DE10356119B3

DE10356119B3 - Elektronisches Bauelement mit elektrische Kontaktflächen aufweisenden nachgiebigen Erhebungen und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10356119B3
Application number: DE10356119A
Authority: DE
Inventors: Axel Brintzinger; Stefan Ruckmich; Octavio Trovarelli
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: US7368375B2; US20050127521A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit elektrische Kontaktflächen aufweisenden nachgiebigen Erhebungen, welche der Kontaktierung des Bauelements mit einer elektronischen Schaltung mittels elektrischer Leitbahnen dienen, welche sich über die Oberfläche des Bauelements und die Mantelfläche der nachgiebigen Erhebungen zu den elektrischen Kontaktflächen erstrecken. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bauelement anzugeben, welches zuverlässige elektrische Verbindungen zwischen den der Integration des Bauelements in eine elektronische Schaltung dienenden Kontakten und den primären Kontakten des Bauelements aufweist und dabei kostengünstig mit den bekannten Verfahrensschritten herstellbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest eine, durch zwei nacheinander ablaufende Druckprozesse mittels zweier Lochschablonen aufgebrachte nachgiebige Erhebung in ihrem unteren Abschnitt einen Ausläufer aufweist, der sich zumindest in dem Bereich erstreckt, in welchem die Leitbahn von der Oberfläche des elektronischen Bauelements auf die Mantelfläche des Ausläufers der nachgiebigen Erhebung übergeht und dass die Mantelfläche des Ausläufers entlang des Pfades der Leitbahn einen Anstieg aufweist, der in jedem Punkt positiv ist und geringer als der mittlere Anstieg der Mantelfläche der nachgiebigen Erhebung.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit elektrische Kontaktflächen aufweisenden nachgiebigen Erhebungen zur Kontaktierung des Bauelements mit einer elektronischen Schaltung, wobei die nachgiebigen Erhebungen auf einer Oberfläche des Bauelements und die elektrischen Kontaktflächen auf der Spitze der nachgiebigen Erhebungen angeordnet sind, der elektrische Kontakt zur elektronischen Schaltung mittels auf der Oberfläche des Bauelements angeordneter, elektrischer Leitbahnen ausgeführt ist und die Leitbahnen auf den Mantelflächen der nachgiebigen Erhebungen zu den elektrischen Kontaktflächen aufsteigen.
Derartige elektronische Bauelemente finden als so genannte Wafer-Level-Packages oder Chip-Size-Packages zunehmend Anwendung. Um der stetigen Forderung noch kleineren Bauelementeabmessungen gerecht zu werden, weisen diese Bauelemente keine Gehäuse sondern höchstens schützende Passivierungs- oder Kunststoffschichten auf, so dass deren Abmessungen genau oder nahezu denen des enthaltenen integrierten Schaltkreises (Chips) entsprechen. Die Integration dieser Bauelemente erfolgt mittels vorzugsweise rasterartig angeordneter elektrischer Kontaktflächen, die über eine Umverdrahtungsebene bildenden Leitbahnen mit den eigentlichen, primären Kontakten des Bauelements elektrisch verbunden sind.
Die Integration solcher Bauelemente in einer elektronischen Schaltung erfolgt vorzugsweise mittels der bekannten Flip-Chip-Technologie. Dabei werden die Chips mit der die elektrischen Kontaktflächen aufweisenden Seite nach unten auf den zu den Kontaktflächen korrespondierenden Kontakt-Pads einer Leiterplatte positioniert und mittels eines vorher aufgebrachten Lots oder leitfähigen Klebers sämtliche Kontakte gleichzeitig hergestellt, indem Bauelement und Substrat unter Druck- und Temperatureinwirkung aneinander gefügt und verlötet werden.
Die auf die Lötverbindungen einwirkenden Normal- und Scherspannungen, die während des Verbindungsprozesses und insbesondere während späterer Temperaturbelastungen, beispielsweise bei der künstlichen Voralterung (BurnIn) auftreten und die ihre Ursachen in den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der verbundenen Materialien des Bauelements und der Leiterplatte sowie in eventuellen Unebenheiten des Bauelements haben, sollen von vorzugsweise gummiartigen, nachgiebigen Erhebungen ausgeglichen werden. Die gummielastischen Eigenschaften der Erhebungen, die in deren reversibler Verformbarkeit zum Ausdruck kommen, ermöglichen die Aufnahme und den Ausgleich der auf die Erhebungen einwirkenden mechanischen Spannungen. Dieser Spannungsausgleich muss in den meisten Anwendungsfällen ausschließlich durch die nachgiebigen Erhebungen erfolgen, da solche Bauelemente, wie beschrieben, keine weiteren Gehäuseelemente aufweisen, welche geeignet wären, die genannten Spannungen auszugleichen oder aufzunehmen.

Ein solches Bauelement ist beispielsweise in der WO 01/75969 A1 beschrieben. Danach sind nachgiebige Erhebungen in der Rasterstruktur der elektrischen Kontaktflächen angeordnet und haben eine hügelartige Form sowie mechanische Eigenschaften, vergleichbar mit denen von Gummi, Kautschuk oder Silikon. Die Kuppe jeder nachgiebigen Erhebung eines elektronischen Bauelements ist mit einer elektrisch leitenden Kontaktfläche bedeckt, von der ausgehend eine Leitbahn dem Hang folgend bis zur Oberfläche des Bauelements verläuft und dort gemeinsam mit den von den anderen nachgiebigen Erhebungen des Bauelements ausgehenden Leitbahnen die Umverdrahtung der Kontaktflächen zu den primären elektrischen Kontakten des Bauelements realisiert.

Da jedoch die Leitbahnen entlang der Hangoberfläche der nachgiebigen Erhebungen verlaufen, müssen auch diese in der Lage sein, ausgleichenden Verschiebungen oder Verformungen der nachgiebigen Erhebungen zu folgen. Während das durch beispielsweise spiralförmig aufsteigende Leitbahnen gewährleistet ist, sind deren Übergänge von der Oberfläche des Bauelements auf die nachgiebige Erhebung problematisch. Insbesondere das Zusammenpressen während des beschriebenen Fügeprozesses führt zu Verformungen der nachgiebigen Erhebung, so dass während des Prozesses der Umfang des Gebildes im mittleren Bereich verändert ist und die Leitbahn infolge dessen am Fußpunkt mechanisch überlastet wird, was zum Bruch der Leitbahn und zum Ausfall des Kontaktes führen kann.

Um die Ausbildung eines solchen kritischen Fußpunktes gänzlich zu vermeiden, ist beispielsweise in US 5,685,885 anstelle der diskreten nachgiebigen Erhebungen eine komprimierbare Schicht vorgesehen, welche die Oberfläche des Chips bedeckt, auf der dessen Kontakt-Pads angeordnet sind, und die diese Kontakt-Pads frei lässt. Die komprimierbare Schicht wiederum umfasst weitere Kontakt-Pads, über die die Integration des Chips mittels Lot oder leitfähigem Kleber realisiert wird. Die elektrische Verbindung zwischen den Kontakt-Pads des Chips und denen der komprimierbaren Schicht wird über bogenförmig geführte, flexible Leiter hergestellt, die zum Schutz jeder einzeln einschließlich des jeweiligen Kontakt-Pads des Chips verkapselt sind.

Eine derartige, aufwändige Anordnung hat neben dem höheren Platzbedarf und der Notwendigkeit, ein weiteres Element zur Umverdrahtung der Chip-Anschlüsse einzufügen, den wesentlichen Nachteil, dass verschiedene zusätzliche Verfahrensschritte erforderlich sind, die jeder für sich weitere Zuverlässigkeitsprobleme mit sich bringen können und einen ho hen Kosten- und Zeitaufwand erfordern.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welches zuverlässige elektrische Verbindungen zwischen den der Integration des Bauelements in eine elektronische Schaltung dienenden Kontakten und den primären Kontakten des Bauelements aufweist und dabei kostengünstig mit den bekannten Verfahrensschritten herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe anordnungsseitig dadurch gelöst, dass zumindest eine nachgiebige Erhebung des elektronischen Bauelements in ihrem unteren Abschnitt einen Ausläufer in Form eines, bezogen auf den Grundriss der Erhebung, asymmetrischen Vorsprungs aufweist, der sich zumindest in dem Bereich erstreckt, in welchem die Leitbahn von der Oberfläche des elektronischen Bauelements auf die Mantelfläche der nachgiebigen Erhebung übergeht und dass die Mantelfläche des Ausläufers entlang des Pfades der Leitbahn einen Anstieg aufweist, der in jedem Punkt positiv ist und geringer ist, als der mittlere Anstieg der Mantelfläche der nachgiebigen Erhebung.

Einen Ausläufer im Sinne der Erfindung bildet ein die bekannte Hügelform in eine Richtung, also, asymmetrisch erweiternder räumlich Teil der Erhebung, der im Grundriss betrachtet eine Ausbeulung eines Abschnittes des Erhebungsumfangs und im Vertikalschnitt betrachtet eine asymmetrische Ergänzung der meist symmetrischen Hügelform mit einer Höhe gleich oder kleiner der Höhe der zugrundeliegenden hügelförmigen Erhebung darstellt.

Aufgrund des Benetzungsverhaltens der Materialien des Bauelements und der nachgiebigen Erhebung wird der Übergang von einem auf das andere in der Praxis nicht gleitend, also mit allmählich ansteigendem Anstieg ausführbar sein, sondern stets einen Sprung darstellen, der um so größer ist, je weiniger Platz für die Erhebung zur Verfügung steht und deshalb ist der Flankenanstieg der Erhebung umso steiler. Aus diesem Grund wird im Bereich des erfindungswesentlichen Ausläufers der nachgiebigen Erhebung dieser Sprung im Anstieg auf zwei Übergänge aufgeteilt und somit die Gefahr des Knickens während des Zusammenpressens im Rahmen des üblichen Fügeprozesses von Bauelement und dem zweiten Fügepartner verhindert.

Erfindungswesentlich ist dabei, dass infolge der Anordnung des Ausläufers die nachgiebige Erhebung einen zur auf der Kuppe angeordneten elektrischen Kontaktfläche asymmetrischen Grundriss aufweist und sich dabei der asymmetrische Vorsprung in die Richtung erstreckt, aus der die Leitbahn auf die Mantelfläche der nachgiebigen Erhebung trifft. Diese asymmetrische Form der Erhebung führt im Zusammenhang mit dem flacheren Anstieg im Bereich des Ausläufers dazu, dass das Zusammenpressen der Erhebung in Richtung der Oberfläche des Bauelements nur im Bereich außerhalb des Ausläufers zu der erwähnten blasenartigen Verformung kommt und der Ausläufer selbst lediglich an Höhe verliert. Da der Ausläufer erfindungsgemäß in dem Abschnitt der nachgiebigen Erhebung angeordnet ist, in dem die Leitbahn auf die Erhebung trifft, wird die Leitbahn nicht mehr am Übergang auf den Ausläufer geknickt, sondern steigt lediglich flacher an.

Die Reduzierung des Bereichs mit geringerem Anstieg lediglich auf einen Ausläufer der Erhebung ermöglicht darüber hinaus, dass dennoch die üblichen geringen Rasterweiten der Anordnung der nachgiebigen Erhebungen des elektronischen Bauteils beibehalten werden können, da sich Ausläufer in die Rasterzwischenräume erstrecken können, die den erforderlichen Platzbedarf gewährleisten. Die Leitbahnen sind durch entsprechende Strukturierung der in einer Ebene ausgeführten Umverdrahtung dementsprechend anpassbar.

Weist der Ausläufer der nachgiebigen Erhebung des erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements, entsprechend einer besonders günstigen Ausführungsform, eine Höhe auf, die ein Drittel bis ein Halb der Höhe der nachgiebigen Erhebung beträgt, so bewirkt der Ausläufer gewissermaßen eine ungefähre Halbierung der Anstiegsänderung beim Übergang der Leitbahn von der Oberfläche des Bauelements auf die Erhebung. Die übrige Anstiegsanpassung erfolgt bei dem zweiten Übergang, vom Ausläufer auf den oberen Abschnitt der Erhebung. Erfolgt außerdem die Kompression der nachgiebigen Erhebungen auf eine Höhe, die größer ist als die Höhe des Ausläufers, so wird der Ausläufer und somit auch der Verlauf der Leitbahn auf dem Ausläufer durch die Kompression nur unwesentlich beeinflusst, wodurch die Zuverlässigkeit der elektrischen Kontakte entscheidend verbessert wird.

Besondere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass entweder alle Ausläufer einer Anordnung von nachgiebigen Erhebungen die gleiche Form und Größe aufweisen und/oder in gleicher Weise ausgerichtet sind oder dass die Ausläufer einer Anordnung von nachgiebigen Erhebungen hinsichtlich ihrer Größe und/oder Form und/oder Ausrichtung entsprechend der Wirkungsrichtung der im Lastfall auftretenden Scherspannungen angeordnet sind.

Durch gezielte Zuverlässigkeitstest der Lötverbindungen oder andere geeignete Maßnahmen kann eine Belastungsverteilung über die Anordnung der nachgiebigen Erhebungen eines elektronischen Bauelements ermittelt und die Anordnung und/oder die seitliche Ausdehnung der einzelnen Ausläufer einer Anordnung festgelegt werden, um gegebenenfalls Spannungsspitzen gezielt zu begegnen.

Auftretende Scherspannungen bewirken zum Beispiel eine seitliche Verschiebung der nachgiebigen Erhebung, was im ungünstigsten Fall, sofern die Scherspannung in Richtung des Ausläufers wirkt, dazu führen kann, dass auch im Bereich des Ausläufers und somit der Leitbahn die den Knick der Leitbahn verursachenden blasenartigen Verformung auftritt. In diesem Fall können die betreffenden Lötverbindungen wieder zuver lässig ausgeführt werden, wenn der Ausläufer beispielsweise entgegen der Wirkungsrichtung der Scherspannung, bezogen auf den Mittelpunkt der nachgiebigen Erhebung, positioniert ist und so nicht in Richtung der Leitbahn gestaucht wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Leitbahn nach dem Übergang von der Oberfläche des elektronischen Bauelements auf die Mantelfläche des Ausläufers auf der gemeinsamen Mantelfläche von Ausläufer und Erhebung spiralförmig aufsteigend ausgebildet. In diesem Fall wird die Leitbahn nicht auf dem Kamm des Ausläufers aufsteigen, was einer günstigen Ausführung entspricht, aber nicht erforderlich ist, solange die beschriebene Vermittlung des Anstiegs auch im Zusammengepressten Zustand gewährleistet ist. Durch das spiralförmige Ansteigen vermag die Leitbahn selbst Zugbeanspruchungen insbesondere durch Scherspannungen aufzunehmen, was zu einer weiteren Verbesserung der Zuverlässigkeit der Lötverbindung führt.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die nachgiebigen Erhebungen auch aus einem Elastomer oder aus einem Silicongummi gebildet sind. Das verwendete Material muss in jedem Fall eine gummielastische Dehnbarkeit gewährleisten, die auch unter wechselnder Temperaturlast ein Zusammenpressen in flächennormaler Richtung und ebenso, gegebenenfalls gleichzeitig ein Verschieben der elektrischen Kontaktfläche auf seiner Kuppe in lateraler Richtung ermöglicht, ohne dass die nachgiebige Erhebung selbst bricht oder von der Oberfläche des Bauelements abreißt.

Ebenso ist es sowohl möglich, dass das elektronische Bauelement ein Halbleiterbauelement ist, oder dass es ein Polymerbauelement ist. Den jeweiligen Anschlussbedingungen des betreffenden elektronischen Bauelements zufolge kann demnach auch die Ausbildung der elektrischen Kontaktfläche auf der Kuppe der nachgiebigen Erhebung angepasst sein. So sind ein leitender Stift oder eine leitende Kugel ebenso möglich, wie elektrisch leitender Kleber.

Verfahrenstechnisch erfolgt das Aufbringen der nachgiebigen Erhebungen durch Druckprozesse mittels Lochschablonen, ähnlich wie beim Siebdruck. Dieses Verfahren ist ein erprobtes und vor allem kostengünstiges Verfahren, bei dem durch gebräuchliche Prozesssteuerung und entsprechende Materialvarianz die Eigenschaften der Erhebungen entsprechend dem Anwendungsfall einstellbar sind. Die bisher bekannten hügelförmigen Erhebungen werden durch zumindest zwei aufeinander folgende derartige Druckprozesse hergestellt, indem mit vorzugsweise einer Schablone im ersten Prozess der Ausgangsstoff mit gleicher oder niedrigerer Viskosität gedruckt wird und infolge seiner Fließeigenschaften der untersten Schicht auf der Oberfläche des Bauelements und/oder infolge der niedrigeren Viskosität diese erste Schicht mit einer Ausdehnung größer als die Schablonenöffnung entsteht. Auf diese erste Schicht wird zumindest eine weitere aufgetragen, wobei das Verfließen dieser Schicht aufgrund der nunmehr als Unterlage dienenden ersten Schicht und/oder aufgrund der niedrigeren Viskosität des in diesem Prozess verwendeten Materials geringer ist als das bei der ersten Schicht und somit die zweite Schicht eine geringere Ausdehnung als die erste aufweist. Auf diese Weise werden gegebenenfalls weitere Schichten mit jeweils abnehmender Ausdehnung aufgebracht, bis die erforderliche Höhe der nachgiebigen Erhebung erreicht ist und was zu der gewünschten hügelartigen Gestalt führt.

Dieses Verfahren ist auch weiterhin für die Herstellung der erfindungsgemäßen nachgiebigen Erhebungen anwendbar, sofern zumindest die erste Schablone derart geändert wird, dass deren Öffnung den Grundriss der Erhebung einschließlich des sich in der bevorzugten Richtung ausdehnenden Ausläufers aufweist. Hierbei ist es ebenso möglich, die Öffnungsgröße der derart modifizierten Lochschablone entsprechend der Verwendung eines niederviskoseren Ausgangsmaterials kleiner zu wählen, als die Erhebung im fertigen Zustand einnehmen soll, oder auch die Öffnung größer und nahezu der fertigen Abmessungen der Erhebung entsprechend zu wählen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend der Merkmale des Anspruchs 11 erfolgt das Aufbringen der Erhebung in zumindest zwei aufeinander folgenden Druckprozessen mittels zweier Lochschablonen, wobei die erste Lochschablone des ersten Druckprozesses und die zweite Lochschablone des zweiten Druckprozesses korrespondierende Öffnungen aufweisen und sich die Öffnungen der ersten Lochschablone von den Öffnungen der zweiten Lochschablone dadurch unterscheiden, dass ein grundsätzlicher Durchlass einheitlicher Form in der ersten Lochschablone durch einen weiteren, den grundsätzlichen Durchlass asymmetrisch überlappenden Durchlass ergänzt ist und die Mittelpunkte der eine gemeinsame Öffnung bildenden Durchlässe verschoben zueinander angeordnet sind.

Bei den sich gegenseitig überlappenden Durchlässen der ersten Lochschablone kann es sich um einfache geometrische Figuren handeln, die in der Draufsicht beispielsweise eine nasenartige Erweiterung des grundsätzlichen Durchlasses ergeben. Indem dieser grundsätzliche Durchlass auch in der zweiten und gegebenenfalls weiteren Lochschablonen und darüber hinaus korrespondierend im Sinne von übereinstimmenden Mittelpunkten vorhanden ist, bildet diese Nase entsprechend der eingestellten Viskosität des Ausgangsstoffes des ersten Prozesses den Ausläufer in der gewünschten Ausdehnung und vor allem mit dem gewünschten niedrigeren Anstieg.

Hierbei ist es von besonderer Bedeutung, die Überlappung der beiden Durchlässe so groß zu wählen, dass im Horizontalschnitt betrachtet die Oberfläche des Ausläufers einen Verlauf hat, der stets einen Anstieg mit einheitlichem Vorzeichen aufweist, bei entsprechend geführtem Schnitt vorzugsweise einen positiven Anstieg.

Das Ausnutzen des veränderten Fließverhaltens in Abhängigkeit von der Unterlage und die Wahl eines Ausgangsstoffes mit niedrigerer Viskosität hat den Vorteil, dass der grundsätzliche Durchlass für die erste und jede weitere Schablone die gleiche Form und Abmessung haben kann und lediglich in der ersten Schablone der überlappende Durchlass zugefügt werden muss.

Die Herstellung der sich als günstig erwiesenen hügelartigen Form der nachgiebigen Erhebung mit einem nasenartigen Ausläufer wird in einem besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Verfahren erzielt, indem die grundsätzlichen Durchlässe der ersten Schablone durch asymmetrisch überlappende Durchlässe in Form einer Ellipse ergänzt werden und die grundsätzlichen Durchlässe der zweiten Schablone die gleichen konzentrische Kreise mit gleicher Positionierung sind, wie die der ersten Lochschablone. Entsprechend der beschriebenen Prämissen der Anordnung der einzelnen Durchlässe sollte in der den Ausläufer bildenden Schablone der Mittelpunkt der Ellipse vorzugsweise auf dem äußeren Drittel bis Viertel des Radius des grundsätzlichen, kreisförmigen Durchlasses positioniert sein. Hierbei kann die Festlegung der Richtung, in welcher die beiden Durchlässe gegeneinander verschoben werden, wie bereits dargestellt entsprechend der Spannungsverteilung erfolgen, die auf den einzelnen nachgiebigen Erhebungen der Anordnung des Bauelements vorhanden sind.

Ebenso ist es wiederum möglich, dass die Verschiebungen der Mittelpunkte der Durchlässe in der ersten Lochschablone für alle nachgiebigen Erhebungen des elektronischen Bauteils die gleiche Richtung und/oder den gleichen Betrag aufweisen, was bei zumindest nahezu einheitlicher Spannungsverteilung beispielsweise bei kleinen Bauelementen der Fall sein wird.

Selbstverständlich ist es in jeder der beschriebenen Ausführungsformen ebenso möglich, den Ausläufer in mehreren aufeinander folgenden Druckschritten herzustellen, entweder mit einer einheitlichen Schablone und unterschiedlichem Verfließen der Druckstoffe oder mit Schablonen, die unterschiedliche Öffnungsgrößen bei korrespondierender Lage der Öffnungen aufweisen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in
1a) und b) die schematische Darstellung eines Horizontalschnittes durch ein elektronisches Bauelement der vor bekannten Art im unbelasteten und komprimierten Zustand,
2a) und b) die schematische Darstellung eines Horizontalschnittes durch ein erfindungsgemäßes elektronisches Bauelement im unbelasteten und komprimierten Zustand,
3a) und b) die Draufsicht auf einen Ausschnitt der ersten und einer weiteren Lochschablone zur drucktechnischen Herstellung von im Raster angeordneten nachgiebigen Erhebungen und
4a) bis d) die Herstellung nachgiebiger Erhebungen mit Leitbahnen und elektrischen Kontaktflächen in vier Arbeitsschritten.
In 1a) ist ein elektronisches Bauelement entsprechend dem Stand der Technik dargestellt, welches das Bauelement 1 in Form eines Halbleiter- oder Polymerbauelements, von einer isolierenden Schicht 2 bedeckt, umfasst und auf dessen einer Oberfläche 3 sich eine symmetrische, hügelförmige Erhebung 4 aus nachgiebigem Material erstreckt. Eine auf der Oberfläche 3 des Bauelements 1 oberhalb der isolierenden Schicht 2 verlaufende Leitbahn 5 setzt sich auf der Flanke der nachgiebigen Erhebung 4 fort und endet in der die Kuppe der Erhebung 4 flächig bedeckenden elektrischen Kontaktfläche 6.
1b) stellt diese nachgiebige Erhebung 4 im komprimierten Zustand dar, wie er bei Füge-, Test- und Burn-In-Prozessen zur Integration des elektronischen Bauelements auftritt, wobei die Kompression im dargestellten Beispiel auf etwas mehr als die Hälfte der ursprünglichen Höhe erfolgt ist. Infolge der Kompression hat sich die nachgiebige Erhebung 4 verformt und die Gestalt einer flach gedrückten Blase angenommen. Aufgrund dieser Verformung ist die hügelartige, elektrische Kontaktfläche 6 zu einer planen Fläche umgeformt und weist die Leitbahn 5, deren Verlauf auf der Flanke der Erhebung 4 sich ebenfalls der neuen Form der Erhebung 4 angepasst hat, im Übergang von der Oberfläche 3 des Bauelements 1 zur Flanke der Erhebung 4 einen Knick auf, der Ursache für eine Unterbrechung der Leitbahn 5 sein kann.
2a) stellt ein erfindungsgemäßes elektronisches Bauelement, eine asymmetrische nachgiebige Erhebung 4 aufweisend, dar. Auf der Oberfläche 3 des Bauelements 1, welches wiederum von einer isolierenden Schicht 2 bedeckt ist, erstreckt sich die nachgiebige Erhebung 4. Sie weist seitlich einen Ausläufer 7 und auf der Kuppe die elektrische Kontaktfläche 6 auf. Der Ausläufer 7 hat im Vergleich zur gesamten Erhebung 4 eine wesentlich flachere, ausgedehnte Form, was zur Folge hat, dass die Leitbahn 5, die von der Oberfläche 3 des Bauelements 1 dem Kamm des Ausläufers 7 folgend bis zur elektrischen Kontaktfläche 6 verläuft, nahezu kontinuierlich ansteigt.
Wie in 2b) dargestellt, behält die Leitbahn 5 auch im komprimierten Zustand der nachgiebigen Erhebung 4 diesen im wesentlichen kontinuierlichen Anstieg bei, da die Höhe des Ausläufers 7 im unkomprimierten Zustand unterhalb der Endhöhe der Kompression liegt und die blasenartige Verformung bei den üblichen Kompressionen nur an der steilen Flanke der Erhebung 4 zu beobachten ist.
Die Ausschnitte zweier Lochschablonen 9, 10, im folgenden Schablonen genannt, die der Herstellung von in 2a) dargestellten nachgiebigen Erhebungen 4 dienen, sind in den 3a) und 3b) ersichtlich. Beide Schablonen 9, 10 weisen als grundsätzliche Durchlässe 11 vier gleichmäßig und rasterartig angeordnete kreisrunde Öffnungen auf, die auf beiden Schablonen 9, 10 außerdem gleich positioniert sind. Diese grundsätzlichen Durchlässe 11 sind in der ersten Schablone 9 gemäß 3a) jeweils durch einen elliptischen, den grundsätzlichen Durchlass 11 überlappenden Durchlass 12 ergänzt. Der überlappende Durchlass 12 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen maximalen Ellipsenradius, der ungefähr dem Radius des grundsätzlichen Durchlasses 11 entspricht. Der überlappende Durchlass 12 ist dabei stets so angeordnet, dass sich sein Mittelpunkt ca. auf einem der beiden Schnittpunkte des Umfanges des grundsätzlichen Durchlasses 11 mit seiner horizontalen Achse befindet. Dabei ist jeweils für zwei in einer senkrechten Reihe angeordnete Öffnungen der gleiche Schnittpunkt gewählt, so dass die Öffnungen einer Reihe denen der zweiten Reihe spiegelbildlich entsprechen und die Ausläufer 7 auf der der zweiten Reihe abgewandten Seite liegen. Die zweite Schablone 10 in 3b) weist außer den grundsätzlichen 11 keine überlappenden Durchlässe 12 auf.
Die Lochschablonen 9, 10 gemäß den 3a) und b) dienen als Druckschablone für das drucktechnische Aufbringen der nachgiebigen Erhebungen 4 in drei aufeinander abgestimmten Prozessschritten, deren Ergebnisse in den 4a) bis c) dargestellt sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein elektronisches Bauelement, beispielsweise ein Halbleiterchip, auf seiner aktiven Seite mit einer isolierenden Schicht 2, in diesem Fall einer Passivierungsschicht, in bekannter und nicht näher dargestellten Art überzogen, wobei die in der Abbildung nicht dargestellten primären Kontakte des Chips frei bleiben. Auf der Oberfläche 3 der isolierenden Schicht 2, die gleichzeitig die Oberfläche des elektronischen Bauelements darstellt, wird mittels der ersten, in 3a) ersichtlichen Lochschablone 9 eine erste Schicht 13 der nachgiebigen Erhebung 4 aufgebracht. Durch gezielte Einstellung der Viskosität des Ausgangsmaterials, beispielsweise eines Silicongummis, werden die Abmessungen und die Höhe der Erhebung 4 im Endzustand bestimmt, da so das Verlaufen des Ausgangsstoffes bis zur gewünschten Verfestigung gezielt ausgenutzt wird.
In einem zweiten Druckschritt mittels der zweiten, in 3 b) dargestellten Lochschablone 10, die so positioniert wird, dass deren kreisrunde Öffnungen mit den Positionen der kreisrunden grundsätzlichen Durchlässe 11 der ersten Schablone 9 übereinstimmen, wird eine die Erhebung 4 weiter ausbildende zweite Schicht 14 aufgebracht. Hierbei wird die gleiche Silicongummimasse wie für die erste Schicht verwendet, jedoch verläuft diese zweite Schicht 14 auf der ersten Schicht 13 weniger als auf der Oberfläche des elektronischen Bauelements 11, so dass die zweite Schicht 14 auf jeder Erhebung 4 kleinere Abmessungen als die erste Schicht 13 aufweist.
In einem diesem zweiten Schritt entsprechenden dritten Druckprozess wird nochmals mit der zweiten Lochschablone 10 in der gleichen Position, eine dritte 15, die Kuppe der Erhebungen bildende Schicht des gleichen Silicongummis aufgetragen. Aufgrund des wiederum verringerten Verfließens dieser dritten Schicht 15 weist diese ebenfalls geringere Abmessungen als die vorige, zweite Schicht 14 auf. Somit sind hügelförmige, nachgiebige Erhebungen 4 hergestellt, die ungefähr in ihrem unteren Drittel jeweils einen flach ansteigenden Ausläufer 7 aufweisen.
Mittels bekannter und geeigneter Metallisierungs- und Strukturierungsverfahren werden die elektrischen Kontaktflächen 6 einschließlich einer flächigen Metallisierung auf die Oberfläche 3 des Bauelements und auf fläche 3 des Bauelements und auf die nachgiebigen Erhebungen 4 aufgebracht und derart strukturiert, dass die Leitbahnen 5 ausgebildet sind, welche die elektrische Verbindung zwischen den nicht dargestellten, primären Kontakten des elektronischen Bauelements und den elektrischen Kontaktflächen 6 auf den Kuppen der nachgiebigen Erhebungen 4 herstellen (4d)).

1: Bauelement
2: isolierende Schicht
3: Oberfläche
4: Erhebung
5: Leitbahn
6: elektrische Kontaktfläche
7: Ausläufer
8: Kompressionsendhöhe
9: erste Lochschablone
10: zweite Lochschablone
11: grundsätzlicher Durchlass
12: überlappender Durchlass
13: erste Schicht
14: zweite Schicht
15: dritte Schicht

Claims

Elektronisches Bauelement mit elektrische Kontaktflächen aufweisenden nachgiebigen Erhebungen zur Kontaktierung des Bauelements mit einer elektronischen Schaltung, wobei die nachgiebigen Erhebungen auf einer Oberfläche des Bauelements und die elektrischen Kontaktflächen auf der Spitze der nachgiebigen Erhebungen angeordnet sind, der elektrische Kontakt zur elektronischen Schaltung mittels auf der Oberfläche des Bauelements angeordneter, elektrischer Leitbahn ausgeführt ist und die Leitbahn auf der Mantelfläche der nachgiebigen Erhebungen zu den elektrischen Kontaktflächen aufsteigen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine nachgiebige Erhebung (4) in ihrem unteren Abschnitt einen Ausläufer (7) in Form eines, bezogen auf den Grundriss der Erhebung, asymmetrischen Vorsprungs aufweist, der sich zumindest in dem Bereich erstreckt, in welchem die Leitbahn (5) von der Oberfläche (3) des elektronischen Bauelements (1) auf die Mantelfläche des Ausläufers (7) der nachgiebigen Erhebung (4) übergeht und dass die Mantelfläche des Ausläufers (7) entlang des Pfades der Leitbahn (5) einen Anstieg aufweist, der in jedem Punkt positiv ist und geringer als der mittlere Anstieg der Mantelfläche der nachgiebigen Erhebung (4).
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausläufer (7) eine Höhe aufweist, die ein Drittel bis ein Halb der Höhe der nachgiebigen Erhebung (4) beträgt.
Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Ausläufer (7) einer Anordnung von nachgiebigen Erhebungen (4) die gleiche Form und Größe aufweisen.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ausläufer (7) einer Anordnung von nachgiebigen Erhebungen (4) bezogen auf die Anordnung in gleicher Weise ausgerichtet ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausläufer (7) einer Anordnung von nachgiebigen Erhebungen (4) hinsichtlich ihrer Größe und/oder Form und/oder Ausrichtung entsprechend der Wirkungsrichtung der im Lastfall auftretenden Scherspannungen angeordnet sind.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbahn (5) nach dem Übergang von der Oberfläche (3) des elektronischen Bauelements (1) auf die Mantelfläche des Ausläufers (7) auf der gemeinsamen Mantelfläche von Ausläufer (7) und Erhebung (4) spiralförmig aufsteigend ausgebildet ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebigen Erhebungen (4) aus einem Elastomer gebildet sind.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebigen Erhebungen (4) aus einem Elastomer auf Siliconbasis gebildet sind.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (1) ein Halbleiterbauelement ist.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (1) ein Polymerbauelement ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 10 indem die nachgiebigen Erhebungen in zwei aufeinander folgenden Druckprozessen unter Verwendung einer ersten Lochschablone für den ersten Druckprozess und einer zweiten Lochschablone für den zweiten Druckprozesses aufgebracht werden und die beiden Lochschablonen korrespondierende Öffnungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnungen der ersten Lochschablone (9) von den korrespondierenden Öffnungen der zweiten Lochschablone (10) dadurch unterscheiden, dass ein grundsätzlicher Durchlass (11) einheitlicher Form in der ersten Lochschablone (9) durch einen weiteren, den grundsätzlichen Durchlass (11) asymmetrisch überlappenden Durchlass (12) ergänzt ist, wobei die Mittelpunkte der eine gemeinsame Öffnung bildenden Durchlässe (11, 12) verschoben zueinander angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die grundsätzlichen Durchlässe (11) der ersten (9) und zweiten (10) Schablone konzentrische Kreise sind und der asymmetrisch überlappende Durchlass (12) der ersten Lochschablone (9) eine Ellipse ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebungen der Mittelpunkte der Durchlässe (11, 12) in der ersten Lochschablone (9) für alle elastischen Erhebungen (4) des elektronischen Bauteils die gleiche Richtung und/oder den gleichen Betrag aufweisen.