DE19946497C2 - Method for connecting two objects - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier Gegenstände mit unterschiedlichen thermischen Ausdeh nungskoeffizienten, die sich mit im wesentlichen ebenen Oberflächen unterschiedlicher Fläche gegenüberstehen. Solche Verbindungen werden verwendet bei der Aufbau- und Verbindungstechnik von Halbleiterchips auf Leiterplatten.The invention relates to a method for producing a connection two objects with different thermal expansion nation coefficients dealing with essentially flat surfaces face different areas. Such connections will be used in the construction and connection technology of semiconductor chips on circuit boards.
Bei der Montage von Chips auf einer Leiterplatte besteht das Problem darin, dass der Längenausdehnungskoeffizient der Chips wesentlich kleiner ist als der Längenausdehnungskoeffizient der üblicherweise verwendeten Leiterplatten. So ist beispielsweise der Längenausdehnungskoeffizient einer FR4-Leiterplatte etwa fünfmal so groß wie der Längenausdehnungskoeffizient eines Siliziumchips. Bei einer unmittelbaren Befestigung des Chips auf der Leiterplatte, beispielsweise mittels Lotkugeln, entsteht somit bei Temperatur schwankungen eine unerwünschte mechanische Spannung zwischen Chip und Leiterplatte. Diese mechanische Spannung kann dazu führen, dass der Chip verbogen wird oder dass Mikrorisse in ihm erzeugt werden. Eine weitere mögliche Folge der mechanischen Spannung ist, dass die Lotkugeln abgeschert werden können und dadurch der elektrische Kontakt zwischen Chip und Leiterplatte unterbrochen wird. The problem exists when mounting chips on a printed circuit board in that the coefficient of linear expansion of the chips is essential is smaller than the coefficient of linear expansion that is usually PCBs used. For example, the Coefficient of linear expansion of an FR4 circuit board about five times as much as large as the coefficient of linear expansion of a silicon chip. at direct mounting of the chip on the circuit board, for example by means of solder balls, arises at temperature fluctuations an undesirable mechanical tension between the chip and circuit board. This mechanical tension can lead to the chip is bent or microcracks are created in it. Another possible consequence of the mechanical tension is that the Solder balls can be sheared off and thereby the electrical Contact between the chip and the circuit board is interrupted.
Beispielsweise erzeugt eine Temperaturänderung von 250°C bei einem 10 mm langen Siliziumchip einen Längenunterschied von 30 µm gegen über einer 10 mm langen Leiterplatte. Dies führt dazu, dass die Lotkugeln, welche am weitesten vom Zentrum des Chips entfernt sind, der von der mechanischen Spannung hervorgerufenen Scherwirkung nicht standhalten und zerstört werden.For example, a temperature change of 250 ° C produces one 10 mm long silicon chip against a length difference of 30 µm over a 10 mm long circuit board. This causes the Solder balls furthest from the center of the chip the shear effect caused by the mechanical tension withstand and be destroyed.
Um der thermischen Fehlanpassung zwischen Chip und Leiterplatte entgegenzuwirken, sind aus DiStefano T., "Wafer-level Fabrication of IC Packages" Chip Scale Review, May 1997 pp. 20-27, Aufbauten bekannt, welche zwischen dem Chip und der Leiterplatte zusätzliche Ebenen einführen, die die thermische Fehlanpassung ausgleichen. Werden diese zusätzlichen Ebenen entsprechend dick gewählt, so lässt sich die mechanische Spannung im Volumen abfangen und die Abrissgefahr verringern. Die Kontaktierung zwischen Chip und Leiterplatte muss jedoch durch diese zusätzliche Ebene hindurch erfolgen, was technologisch aufwendige Lösungen erfordert, beispielsweise Bändchenbonden. Die bekannten Aufbauten haben zudem den Nachteil, dass auch die Bauhöhe der Chip-/Leiterplatte-Anordnung vergrößert wird. Ferner müssen die Chips einzeln auf der Leiterplatte befestigt werden, was eine Montage auf Wafer-Niveau unmöglich macht. Eine Montage auf Wafer-Niveau erhält man dann, wenn man die einzelnen einem Chip entsprechenden Bereiche eines Silizium-Wafers erst nach der Montage des Wafers auf der Leiterplatte durch Vereinzeln voneinander trennt.In order to counteract the thermal mismatch between chip and printed circuit board, DiStefano T., "Wafer-level Fabrication of IC Packages", Chip Scale Review, May 1997 pp. 20-27, structures are known which introduce additional levels between the chip and the circuit board which compensate for the thermal mismatch. If these additional levels are chosen to be thick enough, the mechanical tension in the volume can be absorbed and the risk of tearing reduced. However, the contact between the chip and the printed circuit board must be made through this additional level, which requires technologically complex solutions, for example ribbon bonding. The known structures also have the disadvantage that the overall height of the chip / circuit board arrangement is increased. Furthermore, the chips have to be individually attached to the circuit board, which makes assembly at wafer level impossible. An assembly at the wafer level is obtained if the individual areas of a silicon wafer corresponding to a chip are separated from one another only after the assembly of the wafer on the printed circuit board.
Aus der WO 96/15459 ist eine Verbindung zweier Gegenstände mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bekannt, welche sich mit ihren Oberflächen gegenüberstehen. Insbesondere ist auf einem Trägersubstrat ein Halbleiterelement mit Abstand angeordnet, wobei sich auf der ersten Oberfläche Kontaktflecken befinden, die über federelastische Kontaktelemente mit dem Halbleiterelement verbunden sind. Die federelastischen Kontaktelemente sind etwa S-förmig gebogen, sie können daher unterschiedliche Wärmeausdehnungen des ersten und des zweiten Gegenstands ausgleichen.From WO 96/15459 there is a connection between two objects different coefficients of thermal expansion known, which face each other with their surfaces. In particular is on one Carrier substrate a semiconductor element arranged at a distance, where on the first surface there are contact patches that over spring-elastic contact elements connected to the semiconductor element are. The spring-elastic contact elements are curved in an S-shape, they can therefore different thermal expansions of the first and of the second item.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen z. B. einem Chip und einer Leiterplatte anzugeben, welches eine Verbindung schafft, bei der das Auftreten mechanischer Spannungen zwischen Chip und Leiterplatte bei Temperaturschwankungen verhindert und bei der die Bauhöhe der Chip- /Leiterplatte-Anordnung im Vergleich zu einer direkten Montage des Chips auf der Leiterplatte mittels Lotkugeln nur unwesentlich vergrößert ist.The object of the present invention is therefore to provide a method for Establish a connection between z. B. a chip and one Specify circuit board, which creates a connection in which the Mechanical stresses occur between the chip and the printed circuit board Prevents temperature fluctuations and at which the overall height of the chip / PCB arrangement compared to a direct assembly of the Chips on the circuit board are only slightly enlarged using solder balls is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the method Claim 1 or claim 2 solved.
Bei der erfindungsgemäß hergestellten Verbindung kann der Abstand zwischen den Gegenständen so groß gewählt werden, dass er höchstens dreimal so groß ist wie die maximale Höhe des ersten Kopplungselements über der ersten Oberfläche.In the connection produced according to the invention, the distance can between the objects so large that it is at most is three times the maximum height of the first Coupling element over the first surface.
Durch die Anordnung des stufenförmigen zweiten Kopplungselements dergestalt, dass dessen zweiter Abschnitt einen Abstand von der zweiten Oberfläche aufweist, wird erreicht, dass der unter dem zweiten Abschnitt des zweiten Kopplungselements liegende Teil des zweiten Gegenstands bei einer thermisch bedingten Längenausdehnung relativ zum ersten Kopplungselement gleiten kann. Dadurch wird verhindert, dass sich eine mechanische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Gegenstand aufbaut, welche zu einem Abreißen des ersten Kopplungselements führen würde. Durch die flache Ausbildung des zweiten Kopplungselements wird erreicht, dass sich die Bauhöhe der erfindungsgemäßen Verbindung nur unwesentlich im Vergleich zu einer Verbindung vergrößert, welche nur erste Kopplungselemente aufweist.Due to the arrangement of the step-shaped second coupling element such that its second section is a distance from the second Has surface that is achieved under the second section part of the second coupling element lying of the second object with a thermally induced linear expansion relative to the first Coupling element can slide. This prevents a mechanical tension between the first and the second Builds up object, which leads to tearing off the first Coupling element would lead. Due to the flat design of the second coupling element ensures that the overall height of the Compound according to the invention only insignificantly in comparison to a Connection enlarged, which has only first coupling elements.
Da die thermische Ausdehnung eines Gegenstands immer von seiner Mitte aus zum Rand hin erfolgt, ist eine Verbindung besonders vorteilhaft, bei der das zweite Kopplungselement so ausgerichtet ist, dass der mit der zweiten Oberfläche fest verbundene Teil näher am Schwerpunkt der kleineren der beiden Oberflächen liegt, als der einen Abstand von der zweiten Oberfläche aufweisende Teil. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der erste Abschnitt des zweiten Kopplungselements näher am Schwerpunkt der kleineren der beiden Oberflächen liegt, als der zweite Abschnitt des zweiten Kopplungselements.Because the thermal expansion of an object always depends on its A connection is special from the middle to the edge advantageous, in which the second coupling element is aligned such that the part firmly connected to the second surface closer to The focus of the smaller of the two surfaces is on the one Part from the second surface. This is tantamount to saying that the first section of the second Coupling element closer to the center of gravity of the smaller of the two Surfaces than the second section of the second Coupling element.
Die genannte Bedingung für die Orientierung der Stufe läßt sich verschärfen, wodurch ein noch besserer Ausgleich der verschiedenen Ausdehnungen der beiden Gegenstände bei Temperaturschwankungen erreicht wird. Eine schärfere Bedingung für die Ausrichtung der Stufe schränkt die Orientierungsmöglichkeiten bis hin zu einer exakt radialen Orientierung ein. Demnach ist eine Verbindung besonders vorteilhaft, bei der das zweite Kopplungselement so angeordnet ist, dass die Projektion der Geraden auf die kleinere der beiden Oberflächen einen gedachten Kreis um den Schwerpunkt der kleineren der beiden Oberflächen schneidet. Dabei darf die Fläche des gedachten Kreises nur ein Zehntel der Fläche der kleineren der beiden Oberflächen betragen.The mentioned condition for the orientation of the level can be tighten, creating an even better balance of different Expansions of the two objects with temperature fluctuations is achieved. A stricter condition for level alignment limits the orientation options up to an exactly radial one Orientation. Accordingly, a connection is particularly advantageous when which the second coupling element is arranged so that the projection the straight line on the smaller of the two surfaces Circle around the center of gravity of the smaller of the two surfaces cuts. The area of the imaginary circle may only be a tenth the area of the smaller of the two surfaces.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn das zweite Kopplungs element bzw. dessen zweiter Abschnitt biegeelastisch ist. Dadurch wird die Bewegungsmöglichkeit des ersten Kopplungselements relaltiv zur zweiten Oberfläche um einen weiteren, im wesentlichen senkrecht auf der durch die Gerade definierten Ausrichtung der Stufe stehenden Freiheitsgrad erweitert. Daher ist in diesem Fall das zweite Kopplungselement vorzugsweise so anzuordnen, dass die Projektion der Geraden auf die kleinere der beiden Oberflächen außerhalb eines gedachten Kreises um den Schwerpunkt der kleineren der beiden Oberflächen verläuft. Die Fläche des gedachten Kreises beträgt dabei ein Zehntel der Fläche der kleineren Oberfläche.Furthermore, it is particularly advantageous if the second coupling element or its second section is flexible. This will the possibility of movement of the first coupling element relative to second surface by a further, substantially perpendicular the alignment of the step defined by the straight line Degree of freedom expanded. Therefore, in this case, the second one To arrange the coupling element preferably so that the projection of the Straight lines on the smaller of the two surfaces outside one imaginary circle around the center of gravity of the smaller of the two Surfaces runs. The area of the imaginary circle is one Tenths of the area of the smaller surface.
Auch die für den flexiblen zweiten Abschnitt des zweiten Kopplungselements genannte Bedingung für die Orientierung des zweiten Kopplungselements lässt sich in Richtung einer möglichst tangentialen Ausrichtung des zweiten Kopplungselements verschärfen, wodurch eine maximale Ausnutzung der Beweglichkeit des zweiten Abschnitts des zweiten Kopplungselements bewirkt wird. Demnach ist eine Verbindung besonders vorteilhaft, bei der das zweite Kopplungselement bei einer auf der zweiten Oberfläche vorgegebenen Position so orientiert ist, dass die Projektion der Geraden auf die kleinere der beiden Oberflächen von deren Schwerpunkt den maximal möglichen Abstand aufweist.Also for the flexible second section of the second Coupling element called condition for the orientation of the second Coupling element can be in the direction of a tangential as possible Sharpen the alignment of the second coupling element, whereby a maximum use of the mobility of the second section of the second coupling element is effected. So there is a connection particularly advantageous in which the second coupling element at one the second surface predetermined position is oriented so that the Projection of the straight line onto the smaller of the two surfaces of whose center of gravity has the maximum possible distance.
Für den Fall, dass die beiden Gegnstände von mehreren Verbindungen zusammengehalten werden, ist eine Herstellung von Verbindungen besonders vorteilhaft, bei der die zweiten Kopplungselemente entlang konzentrischer Kreise um den Schwerpunkt der kleineren der beiden Oberflächen angeordnet sind.In the event that the two items are from multiple connections being held together is making connections particularly advantageous in which the second coupling elements along concentric circles around the center of gravity of the smaller of the two Surfaces are arranged.
Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn das zweite Kopplungselement die Form einer Brücke anstatt die Form einer Stufe aufweist. Dadurch wird die Stabilität des zweiten Abschnitts des zweiten Kopplungselements erhöht, welcher einen Abstand zur zweiten Oberfläche aufweist. Die Form eine Brücke kann erreicht werden, wenn das zweite Kopplungs element einen zusätzlichen dritten Abschnitt aufweist, der mit der zweiten Oberfläche verbunden ist und der am vom ersten Abschnitt abgewandten Ende des zweiten Abschnitts beginnt.Furthermore, it is advantageous if the second coupling element Has the shape of a bridge instead of the shape of a step. This will the stability of the second section of the second coupling element increased, which is at a distance from the second surface. The Form a bridge can be achieved when the second coupling element has an additional third section, which with the second surface is connected and that of the first section opposite end of the second section begins.
Als Material für das zweite Kopplungselement bzw. dessen zweiter Abschnitt kommt beispielsweise Polyimid, Polybenzoxazol oder Benzocyclobuten in Betracht. Diese sind insbesondere wegen ihres niedrigen Elastizitätsmoduls für einen biegeelastischen zweiten Abschnitt des zweiten Kopplungselements geeignet.As material for the second coupling element or its second Section comes for example polyimide, polybenzoxazole or Benzocyclobutene into consideration. These are especially because of their low modulus of elasticity for a flexurally elastic second section of the second coupling element suitable.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Gegenstand eine Leiterplatte ist, die eine erste Kontaktfläche auf der Oberfläche aufweist und bei der der zweite Gegenstand ein Halbleiterbauelement mit einer zweiten Kontaktfläche auf der zweiten Oberfläche ist. Ferner weist das zweite Kopplungselement auf seiner der zweiten Kontaktfläche zugewandten Seite eine mit der zweiten Kopplungsfläche elektrisch verbundene dritte Kontaktfläche auf, die ihrerseits mit einer auf der der ersten Oberfläche zugewandten Seite des zweiten Abschnitts des zweiten Kopplungs elements angeordneten vierten Kontaktfläche verbunden ist. Der elektrische Kontakt zwischen der vierten und der ersten Kontaktfläche kann durch das erste Kopplungselement, beispielsweise eine Lotkugel, hergestellt werden. Durch eine solche Verbindung wird zusätzlich zum mechanischen auch ein elektrischer Kontakt zwischen den Gegenständen hergestellt. Eine solche Verbindung eines Halbleiterbauelements mit einer Leiterplatte, bei der das erste Kopplungselement eine Lotkugel ist, hat den Vorteil, dass mehrere auf einem Silizium-Wafer integrierte Halbleiterbauelemente als ganzes im Wafer mit der Leiterplatte verbunden werden können. Die jeweiligen zweiten Kopplungselemente können auf der Unterseite der Halbleiterbauelemente bzw. des Wafers in einem parallel auf alle Halbleiterbauelemente anzuwendenden Strukturie rungsprozess hergestellt werden. Anschließend erfolgt das Aufbringen der Lotkugeln auf den zweiten Kopplungselementen. Schließlich wird die Verbindung der Lotkugeln mit der Leiterplatte durch Reflow-Löten hergestellt. Erst im Anschluss daran erfolgt das Vereinzeln der Halbleiterbauelemente bzw. Halbleiterchips, beispielsweise durch Sägen oder Laserschneiden. Somit ist also die parallele Herstellung von vielen Bauelement/Leiterplatte-Verbindungen in einem einzigen Prozessschritt möglich.It is particularly advantageous if the first object is a printed circuit board which has a first contact surface on the surface and at which the second object is a semiconductor component with a second Contact area on the second surface. Furthermore, the second one Coupling element on its facing the second contact surface Side a third electrically connected to the second coupling surface Contact surface, which in turn with one on the first surface facing side of the second section of the second coupling elements arranged fourth contact surface is connected. The electrical contact between the fourth and the first contact surface can through the first coupling element, for example a solder ball, getting produced. Through such a connection, in addition to mechanical and electrical contact between the objects manufactured. Such a connection of a semiconductor component with a circuit board in which the first coupling element is a solder ball, has the advantage that several are integrated on one silicon wafer Semiconductor components as a whole in the wafer with the circuit board can be connected. The respective second coupling elements can in on the underside of the semiconductor devices or the wafer a structure to be applied in parallel to all semiconductor components production process. Then it is applied of the solder balls on the second coupling elements. Finally, the Connection of the solder balls to the circuit board by reflow soldering manufactured. Only then does the Semiconductor components or semiconductor chips, for example by sawing or laser cutting. Thus, the parallel production of many Component / PCB connections in a single process step possible.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Verbindung wird zuerst eine leicht wieder entfernbare Releaseschicht auf der zweiten Oberfläche aufgebracht, wobei die Releaseschicht zusammen mit einem unbedeckten Teil der zweiten Oberfläche eine Stufe ausbildet. Anschließend wird eine Schicht auf der zweiten Oberfläche aufgebracht, die die Stufe überdeckt und wenigstens einen Teil des zweiten Kopplungselements bildet. Ferner haftet diese Schicht gut auf der zweiten Oberfläche sowie auf der Releaseschicht. Im nächsten Schritt wird gegebenenfalls das zweite Kopplungselement durch weitere Schichten komplettiert, beispielsweise durch Schichten, die die Kontaktflächen bzw. die Kontaktflächen verbindenden Elemente des zweiten Kopplungselements herstellen. Im Anschluss daran wird die Verbindung zwischen dem zweiten Kopplungselement und der ersten Oberfläche mittels des ersten Kopplungselements hergestellt. Schließlich wird eine Scherkraft zwischen den beiden Gegenständen ausgeübt, welche parallel zur zweiten Oberfläche wirkt und die ein Ablösen der Releaseschicht von der zweiten Oberfläche bewirkt. Dieses Ablösen der Releaseschicht geht vor sich, ohne dass das erste Kopplungselement von der ersten Oberfläche oder vom zweiten Kopplungselement abgelöst wird. Die erfindungsgemäße Verwendung einer wieder entfernbaren Releaseschicht ermöglicht ein äußerst einfaches Herstellen des stufenförmigen zweiten Koppllungselements.In the inventive method for producing the compound will be an easily removable release layer on the second Surface applied, the release layer together with a uncovered part of the second surface forms a step. Then a layer is applied to the second surface, covering the step and at least part of the second Forms coupling element. This layer also adheres well to the second surface as well as on the release layer. In the next step if necessary, the second coupling element by further Completed layers, for example by layers that the Contact areas or elements connecting the contact areas of the produce the second coupling element. Following this, the Connection between the second coupling element and the first Surface produced by means of the first coupling element. Finally a shear force is applied between the two objects, which acts parallel to the second surface and which detaches the Release layer from the second surface causes. This peeling off of the Release layer happens without the first coupling element of detached from the first surface or from the second coupling element becomes. The use according to the invention of a removable Release layer enables extremely simple production of the step-shaped second coupling element.
Alternativ wird zunächst eine Zwischenschicht in Form eines Streifens auf der zweiten Oberfläche aufgebracht. Anschließend wird eine die Zwischenschicht und wenigstens Teile der freiliegenden zweiten Oberfläche abdeckende Schicht aufgebracht. Dieses Schicht bildet wenigstens Teile des zweiten Kopplungselements. Im nächsten Schritt werden gegebenenfalls weitere Schichten aufgebracht, welche das zweite Kopplungselement komplettieren. Im Anschluss daran wird gegebenenfalls, d. h. falls kein seitlicher Zutritt zur Zwischenschicht vorgesehen ist, ein Loch im zweiten Kopplungselement erzeugt, das den Zutritt ätzender Stoffe zur Zwischenschicht erlaubt. Im nächsten Schritt wird die Zwischenschicht entfernt, wodurch eine Stufe bzw. eine freitragende Brücke aus dem zweiten Kopplungselement erzeugt wird. Am Ende wird die Verbindung zwischen dem zweiten Kopplungselement und der ersten Oberfläche mittels des ersten Kopplungselements hergestellt. Alternatively, an intermediate layer is first in the form of a strip applied to the second surface. Then one becomes the Interlayer and at least parts of the exposed second Surface covering layer applied. This layer forms at least parts of the second coupling element. In the next step if necessary, further layers are applied, which are the second Complete the coupling element. Following that if applicable, d. H. if there is no side access to the intermediate layer is provided, a hole in the second coupling element is generated, which Access to caustic substances allowed to the intermediate layer. In the next step the intermediate layer is removed, whereby a step or a cantilever bridge is generated from the second coupling element. In the end, the connection between the second coupling element and the first surface by means of the first coupling element manufactured.
Schließlich ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung besonders vorteilhaft, bei dem als Releaseschicht eine Schicht aus Polyimid, Polybenzoxazol oder Benzocyclobuten auf der Oberfläche des Halbleiterbauelementes ohne die üblicherweise verwendeten Haftvermittler aufgebracht wird. Ferner erfolgt die Verbindung der ersten Kontaktfläche mit dem ersten Kopplungselement durch Reflow-Löten. Die auf das Reflow-Löten folgende Abkühlung von Halbleiterbauelement und Leiterplatte erzeugt eine Zugspannung zwischen Leiter platte und Halbleiterbauelement, welche die Releaseschicht von der Oberfläche des Halbleiterbauelementes ablöst. Die er findungsgemäße Verwendung von Polyimid, Polybenzoxazol oder Benzocyclobuten als Material für die Releaseschicht bietet eine besonders einfach zu realisierende Möglichkeit einer leicht lösbaren Releaseschicht zur Herstellung des zweiten Kopplungselementes.Finally, there is a process for producing the invention Connection particularly advantageous in which a Layer of polyimide, polybenzoxazole or benzocyclobutene on the surface of the semiconductor device applied without the commonly used adhesion promoters becomes. Furthermore, the connection of the first contact surface takes place with the first coupling element by reflow soldering. The on the reflow soldering following cooling of the semiconductor device and printed circuit board creates a tension between conductors plate and semiconductor device that the release layer detaches from the surface of the semiconductor component. Which he inventive use of polyimide, polybenzoxazole or Offers benzocyclobutene as material for the release layer a particularly easy to implement one easily releasable release layer for the production of the second Coupling element.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.In the following the invention is based on exemplary embodiments play and explained the associated figures.
Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführung der erfindungsgemäßen Verbindung zweier Gegenstände im schematischen Querschnitt Fig. 1 shows a possible embodiment of the connection of two objects according to the invention in a schematic cross section
Fig. 2 zeigt die Anordnung von zwei zweiten Kopplungselemen ten auf dem zweiten Gegenstand in Draufsicht. Fig. 2 shows the arrangement of two second Kopplungselemen th on the second object in plan view.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindung zweier Gegen stände mit einem als Brücke ausgebildeten zweiten Kopplungs element im schematischen Querschnitt. Fig. 3 shows an inventive connection of two counter states with a second coupling element designed as a bridge in a schematic cross section.
Fig. 4 zeigt die Anordnung zweier als Brücke ausgebildeter zweiter Kopplungselemente auf einem zweiten Gegenstand in Draufsicht. Fig. 4 shows the arrangement of two bridge formed as second engaging elements on a second object in a plan view.
Fig. 5A zeigt die erfindungsgemäße Verbindung zweier Gegen stände mit einem zweiten Kopplungselement, unter dessen zwei ten Abschnitt eine Releaseschicht angeordnet ist vor dem Ab lösen der Releaseschicht von der zweiten Oberfläche im sche matischen Querschnitt. Fig. 5A shows the compound of the invention of two objects with a second coupling element to which the two th segment a release layer is arranged in front of the release layer from the release from the second surface in the specific matic cross-section.
Fig. 5B zeigt die in Fig. 5A dargestellte Verbindung nach dem Ablösen der Releaseschicht. FIG. 5B shows the connection shown in FIG. 5A after the release layer has been detached.
Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindung zweier Gegen stände, die einen elektrischen Kontakt zwischen den Gegen ständen herstellt, im schematischen Querschnitt. Fig. 6 shows a connection according to the invention between two counter stands, which makes an electrical contact between the counter stands, in a schematic cross section.
Fig. 1 zeigt die Verbindung eines ersten Gegenstands 1 mit einem zweiten Gegenstand 2. Zwischen den beiden Gegenständen 1, 2 befindet sich ein erstes Kopplungselement 3 und ein zweites Kopplungselement 5. Das zweite Kopplungselement 5 ist entlang einer Geraden 4 ausgerichtet und weist eine Stufe auf. Die Stufe wird gebildet durch einen ersten Abschnitt 6 des zweiten Kopplungselements und einen zweiten Abschnitt 7 des zweiten Kopplungselements. Die Höhe der Stufe ist so ge wählt, daß sie die Höhe des ersten Kopplungselements 3 um ma ximal den Faktor zwei übersteigt. Der zweite Abschnitt 7 des zweiten Kopplungselements 5 weist einen Abstand von der zwei ten Oberfläche des zweiten Gegenstands 2 auf, so daß der zweite Abschnitt 7 des zweiten Kopplungselements 5 und der zweite Gegenstand 2 bei Längsausdehnung des zweiten Ab schnitts 7 des zweiten Kopplungselements 5 oder des zweiten Gegenstands 2 aneinander vorbeigleiten können. Fig. 1 shows the connection of a first article 1 with a second object 2. A first coupling element 3 and a second coupling element 5 are located between the two objects 1 , 2 . The second coupling element 5 is aligned along a straight line 4 and has a step. The step is formed by a first section 6 of the second coupling element and a second section 7 of the second coupling element. The height of the step is chosen so that it exceeds the height of the first coupling element 3 by a factor of two. The second portion 7 of the second coupling element 5 has a distance from the two th surface of the second object 2, so that the second section 7 of the second coupling member 5 and the second object 2 in the longitudinal extent of the second Ab-section 7 of the second coupling element 5 or the second object 2 can slide past each other.
Fig. 2 zeigt zwei auf der Oberfläche eines zweiten Gegen standes 2 längs einer Geraden 4 angeordnete zweite Kopplungs elemente 5. Die zweiten Kopplungselemente 5 weisen jeweils einen ersten und einen zweiten Abschnitt 6, 7 auf. Die zweiten Kopplungselemente 5 sind so entlang einer Geraden 4 orien tiert, daß deren Projektion auf die zweite Oberfläche den Schwerpunkt 9 der zweiten Oberfläche des zweiten Gegenstands 2 schneidet und daß der erste Abschnitt 6 jeweils näher am Schwerpunkt 9 liegt als der zweite Abschnitt 7. Auf den zwei ten Abschnitten 7 der zweiten Kopplungselemente 5 ist jeweils das erste Kopplungselement 3 dargestellt. Fig. 2 shows two on the surface of a second object 2 along a straight line 4 arranged second coupling elements 5th The second coupling elements 5 each have a first and a second section 6 , 7 . The second coupling elements 5 are oriented along a straight line 4 such that their projection onto the second surface intersects the center of gravity 9 of the second surface of the second object 2 and that the first section 6 is in each case closer to the center of gravity 9 than the second section 7 . On the two th sections 7 of the second coupling elements 5 , the first coupling element 3 is shown.
Fig. 3 zeigt eine Verbindung eines ersten Gegenstands 1 mit einem zweiten Gegenstand 2. Zwischen dem ersten Gegenstand 1 und dem zweiten Gegenstand 2 befindet sich ein erstes Kopp lungselement 3 und ein zweites Kopplungselement 5. Das zweite Kopplungselement 5 weist einen ersten Abschnitt 6, einen zweiten Abschnitt 7 und einen dritten Abschnitt 8 auf. Die drei Abschnitte 6, 7, 8 bilden zusammengenommen eine Brücke, bei der der mittlere Abschnitt 7 von der zweiten Oberfläche des zweiten Gegenstands 2 einen Abstand aufweist. Das erste Kopplungselement 3 ist einerseits mit der ersten Oberfläche des ersten Gegenstands 1 und andererseits mit dem zweiten Ab schnitt 7 des zweiten Kopplungselements 5 verbunden. Fig. 3 shows a connection of a first article 1 with a second object 2. There is a first coupling element 3 and a second coupling element 5 between the first object 1 and the second object 2 . The second coupling element 5 has a first section 6 , a second section 7 and a third section 8 . The three sections 6 , 7 , 8 taken together form a bridge, in which the middle section 7 is at a distance from the second surface of the second object 2 . The first coupling element 3 is connected on the one hand to the first surface of the first object 1 and on the other hand to the second section 7 of the second coupling element 5 .
Fig. 4 zeigt die Anordnung von zwei eine Brücke bildenden zweiten Kopplungselementen 5 auf einer zweiten Oberfläche ei nes zweiten Gegenstands 2. Die zweiten Kopplungselemente 5 weisen jeweils einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt 6, 7, 8 auf. Sie sind entlang von Geraden 4 so ausgerichtet, daß die Projektionen der Geraden 4 auf die zweite Oberfläche des zweiten Gegenstands 2 einen gedachten Kreis 10 um den Schwerpunkt 9 der zweiten Oberfläche des zweiten Gegenstands 2 berühren. FIG. 4 shows the arrangement of two second coupling elements 5 forming a bridge on a second surface of a second object 2 . The second coupling elements 5 each have a first, second and third section 6 , 7 , 8 . They are aligned along straight lines 4 so that the projections of the straight line 4 an imaginary circle 10 contact to the second surface of the second object 2 to the center of gravity 9 of the second surface of the second article. 2
Fig. 5A zeigt die Herstellung des zweiten Kopplungselements 5 mit Hilfe einer Releaseschicht 11. Das zweite Kopplungsele ment 5 verbindet den zweiten Gegenstand 2 mit dem ersten Ge genstand 1 über ein erstes Kopplungselement 3. Nachdem die Releaseschicht 11 auf der zweiten Oberfläche des zweiten Ge genstands 2 aufgebracht wurde, wird das zweite Kopplungsele ment 5 so auf der zweiten Oberfläche des zweiten Gegenstands 2 bzw. auf der Releaseschicht 11 aufgebracht, daß sich eine Stufe ausbildet. Die Releaseschicht 11 ist so beschaffen, daß sie von der zweiten Oberfläche des zweiten Gegenstands 2 gut lösbar ist und daß sie gut am zweiten Kopplungselement 5 haf tet. Fig. 5A shows the preparation of the second coupling element 5 by means of a release layer 11. The second coupling element 5 connects the second object 2 to the first object 1 via a first coupling element 3 . After the release layer was applied on the second surface of the second Ge genstands 2 11, the second element 5 is Kopplungsele so on the second surface of the second object 2 and to the release layer 11 is applied, that a step is formed. The release layer 11 is such that it is easily detachable from the second surface of the second object 2 and that it adheres well to the second coupling element 5 .
Fig. 5B zeigt die Releaseschicht 11 aus Fig. 5A, nachdem sie von der zweiten Oberfläche des zweiten Gegenstands 2 durch Ausüben von Scherkräften abgelöst wurde. FIG. 5B shows the release layer 11 from FIG. 5A after it has been detached from the second surface of the second object 2 by exerting shear forces.
Fig. 6 zeigt eine Verbindung zweier Gegenstände 1, 2, die einen elektrischen Kontakt zwischen einer ersten Kontaktflä che 12 auf dem ersten Gegenstand 1 und einer zweiten Kontakt fläche 13 auf dem zweiten Gegenstand 2 herstellt. Das erste Kopplungselement 3 ist eine Lotkugel. Das zweite Kopplungs element 5 weist eine Leiterbahn 14 auf, welche die Lotkugel mit der zweiten Kontaktfläche 13 elektrisch verbindet. Ferner weist das zweite Kopplungselement eine Polyimid-Schicht 16 auf, welche eine Ausnehmung an der Stelle aufweist, an der die Lotkugel 3 die Leiterbahn 14 kontaktiert. Auf der dem zweiten Gegenstand 2 zugewandten Seite des zweiten Kopplungs elements 5 ist die Leiterbahn 14 mittels eines Isolators 15 vor der Kontaktierung mit dem zweiten Gegenstand geschützt. Fig. 6 shows a connection of two objects 1 , 2 , which makes an electrical contact between a first contact surface 12 on the first object 1 and a second contact surface 13 on the second object 2 . The first coupling element 3 is a solder ball. The second coupling element 5 has a conductor track 14 which electrically connects the solder ball to the second contact surface 13 . Furthermore, the second coupling element has a polyimide layer 16 , which has a recess at the point at which the solder ball 3 contacts the conductor track 14 . On the side of the second coupling element 5 facing the second object 2 , the conductor track 14 is protected from contact with the second object by means of an insulator 15 .
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielhaft ge zeigten Ausführungsformen, sondern wird in ihrer allgemeinsten Form durch das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1 definiert.The invention is not limited to the exemplary ge showed embodiments, but is in its most general form through the manufacturing process according to Claim 1 defined.
Claims (8)
ein mit der ersten Oberfläche fest verbundenes erstes Kopplungselement (3) und
ein zweites Kopplungselement (5) in Form einer entlang einer Geraden (4) verlaufenden Stufe, deren erster Abschnitt (6) mit der zweiten Oberfläche fest verbunden ist und deren zweiter Abschnitt (7) einen Abstand von der zweiten Oberfläche aufweist und auf der der zweiten Oberfläche gegenüberliegenden Seite mit dem ersten Kopplungselement (3) fest verbunden ist, mit folgenden Schritten:
- a) Erzeugen der Stufe auf der zweiten Oberfläche durch Aufbringen einer schlecht haftenden Zwischenschicht (11) auf der zweiten Oberfläche;
- b) Aufbringen einer gut haftenden, die Stufe und die zweite Oberfläche überdeckenden, wenigstens einen Teil des zweiten Kopplungselements (5) bildenden Schicht;
- c) ggf. Aufbringen weiterer, weitere Teile des zweiten Kopplungselements (5) bildender Schichten;
- d) Aufbringen des ersten Kopplungselementes (3) auf das zweite Kopplungselement (5);
- e) Befestigen der ersten Oberfläche am ersten Kopplungselement (3);
- f) Ausüben einer Scherkraft zwischen den beiden Gegenständen parallel zur zweiten Oberfläche, die ein Ablösen der Zwischenschicht (1) von der zweiten Oberfläche bewirkt.
a first coupling element ( 3 ) and fixedly connected to the first surface
a second coupling element ( 5 ) in the form of a step running along a straight line ( 4 ), the first section ( 6 ) of which is firmly connected to the second surface and the second section ( 7 ) of which is at a distance from the second surface and on which the second Surface opposite side is firmly connected to the first coupling element ( 3 ), with the following steps:
- a) creating the step on the second surface by applying a poorly adhering intermediate layer ( 11 ) on the second surface;
- b) applying a well-adhering layer covering the step and the second surface and forming at least part of the second coupling element ( 5 );
- c) if necessary, applying further layers forming further parts of the second coupling element ( 5 );
- d) applying the first coupling element ( 3 ) to the second coupling element ( 5 );
- e) attaching the first surface to the first coupling element ( 3 );
- f) exerting a shear force between the two objects parallel to the second surface, which causes the intermediate layer ( 1 ) to detach from the second surface.
ein mit der ersten Oberfläche fest verbundenes erstes Kopplungselement (3) und
ein zweites Kopplungselement (5) in Form einer entlang einer Geraden (4) verlaufenden Stufe, deren erster Abschnitt (6) mit der zweiten Oberfläche fest verbunden ist und deren zweiter Abschnitt (7) einen Abstand von der zweiten Oberfläche aufweist und auf der der zweiten Oberfläche gegenüberliegenden Seite mit dem ersten Kopplungselement (3) fest verbunden ist, wobei das zweite Kopplungselement (5) biegeelastisch und so angeordnet ist, daß die Projektion der Geraden (4) auf eine kleinere der beiden Oberflächen einen Kreis (10) um deren Schwerpunkt (9) nicht schneidet, dessen Fläche ein Zehntel der kleineren Oberfläche beträgt, mit folgenden Schritten:
- a) Aufbringen einer Zwischenschicht (11) in Form eines Streifens auf der zweiten Oberfläche;
- b) Aufbringen einer den Streifen (11) überbrückenden, wenigstens Teile des zweiten Kopplungselements (5) bildenen Schicht auf die zweite Oberfläche;
- c) ggf. Aufbringen weiterer Teile des zweiten Kopplungselements (5) bildender Schichten;
- d) ggf. Erzeugen eines Lochs im zweiten Kopplungselement (5) als Zutritt für die Zwischenschicht (11) ätzende Stoffe;
- e) Entfernen der Zwischenschicht (11) zur Bildung einer freitragenden Brücke bzw. einer Stufe;
- f) Aufbringen des ersten Kopplungselements (3) auf das zweite Kopplungselement (5);
- g) Befestigen der ersten Oberfläche am ersten Kopplungselement (3).
a first coupling element ( 3 ) and fixedly connected to the first surface
a second coupling element ( 5 ) in the form of a step running along a straight line ( 4 ), the first section ( 6 ) of which is firmly connected to the second surface and the second section ( 7 ) of which is at a distance from the second surface and on which the second Surface opposite side is fixedly connected to the first coupling element ( 3 ), the second coupling element ( 5 ) being flexible and arranged so that the projection of the straight line ( 4 ) onto a smaller of the two surfaces forms a circle ( 10 ) around its center of gravity ( 9 ) does not cut, the area of which is one tenth of the smaller surface, with the following steps:
- a) applying an intermediate layer ( 11 ) in the form of a strip on the second surface;
- b) applying a layer bridging the strip ( 11 ) and forming at least parts of the second coupling element ( 5 ) to the second surface;
- c) if necessary, applying further parts of the layers forming the second coupling element ( 5 );
- d) optionally creating a hole in the second coupling element ( 5 ) as an access for the intermediate layer ( 11 ) of corrosive substances;
- e) removing the intermediate layer ( 11 ) to form a self-supporting bridge or step;
- f) applying the first coupling element ( 3 ) to the second coupling element ( 5 );
- g) attaching the first surface to the first coupling element ( 3 ).
bei dem der die erste Oberfläche aufweisende Gegenstand eine Leiterplatte mit einer ersten Kontaktfläche (12) ist, der die zweite Oberfläche aufweisende Gegenstand ein Halbleiterbauelement mit einer zweiten Kontaktfläche (13) ist, der erste Abschnitt der Stufe auf seiner der zweiten Kontaktfläche (13) zugewandten Seite eine dritte Kontaktfläche aufweist, die elektrisch mit einer auf der der ersten Oberfläche zugewandten Seite des zweiten Abschnitts der Stufe angeordneten vierten Kontaktfläche verbunden ist, und das erste Kopplungselement (5) die vierte Kontaktfläche mit der ersten Kontaktfläche (11) verbindet und aus Lot besteht,
bei dem als schlecht auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements haftende Zwischenschicht (11) Polyimid (16), Polybenzoxazol oder Benocyclobuten ohne den üblicherweise verwendeten Haftvermittler aufgebracht wird,
bei dem die Verbindung der ersten mit der vierten Kontaktfläche durch Reflow-Löten erfolgt, und
bei dem das auf das Löten folgende Abkühlen von Halbleiterbauelement und Leiterplatte eine Zugspannung zwischen Leiterplatte und Halbleiterbauelement erzeugt, die die Zwischenschicht (11) von der Oberfläche des Halbleiterbauelementes ablöst.3. The method according to claim 1,
in which the object having the first surface is a printed circuit board with a first contact surface ( 12 ), the object having the second surface is a semiconductor component with a second contact surface ( 13 ), the first portion of the step facing the second contact surface ( 13 ) Side has a third contact surface, which is electrically connected to a fourth contact surface arranged on the side of the second section of the step facing the first surface, and the first coupling element ( 5 ) connects the fourth contact surface to the first contact surface ( 11 ) and consists of solder .
in which the intermediate layer ( 11 ) which is poorly adhering to the surface of the semiconductor component is applied without the commonly used adhesion promoter, polyimide ( 16 ), polybenzoxazole or benocyclobutene,
in which the connection of the first to the fourth contact area takes place by reflow soldering, and
in which the cooling of the semiconductor component and the printed circuit board following the soldering produces a tensile stress between the printed circuit board and the semiconductor component which detaches the intermediate layer ( 11 ) from the surface of the semiconductor component.
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