DE19822559A1 - Kontaktanordnung zur Verbindung zweier Substrate sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kontaktanordnung - Google Patents
Kontaktanordnung zur Verbindung zweier Substrate sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen KontaktanordnungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung zur Verbindung
zweier Substrate nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine unter
Verwendung einer derartigen Kontaktanordnung hergestellte Substrat
anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4 und ein Verfahren zur
Herstellung einer derartigen Kontaktanordnung gemäß Anspruch 5.
Bei der Kontaktierung von Substratanordnungen gemäß der sogenannten
"Flip-Chip-Technologie", bei der in der Regel ein Chip oder auch ein
Chipmodul mit seinen Anschlußflächen und dazwischen liegender Anord
nung von Kontaktmetallisierungen auf Anschlußflächen einer Kontakt
oberfläche einer Baugruppenplatine oder dergleichen kontaktiert wird,
sind bezogen auf die Oberfläche des Chips bzw. die Oberfläche des Chip
moduls extrem hohe Kontaktdichten möglich. Dabei wird die Höhe der
Kontaktdichte wesentlich mitbestimmt durch den Mindestabstand, der
zwischen den einzelnen Kontaktanordnungen aufrechtzuerhalten ist, um
die Entstehung von Kurzschlüssen zu verhindern. Insbesondere in den
Fällen, in denen nur zwischen einem Teil der einander gegenüber liegen
den Anschlußflächen die Ausbildung von Kontaktanordnungen erfolgen
soll, also eine selektive Kontaktierung vorzunehmen ist, erweist es sich
darüber hinaus als wesentlich, nicht nur in der Kontaktebene einen not
wendigen Mindestabstand zur Vermeidung von Kurzschlüssen einzuhalten,
sondern darüber hinaus auch zwischen den einander gegenüber liegenden
Kontaktoberflächen der Substrate. Dies ist beispielsweise dann der Fall,
wenn ein auf seiner Kontaktoberfläche mit zusätzlichen Testanschlüssen
versehener Chip auf einem weiteren Substrat kontaktiert werden soll, ohne
daß dabei die Testanschlüsse mit in die Kontaktierung einbezogen werden.
Zur Ausbildung von Kontaktanordnungen, die neben einer elektrisch
leitfähigen Verbindung zwischen den Anschlußflächen der beiden
Substrate auch die Ausbildung eines Abstands zwischen den Substratober
flächen ermöglichen, ist es bekannt, auf den Anschlußflächen des einen
Substrats erhöhte Kontaktmetallisierungen, sogenannte "Bumps", auszu
bilden, die zur Herstellung des elektrischen Kontakts mit gleichzeitiger
Ausbildung mechanischer Haltekräfte zur Sicherung des Kontakts aufge
schmolzen werden. Durch das Aufschmelzen kommt es zu einer Umver
teilung des Materialvolumens der erhöhten Kontaktmetallisierungen, mit
der Folge, daß sich die Höhe der Kontaktmetallisierungen und somit der
durch die Höhe der Kontaktmetallisierungen definierte Abstand zwischen
den Substratoberflächen verringert. Gleichzeitig kann es aufgrund der
Volumenumverteilung der Kontaktmetallisierungen infolge des Aufschmel
zens zu einer Verringerung des Abstandes zwischen den einzelnen Kon
taktmetallisierungen kommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kon
taktanordnung unter Verwendung erhöhter Kontaktmetallisierungen für
die Verbindung zweier Substrate vorzuschlagen, bei der die Abstands
funktion der Kontaktmetallisierungen durch den Verbindungsvorgang
nicht beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktanordnung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung ist zur Verbindung der
Abstandsmetallisierung zum zweiten Substrat eine elektrisch leitfähige
Klebermasse vorgesehen.
Im Unterschied zu der bekannten erhöhten Kontaktmetallisierung dient bei
der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung die Abstandsmetallisierung
lediglich zur Ausbildung eines in seiner Höhe definierten Abstandshalters,
der einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen den Substraten ermög
licht. Die zur Sicherung des leitenden elektrischen Kontakts notwendigen
mechanischen Haltekräfte werden nicht durch eine stoffschlüssige Verbin
dung zwischen dem Material des Abstandshalters oder durch Ausbildung
von Oberflächenkräften infolge Benetzung, wie es bei dem bekannten
Umschmelzen der Fall ist, ausgebildet, sondern vielmehr durch eine
dazwischen liegende Anordnung einer Klebermasse. Zur Erzielung einer
elektrischen Leitfähigkeit ist diese Klebermasse, beispielsweise durch
Zusatz elektrisch leitfähiger Partikel, elektrisch leitfähig ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Kontaktanordnung ermöglicht es, das für die
Ausbildung der Abstandsmetallisierung verwendete Materialvolumen in
seiner Menge und/oder Form so anzuordnen, wie es zur Erzielung der
reinen Abstandsfunktion geeignet erscheint, ohne von einem nachfolgen
den Aufschmelzvorgang beeinflußt zu werden. Bei Ausbildung der Ab
standsmetallisierung aus einem Lotmaterial kann man neben der Ab
standsfunktion noch in vorteilhafter Weise Nutzen aus dem plastischen
Deformationsverhalten des Lotmaterials zum Abbau von in der Regel
thermisch bedingten Spannungen zwischen den Substraten ziehen.
Wenn vorteilhafterweise zwischen der Anschlußfläche des ersten Substrats
und der Abstandsmetallisierung eine Zwischenmetalllisierung vorgesehen
wird, ist es möglich, zur Ausbildung der Abstandsmetallisierung auch
solche Materialien zu wählen, die nicht unmittelbar mit der Anschlußflä
che des ersten Substrats kontaktierbar sind.
So bietet etwa die Verwendung einer Nickel und Gold enthaltenden
Legierung zur Ausbildung der Zwischenmetallisierung die vorteilhafte
Möglichkeit, zur Ausbildung der Abstandsmetalllisierung ein konventio
nelles Lotmaterial, wie beispielsweise eine Blei/Zinn-Legierung, verwen
den zu können, bei deren unmittelbarer Kontaktierung auf eine Alumini
umanschlußfläche des ersten Substrats nur unzureichende mechanische
Haltekräfte die Folge wären.
Bei einer Substratanordnung, die unter Verwendung der erfindungsgemä
ßen Kontaktanordnung herstellbar ist, und die Merkmale des Anspruchs 4
aufweist, sind erfindungsgemäß die Kontaktanordnungen zu einem Teil
zwischen Anschlußflächen des ersten Substrats und Anschlußflächen des
zweiten Substrats ausgebildet, und zu einem anderen Teil zwischen
Anschlußflächen des ersten Substrats und elektrisch inaktiven Oberflä
chenbereichen des zweiten Substrats ausgebildet. Dabei dienen die den
elektrisch inaktiven Oberflächenbereichen zugeordneten Kontaktanord
nungen als reine Abstandshalter und haben keine elektrische Funktion. Die
erfindungsgemäße Substratanordnung bietet somit den Vorteil, sämtliche
Anschlußflächen des ersten Substrats zur Ausbildung von Abstandsmetal
lisierungen nutzen zu können, ohne daß den Anschlußflächen des ersten
Substrats jeweils eine Anschlußfläche des zweiten Substrats zugeordnet
sein müßte. Hierdurch wird eine mechanische Abstützung oder die Ausbil
dung eines Abstandshalters auch in Bereichen des zweiten Substrats
möglich, in denen keine Anschlußflächen vorgesehen sind, und die dem
nach elektrisch inaktiv sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gemäß Anspruch 5 die folgenden
Verfahrensschritte auf:
- - Aufbringung von Lotmaterial auf Anschlußflächen eines ersten Substrats zur Ausbildung von Abstandsmetallisierungen und
- - Kontaktierung des ersten Substrats mit einem zweiten Substrat, wobei die Kontaktierung zwischen den Anschlußflächen des ersten Substrats und einer Kontaktoberfläche des zweiten Substrats mittels eines elek trisch leitfähigen Klebermaterials erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht aufgrund der Verwendung
eines leitfähigen Klebermaterials im Zusammenhang mit den zur Realisie
rung eines definierten Abstands zwischen den miteinander zu verbindenden
Substraten dienenden Abstandsmetallisierungen die Herstellung einer
mechanischen Verbindung zwischen beiden Substraten, unabhängig davon,
ob jeder Anschlußfläche des ersten Substrats auf der Kontaktoberfläche
des zweiten Substrats eine entsprechende Anschlußfläche zugeordnet ist
oder nicht. Bei fehlender Zuordnung einer entsprechenden Anschlußfläche
auf der Kontaktoberfläche des zweiten Substrats kann in derselben Art
und Weise wie bei der Kontaktierung zweier einander gegenüber liegender
Anschlußflächen eine zumindest mechanische Verbindung mit der Kon
taktoberfläche des zweiten Substrats hergestellt werden. Hierdurch ist es
möglich, sowohl zur Herstellung von elektrisch aktiven Kontaktanordnun
gen als auch zur Herstellung von elektrisch inaktiven Kontaktanordnun
gen, die lediglich eine mechanische Haltefunktion haben, ein und dasselbe
Verfahren zu verwenden. Bei der vorstehenden Verfahrensweise ist es
möglich, die Abstandmetallisierungen auf einem Chip und den Kleberauf
trag zwischen den Abstandsmetallisierungen und den Kontaktflächen eines
Chipträgers oder auch den Kleberauftrag auf Kontaktflächen des Chips
und die Abstandsmetallisierungen auf den Kontaktflächen des Chipträgers
auszubilden.
Ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren weist gemäß Anspruch 6 die
folgenden Verfahrensschritte auf:
- - Aufbringung von Lotmaterial auf Anschlußflächen eines ersten Substrats zur Ausbildung von Abstandsmetallisierungen und
- - Kontaktierung des ersten Substrats mit einem zweiten Substrat, wobei die Kontaktierung zwischen den Anschlußflächen des ersten Substrats und einer Kontaktoberfläche des zweiten Substrats mittels eines parti ellen Aufschmelzens der Abstandsmetallisierungen erfolgt.
Vorzugsweise wird das partielle Aufschmelzen der Abstandsmetallisierun
gen mit Laserenergie durchgeführt, um eine möglichst diskrete Einbrin
gung der Energie zu ermöglichen, die den wesentlichen, die Abstands
funktion erfüllenden Teil der Abstandsmetallisierungen in seinem erstarr
ten Zustand beläßt.
Wenn vor der Aufbringung des Lotmaterials auf die Anschlußflächen die
Anschlußflächen mit einer Zwischenmetallisierung versehen werden, ist es
möglich, auch solche Lotmaterialien zur Ausbildung der Abstandsmetalli
sierungen zu verwenden, mit denen ansonsten keine für die Ausbildung
von Haftkräften zwischen den Anschlußflächen und den Abstandsmetalli
sierungen ausreichende Benetzung der Anschlußflächenoberfläche möglich
wäre.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, die Abstandsmetallisierungen
kugel- oder meniskusförmig auszubilden, da sich die Kugelform bei einem
Umschmelzvorgang aufgrund der Oberflächenspannung des aufgeschmol
zenen Lotmaterials quasi selbsttätig ausbildet, ohne daß hierzu ein beson
deres Formgebungsverfahren bzw. besondere Formgebungswerkzeuge
notwendig wären. Dabei stehen ganz unterschiedliche Verfahren zur
Erzeugung der Kugelform zur Verfügung. So ist es beispielsweise mög
lich, einen infolge eines Maskenauftrags den einzelnen Anschlußflächen
des ersten Substrats zugeordneten pastösen Lotmaterialauftrag durch
Aufschmelzen in Kugelform umzuformen. Andererseits besteht die Mög
lichkeit, vereinzelte Lotmaterialformstücke auf die Anschlußflächen
aufzubringen und dort insbesondere zur Kugelform umzuschmelzen. Auch
ist es möglich, beispielsweise durch Verwendung eines sogenannten "Ball-
Bonders", Lotmaterialformstücke vorher umzuschmelzen und anschließend
unter Beibehaltung der Form auf den Anschlußflächen zu kontaktieren.
Unabhängig von der jeweiligen Formausbildung kommt es bei Ausbildung
der Abstandsmetallisierungen primär darauf an, eine Form herzustellen,
die die Abstandsfunktion ermöglicht.
Die Applikation des elektrisch leitenden Klebermaterials kann entweder
auf die Abstandsmetalllisierungen des ersten Substrats oder auf die zur
Kontaktierung mit den Abstandsmetallisierungen vorgesehenen Kontaktbe
reiche bzw. Oberflächenbereiche des zweiten Substrats erfolgen. Dabei
kann man sich einer Applikationseinrichtung bedienen, die - im Fall der
Applikation des Klebermaterials auf die Abstandsmetallisierungen - relativ
zu den Abstandsmetallisierungen bewegbar ausgebildet sein kann. Eine
derartige Applikation kann beispielsweise unter Verwendung einer beweg
baren Ausgabevorrichtung für Klebermaterial erfolgen, mit der Kleber
punkte auf die Abstandsmetallisierungen applizierbar sind. Auch kann die
Applikation durch Übergabe von einer mit Klebermaterial benetzten
Fläche, beispielsweise der Spitze einer Applikationsnadel, erfolgen.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, die Aufbringung des Kleberma
terials durch Eintauchen der Abstandsmetallisierungen in ein Volumen des
leitfähigen Klebermaterials durchzuführen. Dabei kann das Klebervolumen
so beschaffen sein, daß eine einheitliche Oberfläche für den Eintauchvor
gang sämtlicher Abstandsmetallisierungen zur Verfügung steht, oder daß
Einzelvolumina des Klebermaterials vorgesehen sind, die jeder Abstands
metallisierung zugeordnet sind. Es sei darauf hingewiesen, daß der Begriff
"Eintauchen" hier so zu verstehen ist, daß hiermit ein Vorgang bezeichnet
wird, bei dem durch Handhabung des ersten Substrats und Durchführung
einer Relativbewegung gegenüber dem Klebervolumen bzw. den Kleber
volumina eine Benetzung zumindest eines Teilbereichs der Oberfläche der
Abstandsmetallisierung mit dem Klebermaterial erfolgt.
Auch ist es möglich, die Klebermasse auf die zur Kontaktierung mit den
Abstandsmetallisierungen vorgesehenen Kontaktflächen, insbesondere die
Chipkontakte und/oder die inaktiven Oberflächenbereiche, des zweiten
Substrats aufzubringen. Ein solcher Auftrag kann beispielsweise in einem
Schablonenauftragsverfahren oder mittels Siebdruck erfolgen.
Besonders im Zusammenhang mit der Benetzung der Abstandsmetallisie
rungen mit Klebermaterial durch Handhabung des ersten Substrats relativ
zu einem stationären Klebervolumen, wie vorstehend beschrieben, erweist
es sich als vorteilhaft, auch die nachfolgende Kontaktierung des ersten
Substrats mit dem zweiten Substrat durch Handhabung des ersten
Substrats durchzuführen. Hierdurch ist es nämlich möglich, eine zur
Handhabung des ersten Substrats geeignete Vorrichtung sowohl zur
Applikation des Klebermaterials auf die Abstandsmetallisierungen als auch
zur Durchführung der eigentlichen Kontaktierung des ersten Substrats mit
dem zweiten Substrat, also der Herstellung der elektrisch leitfähigen
Verbindung zwischen den Substraten, zu verwenden.
Wenn nach erfolgter Kontaktierung der beiden Substrate ein zwischen den
Substratoberflächen verbleibender Zwischenraum mit einem Füllmaterial
verfüllt wird, ist es zum einen möglich, die Substratanordnung zu stabili
sieren, und zum anderen einen Abschluß der sensiblen Kontaktbereiche
zwischen den Substratoberflächen nach außen hin zu erzielen. Eine derar
tige Verfüllung des Zwischenraums erweist sich insbesondere dann als
vorteilhaft, wenn das erste Substrat, also beispielsweise der Chip, als
verformungssteif ausgebildetes Substrat mit einem flexiblen zweiten
Substrat kontaktiert wird, also beispielsweise ein Substrat mit einem
Folienträger.
Wenn das in den Zwischenraum zwischen die beiden Substrate verfüllte
Füllmaterial nicht nur zur Abstützung bzw. Versteifung der Substrat
anordnung, sondern auch zur Herstellung eines mechanischen Haltever
bunds zwischen den beiden Substraten dient, ist es möglich, für das
leitfähige Klebermaterial lediglich temporär wirksames Klebermaterial zu
verwenden oder Klebermaterial, das lediglich geringe, bei Bedarf lösbare
Adhäsionskräfte aufweist, wie es beispielsweise bei sogenannten Haftkle
bern der Fall ist, die zur Herstellung temporärer Klebeverbindungen
dienen, die leicht lösbar sind.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Kontaktanord
nung zur Herstellung einer Substratanordnung anhand einer beispielhaften
Verfahrensvariante zur Herstellung der Kontaktanordnung unter Bezug
nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Kontaktanordnung zwischen einem Chip und einem
Spulensubstrat zur Ausbildung eines Transponders;
Fig. 2 eine Substratanordnung aus einem Chip und einem Chipträ
ger zur Herstellung eines Chipmoduls;
Fig. 3 bis 5 ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 2 dargestellten
Substratanordnung;
Fig. 6 und 7 eine Variation des in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Verfah
rens zur Herstellung der in Fig. 2 dargestellten Substra
tanordnung.
Fig. 1 zeigt die Ausbildung einer Kontaktanordnung 10 bei einer aus
einem Chip 11 und einem Spulensubstrat 12 gebildeten Substratanordnung
zur Ausbildung eines Transponders 13. Derartige Transponder 13 werden
zur kontaktlosen Datenübertragung genutzt und weisen als wesentliche
Funktionselemente den Chip 11 sowie eine auf dem Spulensubstrat 12
ausgebildete Antennenspule 14 auf. Die Antennenspule 14 ist im vorlie
genden Fall als Drahtspule ausgebildet mit Spulendrahtenden 15, die
jeweils über eine Kontaktanordnung 10 mit einer zugeordneten Chipan
schlußfläche 16 sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch haltend
verbunden sind. Ebenso können Anschlußenden geätzter oder gedruckter
Spulen auf die vor stehende Art und Weise kontaktiert werden. Von
mehreren Kontaktanordnungen 10 ist in Fig. 1 lediglich eine dargestellt.
Neben den Chipanschlußflächen 16, die zur elektrischen Kontaktierung
mit der Antennenspule 14 dienen, weist der Chip 11 weitere Testanschlüs
se 17 auf, von denen in Fig. 1 lediglich ein Testanschluß 17 dargestellt ist
und die zur elektrischen Überprüfung des Chips 11 vor der Kontaktierung
mit der Antennenspule 14 dienen und denen nach Kontaktierung des Chips
11 mit der Antennenspule 14 keine Funktion mehr zukommt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Kontaktanordnung 10 zwischen der
Chipanschlußfläche 16 und dem Spulendrahtende 15 aus drei Komponen
ten aufgebaut, nämlich einer Zwischenmetallisierung 18, einer Abstands
metallisierung 19 und einer leitfähigen Klebermasse 20. Im vorliegenden
Fall wird für die unmittelbar auf die Aluminium-Anschlußfläche 16 des
Chips 11 aufgebrachte Zwischenmetallisierung 18 eine Nickel und Gold
enthaltende Legierung verwendet, die beispielsweise in einem stromlosen
Metallabscheidungsverfahren auf die Chipanschlußfläche 16 haftend
aufgebracht werden kann. Die Abstandsmetallisierung 19 ist demgegen
über aus einer konventionellen Lotlegierung, beispielsweise einer niedrig
schmelzenden Blei/Zinn-Legierung, gebildet. Bei der in Fig. 1 dargestell
ten Kontaktanordnung 10 erfolgt sowohl die elektrisch leitende Kontaktie
rung der Abstandsmetallisierung 19 mit dem Spulendrahtende 15 als auch
die mechanische Verbindung zwischen der Abstandsmetallisierung 19 und
dem Spulendrahtende 15 über die Klebermasse 20. Dabei wird die elektri
sche Verbindung über in der Klebermasse 20 enthaltene, elektrisch leitfä
hige Partikel und die mechanische Verbindung über die in der Klebermasse
wirksamen Adhäsionskräfte realisiert.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 wird ferner deutlich, daß aufgrund der
Kombination der Klebermasse 20 mit der Abstandsmetallisierung 19 eine
mechanisch haltende, elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der
Abstandsmetallisierung 19 und dem Spulendrahtende 15 ohne Beeinflus
sung der im vorliegenden Fall als Kugel ausgebildeten Abstandsmetallisie
rung 19 ermöglicht wird. Hierdurch kann ein durch die Abstandsmetalli
sierung 19 ermöglichter Abstand a zwischen einer Kontaktoberfläche 21
des Chips 11 und einer im vorliegenden Fall durch die Oberfläche des
Spulendrahtendes 15 gebildeten Kontaktoberfläche 22 des Spulensubstrats
12 im wesentlichen mit dem Durchmesser d der kugelförmig ausgebildeten
Abstandsmetallisierung 19 gleichgesetzt werden. Von dieser vereinfachten
Annahme kann im vorliegenden Fall ausgegangen werden, da die Zwi
schenmetallisierung 18, wie nachfolgend noch näher erläutert wird,
lediglich zur Ausbildung einer mit zur Herstellung der Abstandsmetallisie
rung 19 verwendetem Lotmaterial 23 benetzbaren Oberfläche 24 dient.
Fig. 2 zeigt eine als Chipmodul 25 ausgebildete Substratanordnung mit
einem Chip 26 und einem Chipträger 27. Der Chipträger 27 ist mit einer
hier nicht näher dargestellten Leiterbahnstruktur versehen, die ausgehend
von Chipkontakten 28 des Chipträgers 27 auf einer Chipkontaktseite 33,
die zur Kontaktierung mit Chipanschlüssen 29 des Chips 26 dienen, eine
Umverteilung der Kontaktanordnung auf einer Außenkontaktseite 30 des
Chipträgers 27 ermöglicht.
Der in Fig. 2 dargestellte Chip 26 weist neben den Chipanschlüssen 29,
die zur Kontaktierung mit dem Chipträger 27 dienen, noch zwei Testan
schlüsse 31 auf, die zum Anschluß des Chips 26 an den Chipträger 27
nicht benötigt werden und lediglich zu einer der Kontaktierung vorausge
henden elektrischen Bauteilprüfung des Chips 26 dienen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist das Chipmodul 25 im vorliegenden
Beispielsfall insgesamt sechs Kontaktanordnungen 10 auf, die, wie vorste
hend bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, aus drei Kompo
nenten, nämlich der Zwischenmetallisierung 18, der Abstandsmetallisie
rung 19 und der Klebermasse 20, aufgebaut sind. Dabei dienen die sich
zwischen den Chipanschlüssen 29 des Chips 26 und den Chipkontakten 28
des Chipträgers 27 erstreckenden Kontaktanordnungen 10 sowohl zur
Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung als auch zur Herstel
lung einer das Chipmodul 25 mechanisch zusammenhaltenden Verbindung.
Demgegenüber dienen die sich zwischen den Testanschlüssen 31 des Chips
26 und elektrisch inaktiven Oberflächenbereichen 32 der Chipkontaktflä
che 33 des Chipträgers 27 erstreckenden Kontaktanordnungen 10 lediglich
zur Herstellung einer das Chipmodul 25 zusammenhaltenden mechanischen
Verbindung.
Wie in Fig. 1 dargestellt, so ist es auch bei dem in Fig. 2 dargestellten
Chipmodul 25 möglich, einen zwischen der Chipoberfläche und der Chip
kontaktseite des Chipträgers 27 ausgebildeten Zwischenraum 34 mit einem
Füllmaterial 35 zu verfüllen.
Insbesondere dann, wenn zur Auffüllung des Zwischenraums 34 ein
Füllmaterial 35 mit adhäsiven Eigenschaften verwendet wird, ist es mög
lich, die über die Klebermasse 20 der einzelnen Kontaktanordnungen 10
realisierte Adhäsionsverbindung lediglich temporär oder nur mit geringen
Adhäsionskräften auszubilden, um anschließend durch das Füllmaterial 35
einen dauerhaft haltbaren Verbund zwischen dem Chip 26 und dem Chip
träger 27 zu erzielen. Zur Verwendung als Füllmaterial 35 eignet sich
besonders im vorgenannten Fall ein elektrisch isolierendes, thermisch
aktivierbares Polymer.
In den Fig. 3 bis 5 ist nachfolgend die Vorgehensweise zur Herstellung
der in Fig. 2 dargestellten, hier beispielhaft als Chipmodul 25 ausgeführ
ten Substratanordnung dargestellt.
Fig. 3 zeigt den Chip 26 mit einer auf seiner aktiven Oberfläche angeord
neten Passivierungsschicht 36, in der die Chipanschlüsse 29 angeordnet
und bereits in einem vorhergehenden Verfahrensschritt mit der Zwischen
metallisierung 18 versehen sind. Zur Ausbildung der Abstandsmetallisie
rungen 19 befindet sich auch bereits auf den jeweiligen Zwischenmetalli
sierungen 18 ein durch Aufschmelzen zu einer Kugelform umgeschmolze
nes Lotmaterial 23. Die Aufbringung des Lotmaterials 23 auf die Zwi
schenmetallisierungen 18 kann auf unterschiedliche Art und Weise erfol
gen. So ist es beispielsweise möglich, das Lotmaterial 19 in einem Mas
kenverfahren als pastöses Material auf die Zwischenmetallisierungen 18
aufzubringen und anschließend zur Ausbildung der Abstandsmetallisierun
gen 19 in Kugelform aufzuschmelzen. Auch ist es möglich, das Lotmateri
al 23 bereits zu Lotmaterialformstücken, beispielsweise Kugeln, ausgebil
det auf die Zwischenmetallisierung 18 aufzubringen und nachfolgend
durch Energiebeaufschlagung mit den Zwischenmetallisierungen 18 zumin
dest unter teilweisem Aufschmelzen zu verbinden. Darüber hinaus besteht
auch die Möglichkeit, die kugelförmig ausgebildeten Abstandsmetallisie
rungen 19 unmittelbar, also ohne zwischenliegende Anordnung der Zwi
schenmetallisierung 18, auf die Chipanschlüsse 29 aufzubringen, voraus
gesetzt, daß die gewählte Materialzusammensetzung eine ausreichende
Benetzung der Chipanschlüsse 29 zur Ausbildung ausreichender Halte
kräfte ermöglicht.
Wie in Fig. 4 dargestellt, erfolgt nachfolgend die Applikation der Kleber
masse 20 auf die Abstandsmetallisierungen 19. Im vorliegenden Fall wird
zur Applikation der Klebermasse 20 auf die Abstandsmetallisierungen 19
eine Klebermassenausgabevorrichtung 38 verwendet, die in einer Abdeck
einrichtung 39 eines Aufnahmebehälters 40 Kapillarbohrungen 41 auf
weist, die bei geeignetem Flüssigkeitsdruck der im Aufnahmebehälter 40
aufgenommenen Klebermasse 20 die Ausbildung von Flüssigkeitsmenisken
41 der Klebermasse 20 auf der Abdeckeinrichtung 39 ermöglichen. Zur
Applikation von Klebermasse 20 auf die Abstandsmetallisierungen 19
wird, wie in Fig. 4 dargestellt, der Chip 26 mit seinen Abstandsmetallisie
rungen 19 so auf die Abdeckeinrichtung 39 abgesenkt, daß die Abstands
metallisierungen 19 durch die Flüssigkeitsmenisken 41 benetzt werden und
bei einer Abnahme des Chips 26 von der Abdeckeinrichtung 39 eine
entsprechende Menge der Klebermasse 20 an den Abstandsmetallisierun
gen 19 haften bleibt.
Wie Fig. 5 zeigt, kann nunmehr der auf seinen Abstandsmetallisierungen
19 mit Klebermasse 20 versehene Chip 26 zur Kontaktierung mit dem hier
als Chipträger 27 ausgebildeten weiteren Substrat in Flip-Chip-Technik so
auf die Chipkontaktseite 33 des Chipträgers 27 abgesenkt werden, daß die
auf den Abstandsmetallisierungen 19 angeordneten Klebermassen 20 mit
den Chipkontakten 28 bzw. den elektrisch inaktiven Oberflächenbereichen
32 in Kontakt kommen. Hiermit ist die Konfiguration erreicht, in der
entsprechend der Darstellung in Fig. 2 die Kontaktanordnungen 10 ausge
bildet sind.
In dieser Konfiguration kann dann durch geeignete Temperaturbeaufschla
gung eine thermische Vorfixierung der Klebermassen 20 und nachfolgend,
etwa nach Verfüllen des Zwischenraums 34 (Fig. 2) mit Füllmaterial 35,
ein dauerhafter mechanischer Verbund zwischen dem Chip 26 und dem
Chipträger 27 hergestellt werden.
Wie ferner aus einer Zusammenschau der Fig. 2 und 5 besonders deutlich
wird, ist es durch Verwendung der Klebermasse 20 zur Kontaktierung der
Abstandsmetallisierungen 19 auf den Chipkontakten 28 bzw. den elek
trisch inaktiven Oberflächenbereichen 32, die im vorliegenden Fall gegen
über den Chipkontakten 28 zurückversetzt sind, leicht möglich, Ab
standsdifferenzen zwischen der Kontaktoberfläche 21 des Chips und der
Chipkontaktseite 33 des Chipträgers 27 auszugleichen.
In den Fig. 6 und 7 ist eine weitere Möglichkeit zur Applikation der
Klebermasse 20 zwischen den Abstandsmetallisierungen 19 und den
Chipkontakten 28 bzw. den elektrisch inaktiven Oberflächenbereichen 32
dargestellt. Hierbei ist in Vorbereitung der Kontaktierung des Chips 26
mit dem Chipträger 27 die Klebermasse 20 zur Ausbildung von Kleberde
pots 42 mit einer hier nicht näher dargestellten Dosiereinrichtung auf die
Chipkontakte 28 bzw. die elektrisch inaktiven Oberflächenbereiche 32
dosiert. Wie Fig. 7 zeigt, erfolgt die Kontaktierung, indem der Chip 26 in
Flip-Chip-Technik mit seinen Abstandsmetallisierungen 19 in die Kleber
depots 42 eingesetzt wird.
Claims (16)
1. Kontaktanordnung zur Verbindung zweier Substrate mit einer auf
einer Anschlußfläche des ersten Substrats angeordneten Abstands
metallisierung,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verbindung der Abstandsmetallisierungen (19) zum zweiten
Substrat (12, 27) eine elektrisch leitfähige Klebermasse (20) vorge
sehen ist.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Anschlußfläche (16) des ersten Substrats (26) und
der Abstandsmetallisierung (19) eine Zwischenmetallisierung (18)
vorgesehen ist.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenmetallisierung (18) aus einer Nickel und Gold ent
haltenden Legierung und die Abstandsmetallisierung (19) aus einem
Lotmaterial gebildet ist.
4. Substratanordnung mit einem ersten Substrat und einem zweiten
Substrat und einer Mehrzahl von Kontaktanordnungen nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Kontaktanordnungen (10) zu einem Teil zwischen An
schlußflächen (16) des ersten Substrats (26) und Anschlußflächen
(15, 28) des zweiten Substrats (12, 27) und zu einem anderen Teil
zwischen Anschlußflächen (16) des ersten Substrats (26) und elek
trisch inaktiven Oberflächenbereichen (32) des zweiten Substrats
(27) erstrecken.
5. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung zur Verbindung
zweier Substrate mit den Verfahrensschritten:
- - Aufbringung von Lotmaterial (23) auf Anschlußflächen (16) eines ersten Substrats (26) zur Ausbildung von Abstandsmetallisierun gen (19), und
- - Kontaktierung des ersten Substrats (26) mit einem zweiten Substrat (27), wobei die Kontaktierung zwischen den Anschluß flächen (16) des ersten Substrats (26) und einer Kontaktoberflä che des zweiten Substrats (27) mittels einer elektrisch leitfähigen Klebermasse (20) erfolgt.
6. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung zur Verbindung
zweier Substrate mit den Verfahrensschritten:
- - Aufbringung von Lotmaterial (23) auf Anschlußflächen (16) eines ersten Substrats (26) zur Ausbildung von Abstandsmetallisierun gen (19), und
- - Kontaktierung des ersten Substrats (26) mit einem zweiten Substrat (27), wobei die Kontaktierung zwischen den Anschluß flächen des ersten Substrats (26) und einer Kontaktoberfläche des zweiten Substrats (27) mittels eines partiellen Aufschmelzens der Abstandsmetallisierungen (19) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das partielle Aufschmelzen der Abstandmetallisierungen mittels
einer Beaufschlagung der Abstandsmetallisierungen mit Laserener
gie erfolgt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußflächen des ersten Substrats (26) vor Aufbringung
von Lotmaterial (23) mit einer Zwischenmetallisierung (18) verse
hen werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstandsmetallisierungen (19) kugelförmig ausgebildet
werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klebermasse (20) auf die Abstandsmetallisierungen (19)
aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5, 8 oder 9
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klebermasse (20) auf zur Kontaktierung mit den Abstands
metallisierungen vorgesehenen Kontaktflächen (28, 32) des zweiten
Substrats (27) aufgebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufbringung der Klebermasse (20) mittels einer relativ zu
den Abstandsmetallisierungen bewegbaren Applikationseinrichtung
erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufbringung der Klebermasse (20) durch Eintauchen der
Abstandsmetallisierungen (19) in ein Volumen der leitfähigen Kle
bermasse (20) erfolgt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 oder 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung der Kontaktanordnung (10) das erste Substrat
(26) mit seinen Abstandsmetallisierungen (19) unter Zwischenlage
der leitfähigen Klebermasse (20) gegen die Kontaktoberfläche des
zweiten Substrats (27) positioniert wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 oder 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Kontaktierung der beiden Substrate (26, 27) ein zwischen
den Substratoberflächen verbleibender Zwischenraum (34) mit ei
nem Füllmaterial (35) verfüllt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Füllmaterial (35) zur Sicherung des mechanischen Verbunds
zwischen den beiden Substraten (26, 27) dient.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19822559A DE19822559A1 (de) | 1997-08-08 | 1998-05-20 | Kontaktanordnung zur Verbindung zweier Substrate sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kontaktanordnung |
JP2000506809A JP2003509833A (ja) | 1997-08-08 | 1998-07-23 | 2つの基板を接続する接触構造物及びこの接触構造物を作る方法 |
EP98945031A EP1002452B1 (de) | 1997-08-08 | 1998-07-23 | Kontaktanordnung zur verbindung zweier substrate sowie verfahren zur herstellung einer derartigen kontaktanordnung |
PCT/DE1998/002067 WO1999008498A1 (de) | 1997-08-08 | 1998-07-23 | Kontaktanordnung zur verbindung zweier substrate sowie verfahren zur herstellung einer derartigen kontaktanordnung |
DE59806066T DE59806066D1 (de) | 1997-08-08 | 1998-07-23 | Kontaktanordnung zur verbindung zweier substrate sowie verfahren zur herstellung einer derartigen kontaktanordnung |
US10/020,594 US20020040923A1 (en) | 1997-08-08 | 2001-12-13 | Contact structure for connecting two substrates and also process for producing such a contact structure |
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DE19822559A DE19822559A1 (de) | 1997-08-08 | 1998-05-20 | Kontaktanordnung zur Verbindung zweier Substrate sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kontaktanordnung |
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DE19822559A Ceased DE19822559A1 (de) | 1997-08-08 | 1998-05-20 | Kontaktanordnung zur Verbindung zweier Substrate sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kontaktanordnung |
DE59806066T Expired - Lifetime DE59806066D1 (de) | 1997-08-08 | 1998-07-23 | Kontaktanordnung zur verbindung zweier substrate sowie verfahren zur herstellung einer derartigen kontaktanordnung |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE59806066T Expired - Lifetime DE59806066D1 (de) | 1997-08-08 | 1998-07-23 | Kontaktanordnung zur verbindung zweier substrate sowie verfahren zur herstellung einer derartigen kontaktanordnung |
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DE (2) | DE19822559A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10346474A1 (de) * | 2003-10-02 | 2005-05-19 | Infineon Technologies Ag | Halbleiterbauteil und Sensorbauteil mit Datenübertragungsvorrichtungen |
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1998
- 1998-05-20 DE DE19822559A patent/DE19822559A1/de not_active Ceased
- 1998-07-23 DE DE59806066T patent/DE59806066D1/de not_active Expired - Lifetime
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DE10346474A1 (de) * | 2003-10-02 | 2005-05-19 | Infineon Technologies Ag | Halbleiterbauteil und Sensorbauteil mit Datenübertragungsvorrichtungen |
DE10346474B4 (de) * | 2003-10-02 | 2014-07-10 | Infineon Technologies Ag | Sensorbauteil mit einem Sensorchip, Sensorstapel und Verfahren zum Prüfen einer biochemischen Probe |
Also Published As
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DE59806066D1 (de) | 2002-11-28 |
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