 zwischen den gegenüberliegend angeordneten ersten Anschlussbereichen 11 auf dem Schaltungsträger 10 unterschiedlich, derart, dass die Fixierschicht 16 in der Mitte zwischen den beiden ersten Anschlussbereichen 11 die größte Höhe bzw. Dicke aufweist, und sich die Höhe bzw. Dicke der Fixierschicht 16 zu den ersten Anschlussbereichen 11 hin verringert, vorzugsweise derart, dass die erste Fixierschicht 16 zwar bis unmittelbar an den ersten Anschlussbereich 11 heranreicht, dort jedoch nur eine minimale Höhe bzw. Dicke aufweist.
  • Anschließend wird entsprechend der 3 das Bauteil 1 auf die Fixierschicht 16 aufgelegt und ggf. mit einer definierten Anlegekraft positioniert. Durch das Auflegen des Bauteils 1 auf die Fixierschicht 16 wird die Fixierschicht 16 verdrängt, was zur Folge hat, dass die Fixierschicht 16 vorzugsweise bis an die Oberseite 2 des Bauteils 1 an dessen seitlichen Randbereichen heranreicht und darüber hinaus unmittelbar bis an die ersten Anschlussbereiche 11 des Schaltungsträgers 10 verdrängt wird derart, dass zwischen den beiden, auf unterschiedlichem Niveau bezüglich des Schaltungsträgers 10 angeordneten Anschlussbereichen 3, 11 des Schaltungsträgers 10 bzw. des Bauteils 1 ein kontinuierlicher, d.h. nicht stufenartiger Übergangsbereich 19 geschaffen wird.
  • Zur Fixierung des Bauteils 1 auf dem Schaltungsträger 10 wird entsprechend der 4 danach die Fixierschicht 16 ausgehärtet, vorzugsweise durch eine Wärmebehandlung, was durch die Wärmepfeile 17 dargestellt sein soll. In einem an die Aushärtung des Fixierbereichs 16 anschließenden Schritt wird mittels einer Auftrags- bzw. Sprüheinrichtung 20, die zumindest in horizontaler Ebene des Schaltungsträgers 10, vorzugsweise jedoch auch senkrecht zur Ebene des Schaltungsträgers 10 beweglich angeordnet ist, eine elektrisch leitende Schicht 21 in Form eines Leitklebers oder eines Aerosols zwischen den Anschlussbereichen 3 und 11 im Jetverfahren aufgebracht bzw. aufgesprüht (5). Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dazu die Sprüheinrichtung 20 zunächst im Bereich eines ersten Anschlussbereichs 11 positioniert, und die Sprüheinrichtung 20 aktiviert, so dass die elektrisch leitende Schicht 21 auf die Oberseite des ersten Anschlussbereichs 11 aufgebracht wird. Durch eine anschließende horizontale und ggf. vertikale Bewegung der Sprüheinrichtung 20 wird der erste Anschlussbereich 11 mit dem zugeordneten zweiten Anschlussbereich 3 auf der Oberseite 2 des Bauteils 1 verbunden, wie dies anhand der 6 dargestellt ist. Dies erfolgt nach und nach bei allen Anschlussbereichen 3, 11. Im dargestellten Ausführungsbeispiel überdeckt die elektrisch leitende Schicht 21 den zweiten Anschlussbereich 3 des Bauteils 1 vollständig und ragt auch noch über der dem ersten Anschlussbereich 11 abgewandten Seite über den zweiten Anschlussbereich 3 hinaus.
  • Anschließend wird entsprechend der 6, vorzugsweise durch eine Wärmebehandlung, das durch die Wärmepfeile 18 verdeutlicht sein soll, die elektrisch leitende Schicht 21 ausgehärtet.
  • Zuletzt kann es optional vorgesehen sein, dass entsprechend der 7 der aus dem Bauteil 1, dem Schaltungsträger 10 und der elektrisch leitenden Schicht 21 bestehende Bauteilverbund 25 zumindest im Bereich des Bauteils 1 sowie der Anschlussbereiche 3, 11 und der elektrisch leitenden Schicht 21 mittels einer Schutzschicht 22 überdeckt wird. Die Schutzschicht 22 besteht dabei vorzugsweise aus einem Polymer oder ähnlichem.
  • Das soweit beschriebene Verfahren kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann beispielsweise vor oder nach dem Ausbilden der Schutzschicht 22 eine Überprüfung der elektrischen Verbindung durch eine entsprechende Prüfeinrichtung vorgesehen sein. Ebenso kann der Bauteilverbund 25 vor oder nach dem Ausbilden der Schutzschicht 22 beispielsweise Temperaturwechseln ausgesetzt werden, um die Verbindung zwischen den beiden Anschlussbereichen 3, 11 thermomechanisch zu beanspruchen, so dass die Wahrscheinlichkeit späterer Unterbrechungen reduziert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 69312421 T2 [0002]
    • DE 102011003195 A1 [0003, 0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils (1), wobei das Bauteil (1) auf einem Schaltungsträger (10) angeordnet wird, der einen ersten Anschlussbereich (11) aufweist, wobei der erste Anschlussbereich (11) mittels einer elektrisch leitenden Schicht (21) mit einem zweiten Anschlussbereich (3) des Bauteils (1) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (21) im Jetverfahren aufgebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Bauteil (1) auf dem Schaltungsträger (10) befestigt wird, und dass in einem zweiten Schritt die elektrisch leitende Schicht (21) aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitende Schicht (21) ein Aerosol oder ein Leitkleber verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Bauteils (1) auf dem Schaltungsträger (10) durch eine aushärtbare Fixierschicht (16), insbesondere in Form eines elektrisch nichtleitenden Klebers, erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht (21) diese ausgehärtet wird, insbesondere durch eine Wärmebehandlung.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (21) die beiden Anschlussbereiche (3, 11) höchstens vollständig überdeckt und nicht über die Anschlussbereiche (3, 11) hinausragt.
  7. Bauteilverbund (25), bestehend aus einem einen ersten Anschlussbereich (11) aufweisenden Schaltungsträger (10) und einem einen zweiten Anschlussbereich (3) aufweisenden Bauteil (1), wobei die beiden Anschlussbereiche (3, 11) mittels einer elektrisch leitenden Schicht (21) miteinander verbunden sind, die insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Anschlussbereiche (3, 11) in Bezug zur Ebene des Bauteilträgers (10) auf unterschiedlichem Niveau und horizontal zueinander beabstandet angeordnet sind, und dass der Übergang zwischen den beiden Niveaus im Bereich der elektrisch leitenden Schicht (21) kontinuierlich erfolgt.
  8. Bauteilverbund nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der kontinuierliche Übergang zwischen den beiden Niveaus der Anschlussbereiche (3, 11) durch einen Übergangsbereich (19) der Fixierschicht (16) für das Bauteil (1) auf dem Schaltungsträger (10) ausgebildet ist.
  9. Bauteilverbund nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Bauteils (1), der elektrisch leitenden Schicht (21) sowie der beiden Anschlussbereiche (3, 11) auf dem Schaltungsträger (10) von einer Schutzschicht (22) überdeckt ist.
  10. Bauteilverbund nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) ein IC oder ein Asic ist.
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