DE19528062C2 - Lösbare elektrische Verbindung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine lösbare elektrische Verbindung zwischen einem elektri
schen oder elektronischen Bauelement und einem Substrat, insbesondere zum Ge
brauch in der Mikroelektronik.
Heutzutage bekannte Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung sind
beispielsweise Löten, Schweißen, Crimpen, Einpressen, Schneid-Klemm-Verbin
den, Wire-Bonden, Leitkleben oder ähnliches. Diese Verfahren weisen neben ihren
Vorteilen eine Reihe von Nachteilen auf, wie beispielsweise die Belastung der zu ver
bindenden Partner durch Temperatur (Löten, Schweißen . . .), Krafteinwirkung (Ein
pressen), Ablegierungserscheinungen beim Verbindungsprozeß, Umweltbelastung
beim Herstellen der Verbindung bzw. beim Recyceln der entsprechenden Baugrup
pen, schlechte Lösbarkeit der Verbindung beim Reparieren, bzw. beim Recyceln der
Baugruppen, mangelnde Elastizität der Verbindung bei Relativbewegungen der Ver
bindungspartner zueinander, sowie die zeitlichen und maschinellen Aufwendungen
zum Herstellen der Verbindung, oder auch die mangelnde Dauerfestigkeit der Verbin
dung (Leitkleber).
Bei der Fertigung von Baugruppen in der Halbleitertechnik wird heutzutage zuneh
mend auf die Recycelfähigkeit einer ausgedienten Baugruppe geachtet. Hierbei wird
insbesondere auf die einfache Trennung der Verbindungspartner, auf die Wiederver
wendbarkeit der elektrischen und elektronischen Bauelemente, sowie auf die Wieder
verwendung von für die elektrische Verbindung notwendigen Hilfsstoffen geachtet. In
diesem Zusammenhang muß beispielsweise ein Verbot bestimmter Materialien, z. B.
Blei, in bestimmten Ländern beachtet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lösbare elektrische Verbindung bereit
zustellen, bei deren Herstellung sowohl die elektrischen oder elektronischen Bauele
mente als auch das Substrat keiner Temperaturbelastung unterworfen werden. Im
Betrieb auftretende äußere Belastungen durch Kräfte auf Substrat und/oder elektro
nisches Bauteil sowie eine Relativbewegung zwischen Substrat und elektronischem
Bauteil z. B. aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen sollen zu keiner
mechanischen Belastung der elektrischen Verbindung führen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die gewünschten Anforderungen für
die elektrische Verbindung durch folgenden Verbindungsaufbau gegeben sind:
Die jeweils zu einem Bauelement und einem Substrat gehörigen Kontaktiermittel wer
den in einem vorbestimmten Abstand zueinander plaziert, weisen jeweils eine flächig
ausgebildete hartmagnetisch und elektrisch leitende Schicht auf, die jeweils gegen
überliegend entgegengesetzt magnetisch gepolt ist, wobei eine Vielzahl von magne
tisch und elektrisch leitenden Leitpartikeln derart zwischengelagert ist, daß der vorbe
stimmte Abstand ausgefüllt wird. Durch den Kontakt der elektrisch leitenden
Leitpartikel wird die elektrische Verbindung hergestellt. Eine derartige, aus einer Viel
zahl von magnetischen Brücken bestehende elektrische Verbindung, ist mit vielen
Vorteilen verbunden. So entfällt zunächst eine Temperaturbelastung der Verbin
dungspartner im Gegensatz zu einer Löt- und/oder Schweißverbindung. Weiterhin
lassen sich die im Stand der Technik genannten Nachteile eliminieren oder mildern.
Eine beispielsweise im Betrieb der Bauelemente auftretende mechanische Belastung
durch die starren elektrischen Verbindungen zum Substrat können durch die erfin
dungsgemäße elektrische Verbindung unterbunden werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die einheitliche Polung der hart
magnetischen Schicht am Bauelement vor, so daß die Magnetisierung der entspre
chenden Kontaktmittel durch ein einziges übergreifendes Magnetfeld geschehen
kann. Dementsprechend muß die Polung der hartmagnetischen Schichten an den
Kontaktiermitteln des Substrates ebenfalls einheitlich, aber entgegengesetzt sein.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht die teilweise oder vollständige Abdec
kung der hartmagnetischen Schicht mit einer elektrisch leitenden Schicht vor, so daß
ein elektrischer Kontakt mittelbar über die hartmagnetischen Schichten bzw. direkt zu
darunterliegenden elektrischen Leitern (Leiterbahnen, Anschlußflecken, . . .) herge
stellt wird. Dieser Aufbau läßt den Einsatz von hartmagnetischen Schichten zu, die
aus einem hartmagnetischen Material bestehen, das korrosionsanfällig oder nicht
elektrisch leitend sein kann.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft den Aufbau der Leit
partikel. Um beim Aufbau der Leitpartikel ebenfalls unabhängig von den Material
kennwerten des magnetischen Kerns zu sein, werden die Leitpartikel mit einer elek
trisch leitenden Umhüllung versehen. Diese ist derart ausgelegt, daß die Wirkung des
magnetischen Kernes nach außen hin nicht beeinträchtigt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen
werden.
Im folgenden wird anhand von schematischen Figuren ein Ausführungsbeispiel be
schrieben.
Fig. 1 zeigt den Aufbau des Leitpartikels 5
Fig. 2 zeigt die Schnittdarstellung einer lösbaren elektrischen Verbindung zwi
schen einem Bauelement 13 und einem Substrat 14.
Die erfindungsgemäße lösbare elektrische Verbindung sieht vor, daß die elektrisch
leitende Verbindung durch magnetische Partikel, im folgenden als Leitpartikel be
zeichnet, zustande kommt. Diese Partikel weisen eine elektrisch gut leitende Oberflä
che auf.
Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines solchen Leitpartikels 5. Der magnetische
Kern 8 ermöglicht die Ausbildung von magnetischen Brücken im Einflußbereich von
zwei entgegengesetzt gepolten hartmagnetischen Schichten 3,4. Zur Herstellung der
elektrischen Verbindung muß die Oberfläche eines Leitpartikels 5 elektrisch leitend
sein, so daß durch die Aneinanderlagerung einer Vielzahl von Leitpartikeln 5 die elek
trische Verbindung zustande kommt. Ist das Material des magnetischen Kernes 8 ein
schlechter elektrischer Leiter, so ist es zweckmäßig, eine Umhüllung 9 um den ma
gnetischen Kern eines Leitpartikels 5 zu legen, so daß eine elektrische Verbindung
zuverlässig herstellbar ist. Ferromagnetische Partikel zum Einsatz als Leitpartikel 5
sind marktverfügbar. Sie können beispielsweise eine Größe von 0,02 µm oder größer
aufweisen. Verfahren, mit denen solche Partikel mit einer gut leitenden, chemisch sta
bilen Oberfläche versehen werden können, sind hinlänglich bekannt. Als Umhüllung
9 ist Gold besonders vorteilhaft. Die Leitpartikel 5 stellen die elektrisch leitende Ver
bindung zwischen zwei gegenüberliegenden Kontaktiermitteln 1,2 von einem elektro
nischen Bauelement 13 und einem Substrat 14 her.
Die Kontaktiermittel 1, 2 sind folgendermaßen aufgebaut:
Auf einer elektrisch leitenden Grundschicht wie beispielsweise einer Leiterbahn 12 bzw. einem Anschlußflecken (Pad) 11, die in der Regel aus demselben Material beste hen wie zuführende Leiterbahnen, wird eine hartmagnetische Schicht 3, 4 aufge bracht. Dies kann beispielsweise durch Sputtern geschehen. So kann beispielsweise eine hartmagnetische Schicht aus Sm-T-Fe oder Sm-Co durch Sputtern bei Raum temperatur erzeugt werden. Eine derartige Schicht weist eine Koerzitivfeldstärke von bis zu 31 000 A/m sowie eine Remanenz von 0,4 Tesla auf. Je größer der Abstand 10 der Kontaktiermittel 1,2 zueinander ist, desto größer ist die Remanenz, die erforder lich ist, damit sich die Leitpartikel 5 zu magnetischen Brücken zwischen den Kontak tiermitteln ausbilden. Über den hartmagnetischen Schichten 3, 4 befindet sich jeweils eine elektrisch leitende Schicht 6, 7. Diese kann ebenfalls durch Sputtern oder galva nisches Abscheiden aufgebracht werden. Die Magnetisierung der hartmagnetischen Schichten 3 auf der Bauelementseite erfolgt in dem Sinne, daß die beiden sich gegen überliegenden Kontaktiermittel unterschiedliche Polarität aufweisen. Auf der Sub stratseite liegt somit eine entgegengesetzte Polarisierung wie auf der Bauelementsei te vor. In dem Kraftlinienfeld zwischen den beiden Kontaktiermitteln 1, 2 bilden die magnetischen Leitpartikel magnetische Brücken aus, so daß neben der magneti schen Verbindung auch eine elektrisch leitende Verbindung jeweils über die Oberflä chen der Leitpartikel 5 zwischen den Kontaktiermitteln 1, 2 zustande kommt.
Auf einer elektrisch leitenden Grundschicht wie beispielsweise einer Leiterbahn 12 bzw. einem Anschlußflecken (Pad) 11, die in der Regel aus demselben Material beste hen wie zuführende Leiterbahnen, wird eine hartmagnetische Schicht 3, 4 aufge bracht. Dies kann beispielsweise durch Sputtern geschehen. So kann beispielsweise eine hartmagnetische Schicht aus Sm-T-Fe oder Sm-Co durch Sputtern bei Raum temperatur erzeugt werden. Eine derartige Schicht weist eine Koerzitivfeldstärke von bis zu 31 000 A/m sowie eine Remanenz von 0,4 Tesla auf. Je größer der Abstand 10 der Kontaktiermittel 1,2 zueinander ist, desto größer ist die Remanenz, die erforder lich ist, damit sich die Leitpartikel 5 zu magnetischen Brücken zwischen den Kontak tiermitteln ausbilden. Über den hartmagnetischen Schichten 3, 4 befindet sich jeweils eine elektrisch leitende Schicht 6, 7. Diese kann ebenfalls durch Sputtern oder galva nisches Abscheiden aufgebracht werden. Die Magnetisierung der hartmagnetischen Schichten 3 auf der Bauelementseite erfolgt in dem Sinne, daß die beiden sich gegen überliegenden Kontaktiermittel unterschiedliche Polarität aufweisen. Auf der Sub stratseite liegt somit eine entgegengesetzte Polarisierung wie auf der Bauelementsei te vor. In dem Kraftlinienfeld zwischen den beiden Kontaktiermitteln 1, 2 bilden die magnetischen Leitpartikel magnetische Brücken aus, so daß neben der magneti schen Verbindung auch eine elektrisch leitende Verbindung jeweils über die Oberflä chen der Leitpartikel 5 zwischen den Kontaktiermitteln 1, 2 zustande kommt.
Die mechanische Verbindung der beiden Kontaktierpartner (Bauelement und Sub
strat) kann im allgemeinen nicht durch die magnetischen Kräfte der beschriebenen
Verbindung an den elektrischen Anschlüssen erfolgen. Hierfür ist es notwendig,daß
die beiden Kontaktierpartner durch gegenseitige Arretierung gegeneinander ausge
richtet und fixiert sind. Dies kann beispielsweise durch eine Klebung, durch mechani
sches Einrasten, durch die Verwendung eines Niederhalters oder durch andere me
chanische Verbindungsverfahren geschehen. Die hierbei aufzubringende Kraft ist im
Verhältnis zu Verbindungsverfahren aus dem Stand der Technik vernachlässigbar
klein.
Die magnetischen Leit
partikel 5 sind eine chemisch inerte (korrosionshemmende) Flüssigkeit eingebunden.
Somit ist ein wirksamer Korrosionsschutz hergestellt. Weiterhin wird die Hand
habung der Leitpartikel 5 verbessert, indem die Flüssigkeit reibungsmindernd wirkt.
Die reibungsmindernde Flüssigkeit wirkt sich auch vorteilhaft bei Relativbewegungen
der Kontaktiermittel zueinander aus. Außerdem erschwert die Flüssigkeit, daß sich
einzelne Leitpartikel 5 aus der Leitpartikelmenge zwischen den Kontaktiermitteln 1, 2
lösen. Derartige Flüssigkeiten sind beispielsweise Ester, Fluorcarbon oder ähnliche.
Dadurch wird die Aufbringung der Leitpartikel 5 mittels Dispenser möglich. Die Leit
partikel 5 bzw. deren Kern 8 können beispielsweise aus Weicheisen bestehen. In die
sem Fall haben sie weichmagnetischen Charakter, was damit verbunden ist, daß die
Restmagnetisierung der Leitpartikel 5 nach Wegnahme eines äußeren Magnetfeldes,
in diesem Fall dem zwischen den hartmagnetischen Schichten 3, 4, annähernd gleich
Null ist.
Die hartmagnetischen Schichten 3, 4 können ebenfalls aus Ferriten bestehen. Dies
sind keramische Materialien, die aus entsprechenden Komponenten gemischt sind,
so daß ihr magnetisches Verhalten genau bestimmbar ist.
Die Herstellung einer lösbaren elektrischen Verbindung entsprechend der Erfindung
kann wie folgt aussehen:
Auf ein Substrat mit magnetisierten Kontaktiermitteln werden die Leitpartikel durch
Schütten auf das Substrat und Verteilen durch Hin- und Herschütteln des Substrates
aufgebracht. Die überschüssigen Leitpartikel werden durch Abblasen oder Umdre
hen des Substrates entfernt.
Das Aufbringen der in einer Flüssigkeit befindlichen Leitpartikel auf ein Substrat kann
durch einen Dispenser oder durch Siebdrucken erfolgen.
Nach dem Aufbringen der Leitpartikel auf die Kontaktiermittel des Substrates können
die elektronischen Bauelemente beispielsweise analog zum derzeitigen Bauteile-Be
stücken montiert werden.
Die Vorteile der so hergestellten elektrischen Verbindung sind:
Das Herstellen der elektrischen Verbindung geschieht ohne thermische Belastung der Partner.
Das Herstellen der elektrischen Verbindung geschieht ohne thermische Belastung der Partner.
Die mechanische Belastung beim Herstellen der elektrischen Verbindung ist vernach
lässigbar klein.
Die elektrische Verbindung ist elastisch und gleicht Höhendifferenzen und Relativbe
wegungen zwischen gegenüberliegenden Kontaktiermitteln aus.
Die Herstellung der elektrischen Verbindung ist umweltfreundlich, da kein Blei ver
wendet wird und ein Waschen von Flußmittelresten gegenüber beispielsweise Lötver
bindungen nicht erforderlich ist. Eine ausgediente elektronische Baugruppe ist leicht
recycelbar, da die Verbindungspartner leicht voneinander gelöst werden können.
Die Leitpartikel einer ausgedienten elektronischen Baugruppe können wiederver
wendet werden.
Die Bauelemente einer ausgedienten elektronischen Baugruppe können ohne Tem
peraturbelastung separiert und einer Wieder- oder Weiterverwendung zugeführt wer
den.
Die Reparatur einer elektronischen Baugruppe wird durch die leicht lösbare und ein
fach wiederherstellbare elektrische Verbindung erleichtert.
Die elektrische Verbindung ist im Vergleich zu anisotropen Leitklebern hochstromfä
hig.
Im Vergleich zu herkömmlichen Leitklebern unterliegt die elektrische Verbindung kei
ner Alterung.
Claims (8)
1. Lösbare elektrische Verbindung
zwischen korrespondierenden elektrischen Kontaktiermitteln (1, 2) elektronischer
oder elektrischer Bauelemente (13) und einem Substrat (14), die jeweils derart
dreidimensional zueinander positioniert sind, daß sich korrespondierende
Kontaktiermittel (1, 2) mit ihren zu verbindenden Oberflächen in einem
vorbestimmten Abstand (10) gegenüberliegen, mit einer flächig ausgebildeten
hartmagnetisch und elektrisch leitenden Schicht (3, 4) auf jedem Kontaktiermittel
(1, 2), deren sich gegenüberliegende Oberflächen jeweils entgegengesetzt gepolt
sind, und einer Vielzahl von aus einem magnetischen und elektrisch leitenden
Material bestehenden Leitpartikeln (5), die zwischen korrespondierenden
Kontaktiermitteln (1, 2) plaziert sind, sich in einer Flüssigkeitsmatrix befinden und
den vorbestimmten Abstand (10) ausfüllen, wobei die Leitpartikel (5) aufgrund des
von gegenüberliegenden hartmagnetischen Schichten (3, 4) erzeugten
Magnetfeldes magnetische Brücken bilden und durch gegenseitigen Kontakt der
Leitpartikel (5) die elektrische Verbindung herstellen.
2. Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 1, worin die Flüssigkeit
korrosionshemmend ist.
3. Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Flüssigkeit
reibungsmindernde Eingenschaften aufweist.
4. Lösbare elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
worin die Polung der hartmagnetischen Schicht (3) für ein Bauelement an
sämtlichen Kontaktiermitteln (1, 2) gleich ist.
5. Lösbare elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
worin über den hartmagnetischen Schichten (3, 4) zusätzlich eine elektrisch
leitende Schicht (6, 7) aufgebracht ist, die einen elektrisch leitenden Kontakt
mittelbar über die Schichten (3, 4) oder direkt zu darunterliegenden elektrischen
Leitern aufweist.
6. Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 5, worin die elektrisch leitende
Schicht (6, 7) die äußere Oberfläche der hartmagnetischen Schicht (3, 4)
vollständig bedeckt.
7. Lösbare elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
worin die Leitpartikel (5) aus einem magnetischen Kern und einer elektrisch
leitenden Umhüllung (9) bestehen.
8. Lösbare elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
worin die Leitpartikel (5) bzw. deren Kern (8) aus einem weichmagnetischen
Material bestehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19528062A DE19528062C2 (de) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | Lösbare elektrische Verbindung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19528062A DE19528062C2 (de) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | Lösbare elektrische Verbindung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19528062A1 DE19528062A1 (de) | 1997-02-06 |
DE19528062C2 true DE19528062C2 (de) | 1998-04-09 |
Family
ID=7768296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19528062A Expired - Fee Related DE19528062C2 (de) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | Lösbare elektrische Verbindung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19528062C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10325541A1 (de) * | 2003-06-04 | 2005-01-13 | Infineon Technologies Ag | Elektronisches Bauteil, sowie Halbleiterwafer und Bauteilträger zur Herstellung des Bauteils |
EP2422593A2 (de) * | 2009-04-23 | 2012-02-29 | AGC Glass Europe | Elektronische struktur |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH509028A (de) * | 1969-01-21 | 1971-06-15 | Western Electric Co | Verfahren zur Positionierung eines elektrischen Schaltungselementes und Halterungselement zur Durchführung eines solchen Verfahrens |
-
1995
- 1995-07-31 DE DE19528062A patent/DE19528062C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH509028A (de) * | 1969-01-21 | 1971-06-15 | Western Electric Co | Verfahren zur Positionierung eines elektrischen Schaltungselementes und Halterungselement zur Durchführung eines solchen Verfahrens |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JP 3-231492 (A). In Patent Abstracts of Japan, E-1153, 13. Januar 1992, Bd. 16/Nr. 11 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19528062A1 (de) | 1997-02-06 |
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