DE102014226773A1 - Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils und Bauteileverbund - Google Patents

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Ulrich Schaaf
Kristina Berschauer
Ruben Wahl
Andreas Kugler
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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, und wobei der erste Anschlussbereich (11) mittels einer elektrisch leitenden Schicht (25) mit einem zweiten, dem Bauteil (1) zugeordneten Anschlussbereich (3) verbunden wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Bauteil (1) zumindest im Übergangsbereich zwischen dem Bauteil (1) und dem Schaltungsträger (10) zur Überbrückung unterschiedlicher Höhenniveaus zwischen dem Schaltungsträger (10) und dem Bauteil (1) mit einem insbesondere folienartigen Ausgleichselement (20) überdeckt wird, und dass das Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht (25) nach dem Anordnen des Ausgleichselements (20) erfolgt.

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 Bauteileverbund nach dem Oberbegriff des unabhängigen Erzeugnisanspruchs.
  • Ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils sowie ein Bauteileverbund nach den Oberbegriffen der beiden unabhängigen Ansprüche ist aus der DE 10 2013 201 926 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem aus der genannten Schrift bekannten Verfahren ist es vorgesehen, dass auf einen Schaltungsträger ein elektrisch nichtleitender Kleber aufgebracht wird, der der Fixierung eines elektronischen Bauteils auf dem Schaltungsträgers dient. Während auf dem Schaltungsträger ein erster Anschlussbereich, insbesondere in Form einer Leiterbahn oder ähnlichem, angeordnet ist, befindet sich auf dem Bauteil ein zweiter Anschlussbereich. Die beiden, auf unterschiedlichem Höhenniveau bezüglich des Schaltungsträgers befindlichen Anschlussbereiche werden mittels einer elektrisch leitenden Schicht, welche im Jetverfahren aufgebracht wird, elektrisch miteinander verbunden. Wesentlich dabei ist, dass durch den aufgebrachten Kleber zwischen dem Schaltungsträger und dem Bauelement ein ansonsten vorhandener stufenartiger Übergang zwischen den beiden Elementen vermieden wird. Insbesondere wird durch die entsprechende Anordnung und Menge des Klebers ein zumindest im Wesentlichen stetiger bzw. kontinuierlicher bzw. schräger Übergang zwischen dem Niveau des Schaltungsträgers und dem Niveau des Bauteils auf dessen Oberseite ermöglicht. Dadurch wird das Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht im Jetverfahren insofern erleichtert, als dass abrupte bzw. stufenförmige Höhenunterschiede überwunden werden müssen. Derartige, abrupte bzw. stufenartige Höhenunterschiede können mit durch eine im Jetverfahren aufgebrachte Schicht nur relativ schwierig überwunden werden, da in diesem Bereich eine sehr große Schichtdicke erforderlich wäre, um insbesondere über die Lebensdauer eines entsprechenden Bauteileverbunds eine hinreichend zuverlässige elektrische Verbindung zu ermöglichen. Gerade die Steuerung bzw. das Ausbilden von elektrischen leitenden Schichten mit stark unterschiedlichen Dicken ist in der Praxis jedoch prozesstechnisch relativ schwierig zu überwachen bzw. sicherzustellen. Weiterhin ist die genaue Dosierung bzw. Anordnung einer Klebstoffschicht derart, dass diese einen möglichst kontinuierlichen Übergang zwischen dem Schaltungsträger und dem Bauteil ermöglicht, relativ schwierig zu realisieren. Auch hat es sich erwiesen, dass sehr dünne Bauteile in Form von Chips, die beispielsweise eine Dicke von etwa 25µm aufweisen, relativ scharfkantige Kanten aufweisen, die mittels einer im Jetverfahren aufgebrachten leitfähigen Schicht nur sehr schwierig zu kontaktieren sind.
  • 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 sowie einen Bauteileverbund nach dem Oberbegriff des unabhängigen Erzeugnisanspruchs derart weiterzubilden, dass mittels einer elektrisch leitenden Schicht eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen einem Schaltungsträger und einem Bauteil ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Bauteil zumindest im Übergangsbereich zwischen dem Bauteil und dem Schaltungsträger zur Überbrückung unterschiedlicher Höhenniveaus zwischen dem Schaltungsträger und dem Bauteil mit einem insbesondere folienartigen Ausgleichselement überdeckt wird, und dass das Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht nach dem Anordnen des Ausgleichselements erfolgt.
  • Ein derartiges erfindungsgemäßes Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass auf die Verwendung eines für den Höhenausgleich sorgenden Klebstoffs entsprechend dem Stand der Technik verzichtet werden kann. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich den Vorteil, dass durch das folienartige Ausgleichselement, welches zum Ausgleich der unterschiedlichen Höhenniveaus eine gewisse Flexibilität aufweisen muss, die von dem Ausgleichselement überdeckten Bereiche des Schaltungsträgers bzw. des Bauteils gegen äußere Einflüsse geschützt sind.
  • Bezüglich des Bauteileverbunds wird die eingangs gestellte Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass im Übergangsbereich zwischen dem Schaltungsträger und dem Bauteil ein folienartiges Ausgleichselement angeordnet ist, das einen kontinuierlichen Übergang zwischen dem Schaltungsträger und dem Bauteil ausbildet.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektrischen Kontaktieren eines Bauteils und des Bauteileverbunds sind in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass zum Anordnen des Bauteils auf dem Schaltungsträger mittels einer Klebstoffschicht diese eine Schichtdicke von vorzugsweise weniger als 10µm aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Niveauunterschiede zwischen den beiden Anschlussbereichen durch die Klebstoffschicht nur relativ geringfügig erhöht wird, so dass der von dem folienartigen Ausgleichselement zu überbrückende Höhenunterschied nicht zusätzlich durch die Klebstoffschicht mehr als erforderlich vergrößert wird. Darüber hinaus wird erwähnt, dass es im Gegensatz zum eingangs erwähnten Stand der Technik nicht mehr erforderlich ist, die Klebstoffmasse bis über den Bereich des Bauteils hinausragen zu lassen, so dass der Verbrauch an Klebstoff darüber hinaus besonders gering ist.
  • Um das folienartige Ausgleichselement einerseits mit dem Bauteil und andererseits mit dem Schaltungsträger zu verbinden, damit dieses möglichst vollflächig an den entsprechenden Bereichen aufliegt, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das folienartige Ausgleichselement mit dem Bauteil und dem Schaltungsträger durch Auflaminieren verbunden wird.
  • Ganz besonders bevorzugt ist darüber hinaus eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem bei einer Überdeckung des ersten und/oder zweiten Anschlussbereichs durch das folienartige Ausgleichselement der erste und/oder zweite Anschlussbereich vor dem Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht freigelegt wird. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das folienartige Ausgleichselement zumindest bis in den Bereich des ersten oder zweiten Anschlussbereichs ragt, insbesondere aber auch zumindest einen Anschlussbereich überdecken kann. Dadurch werden insbesondere die eingangs erwähnten relativ scharfkantigen Übergänge bzw. vorhandenen Kanten am Bauteil durch das Ausgleichselement überdeckt bzw. ausgeglichen. Weiterhin wird durch die Anordnung des Ausgleichselements, bei dem der erste und/oder zweite Anschlussbereich freigelegt wird, der Bauteileverbund in den Bereichen, in denen keine Freilegung erfolgt, gut vor äußeren Einflüssen geschützt.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Freilegens erfolgt dieses durch einen Laserstrahl. Die Verwendung eines Laserstrahls hat insbesondere den Vorteil, dass bei den zur Diskussion stehenden Dimensionen im Bereich der Anschlussbereiche die Anschlussbereiche hochgenau freigelegt werden können.
  • Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die elektrisch leitende Schicht im Jetverfahren aufgebracht wird. Dabei kann entweder zum Beispiel das sogenannte Aerosol-Jet-Verfahren angewandt werden, oder aber es kann ein elektrisch leitfähiger Klebstoff oder ähnliches verwendet werden. Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch denkbar, die Schicht auf sonstige, aus dem Stand der Technik an sich bekannte Verfahren, zum Beispiel dem Ink-Jet Verfahren auszubilden bzw. auf den Schaltungsträger und das Bauteil aufzubringen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Bauteileverbunds besteht das Ausgleichselement aus einem Polymermaterial (z.B. Acrylat, EVA oder ähnlichem) und weist eine Dicke zwischen 10µm und 100µm, vorzugsweise zwischen 10µm und 50µm auf.
  • Auch ist es insbesondere vorgesehen, dass die elektrisch leitende Schicht und/oder das Ausgleichselement dazu ausgebildet sind/ist, dass die elektrisch leitende Schicht auf dem Ausgleichselement haftet.
  • 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 einem als Leiterplatte ausgebildeten Schaltungsträger während verschiedener Phasen zum Herstellen der erfindungsgemäßen elektrischen 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, beispielhaft 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 oder ähnlichem. Insbesondere handelt es sich um ein relativ dünnes Bauteil 1, beispielsweise um ein Bauteil 1, das etwa eine Dicke zwischen 10µm und 50µm aufweist. Darüber hinaus wird erwähnt, dass anstelle einer Leiterplatte als Schaltungsträger 10 sämtliche üblicherweise verwendeten Substratmaterialien ebenso einen entsprechenden Schaltungsträger 10 ausbilden können. Der Schaltungsträger 10 weist in einem Verbindungsbereich mit dem 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 Darstellung der 2 wird in einem ersten Verfahrensschritt zum Kontaktieren des Bauteils 1 in dem Verbindungsbereich zwischen dem Bauteil 1 und dem Schaltungsträger 10 mittels einer geeigneten Einrichtung 15 eine elektrisch nichtleitende Fixierschicht 16, insbesondere in Form einer Kleberschicht, aufgebracht. Es wird erwähnt, dass die Fixierschicht 16 lediglich in einem Teilbereich der Grundfläche des Bauteils 1 auf dem Schaltungsträger 10 aufgebracht werden muss. Das bedeutet, dass in dem in der 3 dargestellten gefügten Zustand des Bauteils 1 auf dem Schaltungsträger 3 die Fixierschicht 16 nicht bis an den Außenumfang des Bauteils 1 heranreichen muss. Ferner ist es wünschenswert, eine möglichst dünne Fixierschicht 16 auszubilden, die beispielsweise, und nicht einschränkend, eine Dicke zwischen 2µm und 20µm aufweist.
  • Anschließend wird in dem in der 3 dargestellten Verfahrensschritt das Bauteil 1 auf der Fixierschicht 16 positioniert. Dabei kann es vorgesehen sein, dass zum Aushärten der Fixierschicht 16 in einem daran anschließenden, nicht gezeigten Verfahrensschritt die Fixierschicht 16 beispielsweise durch eine Wärmebehandlung oder ähnlichem ausgehärtet bzw. getrocknet wird.
  • Erfindungswesentlich ist das sich daran anschließende Anordnen einer als Ausgleichselement 20 dienenden Folie 21. Die flexible Folie 21 ist insbesondere als Polymerfolie ausgebildet und weist eine Dicke zwischen 10µm und 100µm, vorzugsweise zwischen 10µm und 25µm auf. Bei dem in der 4a dargestellten Ausführungsvariante überdeckt das Ausgleichselement 20 bzw. die Folie 21 das Bauteil 1 vollflächig und ist mit der Oberseite 12 des Schaltungsträgers 10 in einem zwischen dem Bauteil 1 und dem Schaltungsträger 10 angeordneten Zwischenbereich verbunden, endet jedoch vor dem ersten Anschlussbereich 11. Demgegenüber überdeckt das Ausgleichselement 20 bzw. die Folie 21 bei der in der 4b dargestellten Ausführungsform sowohl das Bauteil 1 als auch die ersten Anschlussbereiche 11 derart, dass das Ausgleichselement 20 bzw. die Folie 21 zusätzlich auf der dem Bauteil 1 abgewandten Seite der ersten Anschlussbereiche 11 mit der Oberseite 12 des Schaltungsträgers 10 verbunden ist.
  • In beiden Fällen erfolgt das Anordnen bzw. Anbringen des Ausgleichselements 20 bzw. der Folie 21 vorzugsweise durch einen Laminierprozess bzw. durch Auflaminieren.
  • Anschließend, ggf. unter Zwischenschaltung nicht dargestellter Verfahrensschritte, erfolgt entsprechend der 5 das Freilegen zumindest der zweiten Anschlussbereiche 3 auf dem Bauteil 1 durch einen Laserstrahl 5. Zusätzlich wird erwähnt, dass bei der zweiten Ausführungsvariante entsprechend der 4b nicht nur die zweiten Anschlussbereiche 3 auf dem Bauteil 1 durch den Laserstrahl 5 freigelegt werden, sondern in gleicher Art und Weise auch die ersten Anschlussbereiche 11 auf dem Schaltungsträger 10.
  • Beim Anordnen des Ausgleichselements 20 bzw. der Folie 21 auf dem Bauteil 1 bzw. dem Schaltungsträger 10 ist es wesentlich, dass durch das Ausgleichselement 20 im Übergangsbereich zwischen der Oberseite 12 des Schaltungsträgers und der Oberseite 2 des Bauteils 1 ein kontinuierlicher Übergang durch das Ausgleichselement 20 ausgebildet wird, derart, dass stufenartige Bereiche bzw. Übergänge vermieden werden.
  • Entsprechend der 6 erfolgt anschließend das Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht 25 zwischen den ersten Anschlussbereichen 11 und den zweiten Anschlussbereichen 3, insbesondere durch eine Sprüheinrichtung 26.
  • Zuletzt kann es entsprechend der 7 vorgesehen sein, dass der aus dem Bauteil 1 und dem Schaltungsträger 10 bestehende Bauteileverbund 100 mittels einer Schutzschicht 27 überdeckt wird. Insbesondere erfolgt das Überdecken mit der vorzugsweise aus einem Polymer oder ähnlichem bestehenden Schutzschicht 27 zumindest im Bereich des Bauteils 1 sowie der Anschlussbereiche 3, 11 und der elektrisch leitenden Schicht 25.
  • Das soweit beschriebene Verfahren kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann es beispielsweise vor oder nach dem Ausbilden der Schutzschicht 27 vorgesehen sein, eine Überprüfung der elektrischen Verbindung durch eine entsprechende Prüfeinrichtung vorzusehen. Ebenso kann der Bauteileverbund 100 vor oder nach dem Ausbilden der Schutzschicht 27 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
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013201926 A1 [0002]

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, und wobei der erste Anschlussbereich (11) mittels einer elektrisch leitenden Schicht (25) mit einem zweiten, dem Bauteil (1) zugeordneten Anschlussbereich (3) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) zumindest im Übergangsbereich zwischen dem Bauteil (1) und dem Schaltungsträger (10) zur Überbrückung unterschiedlicher Höhenniveaus zwischen dem Schaltungsträger (10) und dem Bauteil (1) mit einem insbesondere folienartigen Ausgleichselement (20) überdeckt wird, und dass das Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht (25) nach dem Anordnen des Ausgleichselements (20) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anordnen des Bauteils (1) auf dem Schaltungsträger (10) mittels einer Klebstoffschicht (16) mit einer Schichtdicke von vorzugsweise weniger als 10 µm erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (20) mit dem Bauteil (1) und dem Schaltungsträger (10) durch Auflaminieren verbunden wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überdeckung des ersten und/oder zweiten Anschlussbereichs (3, 11) durch das Ausgleichselement (20) der erste und/oder zweite Anschlussbereich (3, 11) vor dem das Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht (20) freigelegt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Freilegen des ersten und/oder zweiten Anschlussbereichs (3, 11) durch einen Laserstrahl (5) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (25) im Jetverfahren aufgebracht wird.
  7. Bauteileverbund (100), 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 (25) miteinander verbunden sind, und wobei sich die beiden Anschlussbereiche (3, 11) in Bezug zur Ebene des Schaltungsträgers (10) auf unterschiedlichem Niveau befinden und horizontal zueinander beabstandet angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen dem Schaltungsträger (10) und dem Bauteil (1) ein insbesondere folienartiges Ausgleichselement (20) angeordnet ist, das einen kontinuierlichen Übergang zwischen dem Schaltungsträger (10) und dem Bauteil (1) ausbildet.
  8. Bauteileverbund nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (20) aus einem Polymermaterial besteht und eine Dicke zwischen 10µm und 100µm aufweist.
  9. Bauteileverbund nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (20) im Bereich des ersten und/oder zweiten Anschlussbereichs (20) eine Durchgangsöffnung für die elektrisch leitende Schicht (25) aufweist.
  10. Bauteileverbund nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (25) und/oder das Ausgleichselement (20) dazu ausgebildet sind/ist, dass die elektrisch leitende Schicht (25) auf dem Ausgleichselement (20) haftet.
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