DE19531970A1 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen zumindest zwei elektrischen Leitern, von denen einer auf einem Trägersubstrat angeordnet ist - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen zumindest zwei elektrischen Leitern, von denen einer auf einem Trägersubstrat angeordnet ist

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Description

Bei der Montage elektronischer und elektrischer Bauteile müs­ sen diese Bauteile regelmäßig mit Leitern oder Leiterbahnen elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden. Sol­ che Bauteile können neben Halbleiterchips auch Leitungsbau­ elemente wie beispielsweise gewickelte Spulen oder auf einem Trägersubstrat angeordnete planare Spulen sein. Zur Herstel­ lung kontaktloser Chipkarte kann beispielsweise als Zwischen­ produkt ein auf einem elektrisch leitenden Leadframe angeord­ neter Halbleiterchip mit einer auf einer Trägerfolie mittels Laminier- und Ätztechnik aufgebrachten planaren Antennenspule verbunden werden, indem sowohl der Chip als auch die Spule mit dem Leadframe verbunden werden.
Die Verbindung der zwei Metalle erfolgt hierbei üblicherweise mittels Druck durch ein geeignetes Werkzeug, wie beispiels­ weise einem Fügestempel, wobei vorzugsweise Ultraschall und/oder Wärme als zusätzliche Energiequelle genutzt werden. Das Werkzeug muß hierbei jedoch mit einem der zu verbindenden Partner in Kontakt kommen, wobei die Partner zwangsläufig auch miteinander in Kontakt sein müssen. Dabei stellt es ein Problem dar, wenn einer der Partner auf einem Trägersubstrat aufgebracht ist.
Bei auf dem Markt erhältlichen Lösungen ist es beispielsweise bekannt, im Trägersubstrat an den zu verbindenden Stellen ei­ nen Durchbruch vorzusehen, und durch diesen Durchbruch eine leitende Verbindung von der Ober- zur Unterseite des Träger­ substrats zu schaffen, so daß bei Druck auf die Oberseite der leitende Bereich der Unterseite mit dem zu verbindenden Mate­ rial in Kontakt kommt und sich dabei mit diesem verbindet.
Es ist auch bekannt, eine Leiterbahn auf dem Trägersubstrat über einen Durchbruch im Trägersubstrat hinwegzuführen. Das Fügewerkzeug deformiert dann bei Ausübung eines Drucks die Leiterbahn und führt sie durch den Durchbruch zum zu verbin­ denden Material.
In beiden beschriebenen Fällen muß jedoch das Trägersubstrat vorbereitet werden. Diese Vorbereitung, wie beispielsweise das Anbringen eines Durchbruchs, erfordert zum Teil einen sehr genau positionierten Bearbeitungsvorgang und ist daher generell mit zusätzlichen Kosten verbunden.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen zumindest zwei elektrischen Leitern, von denen einer auf einem Trä­ gersubstrat angeordnet ist, anzugeben, bei dem keine Vorbe­ reitung des Trägersubstrats erforderlich ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft bei Einsatz von Trägersubstraten mit niedriger Temperaturleitfä­ higkeit genutzt werden, da in erfindungsgemäßer Weise die gleiche Energiequelle, die für die mechanische Energieein­ bringung zur eigentlichen Verbindung der beiden elektrischen Leiter eingesetzt wird, auch für das Aufschmelzen des Trägersubstrats dient. Auf diese Weise ist es möglich, unter Aufschmelzen des Materials des Trägersubstrats, die beiden elektrischen Leiter ohne besondere Vorbereitung und Vorbehandlung des Trägers auf einfache und somit kostengün­ stige Weise miteinander zu verbinden. Diese erfindungsgemäße Art der Verbindungstechnik hat den besonderen Vorteil, daß der Prozeßablauf sehr einfach automatisierbar ist und dabei aufwendige Arbeitsschritte eingespart werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 und 2 eine erste Variante und
Fig. 3 und 4 eine zweite Variante des erfindungsge­ mäßen Verfahrens.
Gemäß Fig. 1 ist auf einer Unterlage 1 ein erster Fügepart­ ner 2, der beispielsweise ein Leadframe sein kann, angeord­ net. Ein zweiter Fügepartner besteht aus einem Trägersubstrat 3, auf dem eine Leiterbahn 4 beispielsweise in Form einer planaren Spule aufgebracht ist. Mittels eines Werkzeugs 5 soll diese Leiterbahn 4 mit dem ersten Fügepartner 2 verbun­ den werden. Hierzu wird Energie mittels Druck und Wärme und/oder Ultraschall zugeführt, so daß die beiden Fügepartner 2, 3′ und 4 miteinander in Kontakt kommen. Das Werkzeug 5 er­ wärmt dabei beim Aufsetzen auf den Leiter 4 über die Wärme- und/oder Ultraschalleinkopplung das darunterliegende Träger­ material 3. Bei entsprechendem Druck wird der Leiter 4 auf den darunterliegenden ersten Fügepartner 2 gedrückt und mit diesem verbunden. Diesen Zustand zeigt Fig. 2. Es wäre na­ türlich auch möglich, die zum Aufschmelzen des Trägermaterial als erforderliche Wärmeenergie mittels eines Laserstrahls zuzuführen.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der auf dem Trägersubstrat 3 aufgebrachte Leiter 4 direkt mit dem ersten Fügepartner 2 in Kontakt kommt und das Werk­ zeug 5 auf das Trägersubstrat 3 aufsetzt, ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Gleiche Elemente wie in den Fig. 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Fügestempel 5 erwärmt beim Aufsetzen auf den Substratträ­ ger 3 das Trägermaterial. Das schmelzende Trägermaterial 3 wird unter entsprechender mechanischer Krafteinkopplung ver­ drängt. Der Kontakt zum ersten Fügepartner 2 kann hergestellt und somit die eigentliche Metallverbindung eingeleitet wer­ den.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen abhängig von den geometrischen und materialspezifischen Kenngrößen der Leiter 2, 4 und des Trägersubstrats 3. Es ist ebenso möglich, mehrere elektrische Leiter auf entsprechenden Trägersubstra­ ten miteinander in einem Arbeitsschritt zu kontaktieren. Das Trägersubstrat sollte in vorteilhafter Weise einen möglichst geringen Schmelzpunkt und der elektrische Leiter auf dem Trä­ gersubstrat einen guten Wärmeleitwert aufweisen. Die zu ver­ bindenden Leiter sollten gut legierbare Oberflächen aufwei­ sen, um bei bereits geringer Temperatur eine Verbindung zu ermöglichen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen zu­ mindest einem mit einem ersten elektrischen Leiter gebildeten ersten Fügepartner (2) und einem auf einem Trägersubstrat (3) aufgebrachten und mit diesem einen zweiten Fügepartner bil­ denden zweiten Leiter (4) dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest zwei Fügepartner (2, 3 und 4) durch Zufüh­ ren von mechanischer Energie zu einem Werkzeug (5) mittels diesem zunächst in Kontakt gebracht werden und anschließend das Trägersubstrat (3) durch zusätzliches Zuführen von Wärme im Bereich des Werkzeugs (5) aufgeschmolzen wird und dadurch dem Werkzeug (5) weicht, so daß die zumindest zwei elektri­ schen Leiter (2, 4) mittels des Werkzeugs (5) miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leiter (4) auf der Oberseite des Träger­ substrats (3) aufgebracht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Leiter (4) auf der Unterseite des Träger­ substrats (3) aufgebracht ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Werkzeug (5) zugeführte Energie mechanischer Druck ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme mittels eines Lasers zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme dem Werkzeug direkt durch Erwärmung zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme den Fügepartnern (2, 3 und 4) durch Zuführen von Ultraschallenergie zu dem Werkzeug (5) zugeführt wird.
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