WO2005048345A1 - Package system for modular superstructures and method for producing package systems - Google Patents

Package system for modular superstructures and method for producing package systems Download PDF

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WO2005048345A1
WO2005048345A1 PCT/EP2004/052847 EP2004052847W WO2005048345A1 WO 2005048345 A1 WO2005048345 A1 WO 2005048345A1 EP 2004052847 W EP2004052847 W EP 2004052847W WO 2005048345 A1 WO2005048345 A1 WO 2005048345A1
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tub
electrical
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structures
pad
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PCT/EP2004/052847
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Ralf Schmidt
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Fachhochschule Stralsund
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    • H01L2924/1627—Disposition stacked type assemblies, e.g. stacked multi-cavities

Definitions

  • the invention relates to a package system and a process for producing such a package system for modular system structures of functional components for a modular system, in particular for use in microsystem tedmics.
  • MATCH-X A concept of such a modular system for modular microsystems is known under the name "MATCH-X", which was developed in the lead by the Association of Machine and Plant Manufacturers and the Fraunhofer Institutes IPA and IZM. These are uniform design regulations and interface definitions , which guarantee the modularity and compatibility of the components of the microsystem modular system.
  • the modules with electrical, electronic, mechanical, fluidic and optical functions are accommodated in standardized "packages".
  • the standards relate to the geometry and the interfaces between similar and different function modules.
  • the individual modules can now be used within these specifications and restrictions developed according to the black box method according to the given classification.
  • a disadvantage of the known packages is the number of individual parts required for their manufacture and the resulting manufacturing and assembly costs.
  • Fig. 1 shows a package according to the MATCH-X standard.
  • the package is a top-bottom-ball-grid-array package (TB-BGA package), which consists of the TB-BGA carrier (1), a redistribution layer (2) that may be necessary, and a ramien (3) for the internal bus routing and the TB-BGA cover (4).
  • the respective ball grid arrays (5) represent the electrical interfaces to the environment. Versions in ceramics and FR4 (glass epoxy) are known, although the classification with classes A, B, C also mentions other material groups (cf.
  • FIGS. 2, 3, 4 show a further package which consists of an organometallic compound, the electrical lines being laser-structured and metallized in a subsequent chemical metallization process.
  • the upper and lower parts can each be designed as a plate and / or trough, see for example FIGS. 2, 3, 4.
  • the wall inclinations result from the fact that these surfaces are structured with the same laser beam as the horizontal surfaces , whereby the laser spot for structuring is raised or lowered according to the wall position by means of a fast optical unit in the beam path of the laser (DE patent application 10258478.8 from December 10, 2002 "Package for a modular system").
  • Another possibility is to place the part to be structured under to rotate and move the laser beam so that a 3-D structuring can be achieved.
  • a disadvantage of these two package concepts is that the ball grid structures (5) for the interface design prevent their use for further redistribution levels due to their full-surface designs.
  • the inner second surface e.g. inner cover side of FIG. 3
  • An even more extensive count of rewiring levels can only be achieved by integrating an additional multilayer structure, as in the first package concept according to Fig. 1, which of course considerably increases the effort. Disclosure of the Invention Technical Problem
  • the object of the invention is to further reduce the number of individual parts of the package system, to accommodate at least two levels of redistribution, to implement one or more interfaces to the two known package concepts mentioned above and to achieve a cost reduction within the overall concept.
  • the package system according to the invention for modular system structures consists of an obligatory part in the form of a tub or double tub, which is made of an organometallic material. It is supplemented by additional optional parts that expand the package system with regard to additional protective functions, higher levels of integration and coupling to other geometry sizes in the same system and to other package systems.
  • the bottom of the tub has electrical line and connection structures on both sides, which are connected by electrical vias.
  • the electrical interface is realized on the outside by metallized single or multi-cell pad line structures that are round, square or oval.
  • the pad-line structures are connected to the structures on the floor by electrical lines.
  • the pad line structures on the upper tub edge are connected to the external pad line structures on the bottom side of the tub by electrical lines which run over the inclined inner walls of the tub. In connection with the electrical through contacts, this enables the cables to be looped vertically through the trough.
  • the trough has a narrow circumferential trough edge which carries a temporary outer short-circuit conductor with connection stubs. In this way, all conductor tracks connected to the pad line structures are short-circuited for galvanic metallization. After this technological step, the connection stubs are removed again by breaking them off or cutting them off with a laser.
  • the circumferential temporary short-circuit conductor strip has a widening at at least one of the four corners, which allows electrical contacting for the galvanic current.
  • An optional outer redistribution plate is made in the form of a flat plate made of an organometallic or non-organometallic material. These carry pad line structures on the top and bottom, which are congruent with the pad line structures of the bathtub and which are electrically contacts are connected. In addition, there are electrical conductor tracks on one or both sides of the redistribution plate, which are connected by electrical vias.
  • the redensification plate has connection structures for further components on the underside.
  • a further optional outer redistribution plate is realized in the form of a trough turned over by 180 °.
  • An optional inner mounting plate is designed in the form of a flat plate which carries pad-line structures on the top and bottom sides, which match the pad-line structures of the tub, which are located on the inner shoulder of the tub. are congruent and connected by means of electrical vias.
  • An intermediate interface plate is designed for the coupling of different tub sizes in the package system in the form of a flat plate. It consists of an organometallic or non-organometallic material. There are pad-line structures on the top and bottom that are congruent with the pad-line structures of the bottom and top tub.
  • the pad line structures of the top and bottom of the intermediate interface plate are connected by electrical lines on both sides and electrical vias.
  • a coupling plate to external systems is designed in the form of a flat plate which consists of an organometallic or non-organometallic material.
  • the coupling plate carries the pad line structure of the tub on one side and the connection structure of the third-party package system on the other side.
  • the pad line structures on one side of the coupling plate are connected to the pad / connection structures on the other side by electrical lines on both sides and electrical through-contacts.
  • the electrical conductor tracks, connection structures, electrical vias and pad-line structures are structured and activated with the laser geometrisdi and then chemically and if necessary also galvanically metallized.
  • the process for producing the package system is characterized in that that the electrical conductor tracks, the connection structures, the electrical through-contacts and the pad-line structures of the main part made of organometallic material in the form of a trough with inner outwardly sloping side surfaces or the additional parts, if they consist of organometallic material, are geometrically structured with a laser and activated and then metallized.
  • the structuring is carried out with a laser beam which is parallel to the vertical, and the part is turned over once by the laser for completely necessary structure generation.
  • the metallization takes place chemically and / or galvanically.
  • the tub has a narrow circumferential tub rim which carries a temporary outer short silicon conductor strip with connection stubs, which short-circuits all conductor strips connected to the pad line structures for galvanic metallization and is then removed again.
  • the circumferential temporary short-diameter conductor track has a widening on at least one of the four corners, which allows electrical contacting for the galvanic current.
  • Conductor lines that are logically not to be connected to the pad line structures are nevertheless connected to the conductor lines connected to the pad line structures by means of a laser-structured and metallized short-circuit bridge in such a way that they follow a galvanic metallization process by means of a subtractive laser process be canceled again.
  • the same laser cuts the circumferential tub edge, which carries the outer short circuit conductor and part of the connection stub, with or after other laser parameters.
  • the organometallic materials are crosslinked by the action of thermal or ⁇ or ⁇ radiation before, during or after the production of the parts.
  • the assembly to a package system is carried out by means of obligatory trays and optional additional parts such that the pad-line structures belonging to the respective parts of two superimposed or other interface structures are always congruent when coupled to third-party systems, so that vertical assembly of the Items are made.
  • a tub or double tub can be mounted with or without a cover or with or without an outer redistribution plate or with or without an upside-down tub, with the latter two eliminating the upper pad line structures and the resulting minimal package systems horizontally on Connection substrate, also in connection with other electrical and non-electrical Components.
  • FIG. 7 all-round tub edge with short-diameter conductor track with connecting stubs
  • FIG. 9 outer redistribution plate
  • Figure 11 intermediate interface plate for connecting different tub sizes within a modular package system
  • Figure 12 coupling plate for the connection to an external system
  • the package system consists of an obligatory tray or double tray, an optional cover plate, an optional outer redistribution plate, an optional inner mounting plate, an optional intermediate interface plate for coupling different tray sizes in the package system, and an optional coupling plate to external systems (such as MATCH-X).
  • the packaging can be completely implemented with only one component, the obligatory tub / double tub. All other components mentioned extend the package system with regard to further protective functions (e.g. contact and moisture protection), higher levels of integration and coupling to other geometry sizes in the same system and to other package systems.
  • further protective functions e.g. contact and moisture protection
  • Part 1 tub and double tub
  • the tub (Fig. 5) consists of a metal-organic connection.
  • the double tub design is shown in FIG.
  • the manufacture of this tub can be made simply by machining blanks. Injection molding is a good option for larger quantities, which means that the initially unstructured tubs can be reduced considerably.
  • the electrical conductor tracks 6 on the top and bottom sides, the through contacts 10 between them and the connections 7 are structured with a laser and then chemically metallized, preferably with copper.
  • the connection structure 7 to the outside (electrical interface) is achieved with the help of pad line structures 8, which run in one or more cells at the edge of the tub.
  • FIG. 5 shows the views of the top and bottom sides of the tub, these pad line structures, here by way of example here, on the bottom side each being congruent with the pad line structures on the top side of the tub.
  • This enables vertical stacking directly above one another of individual tubs of the same size, as is also the case, for example, in the MATCH-X concept by looping through the electrical cables and buses.
  • the inclinations of the inner walls 9 by typically> 15 ° enable the laser structuring with the same laser beam as for the horizontal surfaces using a fast optical unit in the laser beam path with a vertical shift of the laser spot.
  • the various interfaces must be defined.
  • the outer geometry should adapt to the MATCH-X 2 structure, with the dimensions typically starting at 10 x 10mm and increasing in 2.5mm increments.
  • the protruding tub edges can either simply be broken off or cut off with a laser. If conductor tracks or pads cannot be connected to the circumferential short-circuit structure 12 by simply pulling out the conductor tracks, for example in the case of separate internal structures, then these must first be connected by design to the conductor tracks, which in turn are connected to the short-circuit structure. These short circuits are then removed again after the galvanization with the laser. In this case, the laser can eliminate the internal short circuits and separate the protruding tub edge in one process step using various laser set parameters.
  • the advantage of the double trough is that components can also be mounted on the underside, which on the one hand leads to an increase in the component density and on the other hand opens up the possibility of arranging components in a certain way with respect to one another, for example blocking capacitors directly underneath electronic circuits.
  • the cover according to Fig. 8 represents an optional component of the package system and essentially has the task of protecting the functions and components within a tub, e.g. from mechanical influences, dust, moisture, etc. If several trays are stacked vertically, only the last one needs to be provided with this cover. Since no further functions can generally be implemented here, no further structures need to be applied to the cover. Designs in the form of a plate 15 and a tub 16, the unstructured body of which corresponds to the tub according to Part 1, are sensible.
  • the cover can then be glued to the obligatory tub, part.
  • Part 3 Outer redistribution plate
  • the optional outer redistribution plate according to FIG. 9 closes off the tub, as does the cover plate.
  • this outer redistribution plate implements one or more functions. Additional electrical cables can be accommodated on one or both sides and additional components on the underside. These components 17 can be electrical as well as non-electrical. This means that the density of cables and components within the package can be increased significantly without increasing the external geometry.
  • the base of this outer redistribution plate corresponds to the base of the tub.
  • the same pad line structures 8 as those of the tub must be arranged on the top and bottom sides of this plate, so that a connection can be made with the pad line structures of the tub to be sealed and a possible further tub to be placed vertically.
  • This outer redistribution plate like the tub, should also consist of the organometallic compound with the corresponding laser structuring technology mentioned above and the chemical and optional galvanic metallization, but it does not necessarily have to.
  • Part 4 Inner mounting plate
  • the optional inner mounting plate 21, corresponding to FIG. 10, additionally creates 2 further wiring and component levels and is mounted in the interior of the tub on an additional shoulder corresponding to 20. It is contacted via the lower pad-line structure 18, which is congruent with the corresponding pad-line structure 19, on the inner shoulder 20 of the tub by means of known connection technologies such as soldering or conductive adhesive. In connection with the tub, 4 wiring and 3 component levels (with the double tub even 4) can be realized. If the optional external wiring board is added, there are a maximum of 6 wiring and 4 component levels (or 5).
  • the use of the inner mounting plate with regard to electrical and electronic package modules is restricted, since due to the second slope, not all electrical lines can now be routed to the outside. Such a package design can, however, be useful for non-electrical modules, for example micromechanics, in which case the aforementioned pad-line structures 18 and 19 and the electrical lines 6 can be omitted completely or partially.
  • Part 5 Intermediate interface plate for coupling different tub sizes in the package system
  • the optional intermediate interface plate 22 serves to connect different tub sizes within this modular package system (FIG. 11). For this purpose, a transition from one pad line structure 23, which can also be multi-cell, to another pad line structure 24 by means of electrical lines 6 on both sides and durd contacts 10. These structures can be differentiated in the number of lines, in the number of connections per line and in the pitch of the connections themselves. Typically not all views are then always transferred, which must be taken into account in the overall design of a package system.
  • the optional coupling plate 25 to a third-party system is intended to expand the possible uses of the proposed system.
  • the pad line structures 8 of the tub have to be redistributed to a flat matrix structure 26 or vice versa (FIG. 12).
  • the coupling plate 25 has a 2-level design with a pad line structure on the bottom side and a matrix structure on the Top side, the connection being made by means of known electrical lines 6 and through contacts 10.
  • FIGS. 13 and 14 show two examples of system structures with the individual components described above.
  • the package system corresponding to FIG. 13 consists of a double trough 27, a trough with optional outer redistribution plate 28, a trough 29, a further trough 30 and an optional final cover plate 31.
  • the package system according to FIG. 14 consists of a trough 32, another trough 33, a tub with an optional intermediate interface plate 34, a tub 35 and an optional final cover plate 36.
  • the organometallic materials can be crosslinked before, during or after the manufacture of the individual parts by thermal action or ⁇ or ⁇ radiation, which is particularly important in soldering processes.

Abstract

The invention relates to a package system and a method for producing said system for modular superstructures of function modules, designed to be used as a construction kit, in particular in microsystems technology. The aim of the invention is to reduce the number of individual parts of the package system, to provide at least two rewiring planes, to create one or more interfaces to known package concepts and on the level of the general concept to reduce costs. The inventive package system for modular superstructures consists of an obligatory part in the form of a tray or double tray, produced from an organometallic material. Additional, optional parts can be added to enhance the package system with regard to additional protective functions, higher integration grades and coupling to other trays of different sizes in the same system and to other package systems. According to the inventive method, the electric conductor tracks, connection structures, electric feedthroughs and the pad-line structures are geometrically structured by a laser, activated and subsequently plated.

Description

Beschreibung Packagesystem für modulare Systemaufbauten und Verfahren zur Herstellung von Packagesystemen Technisches Umfeld Description Package system for modular system structures and processes for the production of package systems Technical environment
[001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Packagesystem und ein Verfäiren zur Herstellung eines solchen Packagesystems für modulare Systemaufbauten von Funktionsbausteinen für ein Baukastensystem, insbesondere zum Einsatz in der Mikrosy- stemtedmik.[001] The invention relates to a package system and a process for producing such a package system for modular system structures of functional components for a modular system, in particular for use in microsystem tedmics.
[002] Ein Konzept eines solchen Baukastensystems für modulare Mikrosysteme ist bekannt unter der Bezeichnung „MATCH-X", das federführend vom Verband der Maschinen- und Anlagenbauer und den Fraunhofer Instituten IPA und IZM entwickelt wurde. Es handelt sich dabei um einheitliche Designvorschriften und Schnittstellendefinitionen, welche die Modularität und Kompatibilität der Bausteine des Mikrosystem- baukastens garantieren.A concept of such a modular system for modular microsystems is known under the name "MATCH-X", which was developed in the lead by the Association of Machine and Plant Manufacturers and the Fraunhofer Institutes IPA and IZM. These are uniform design regulations and interface definitions , which guarantee the modularity and compatibility of the components of the microsystem modular system.
[003] Die Bausteine mit elektrischen, elektronischen, mechanischen, fluidischen und optischen Funktionen sind in standardisierten „Packages" untergebracht. Die Standards beziehen sich auf die Geometrie und die Interfaces zwischen gleichartigen und unterschiedlichen Funktionsbausteinen. Innerhalb dieser Vorgaben und Restriktionen können nun die einzelnen Bausteine nach der Black-Box-Methode entsprechend der vorgegebenen Klassifikation entwickelt werden.The modules with electrical, electronic, mechanical, fluidic and optical functions are accommodated in standardized "packages". The standards relate to the geometry and the interfaces between similar and different function modules. The individual modules can now be used within these specifications and restrictions developed according to the black box method according to the given classification.
[004] Nachteilig bei den bekannten Packages sind die Anzahl der zu deren Herstellung benötigten Einzelteile sowie die daraus resultierenden Herstellungs- und Montagekosten.A disadvantage of the known packages is the number of individual parts required for their manufacture and the resulting manufacturing and assembly costs.
[005] Fig. 1 zeigt ein Package entsprechend dem MATCH-X-Standard. Das Package ist ein Top-Bottom-Ball-Grid-Array-Package (TB-BGA-Package), welches aus dem TB- BGA-Carrier (1), einer unter Umständen notwendigen Umverdrähtungsebene (2), einem aufgesetzten Ramien (3) für die interne Busführung und dem TB-BGA-Deckel (4) besteht. Die jeweiligen Ball Grid Arrays (5) stellen die elektrischen Schnittstellen zur Umgebung dar. Bekannt sind Ausführungen in Keramik und FR4 (Glas Epoxy), wobei die Klassifizierung mit den Klassen A, B, C auch schon weitere Werkstoffgruppen nennt (vgl. dazu http://www.pb.izm.fbg.de/match-x/, "Modulare Mikro- systemtedinik-Bericht für den Anwender" vom VDMA und "Das Baulastensystem für modulare Mikrosysteme MATCH X", Seminar Modulare Mikrosysteme, München, FhG IZM, 12. u. 13. Juni 2001). Die zur Herstellung benötigten Technologien sind bekannte Leiterplattentechnologien. Es sind mindestens 3 Einzelteile für das Package notwendig.Fig. 1 shows a package according to the MATCH-X standard. The package is a top-bottom-ball-grid-array package (TB-BGA package), which consists of the TB-BGA carrier (1), a redistribution layer (2) that may be necessary, and a ramien (3) for the internal bus routing and the TB-BGA cover (4). The respective ball grid arrays (5) represent the electrical interfaces to the environment. Versions in ceramics and FR4 (glass epoxy) are known, although the classification with classes A, B, C also mentions other material groups (cf. http: //www.pb.izm.fbg.de/match-x/, "Modular Microsystem-Tinics Report for the User" from VDMA and "The Construction Load System for Modular Microsystems MATCH X", Seminar Modular Microsystems, Munich, FhG IZM, June 12 and 13, 2001). The technologies needed to manufacture are known circuit board technologies. At least 3 individual parts are required for the package.
[006] Fig. 2 zeigt ein weiteres Package, das aus einer metallorganischen Verbindung besteht, wobei die elektrischen Leitungen laserstrukturiert und in einem anschließenden chemischen Metallisierungsprozess metallisiert werden. Hierbei können die Ober- bzw. Unterteile jeweils als Platte und/oder Wanne ausgeführt werden, siehe beispielhaft die Fig. 2, 3, 4. Die Wandneigungen ergeben sich aus der Tatsache, dass diese Flächen mit dem gleichen Laserstrahl wie die horizontalen Flächen strukturiert werden, wobei durch eine schnelle Optikeinheit im Strählengang des Lasers der Laserspot zum Strukturieren entsprechend der Wandposition angehoben oder abgesenkt wird (DE-Patentanmeldung 10258478.8 vom 10.12.2002 „Package für ein modulares Baukastensystem"). Eine andere Möglichkeit besteht darin, das zu strukturierende Teil unter dem Laserstrdll so zu drehen und verschieben, dass eine 3-D Strukturierung erzielt werden kann.2 shows a further package which consists of an organometallic compound, the electrical lines being laser-structured and metallized in a subsequent chemical metallization process. The upper and lower parts can each be designed as a plate and / or trough, see for example FIGS. 2, 3, 4. The wall inclinations result from the fact that these surfaces are structured with the same laser beam as the horizontal surfaces , whereby the laser spot for structuring is raised or lowered according to the wall position by means of a fast optical unit in the beam path of the laser (DE patent application 10258478.8 from December 10, 2002 "Package for a modular system"). Another possibility is to place the part to be structured under to rotate and move the laser beam so that a 3-D structuring can be achieved.
[007] Nachteilig gestaltet sich bei diesen beiden Packagekonzepten, dass die Ball- Grid-Strukturen (5) für die Interfacegestaltung durch ihre vollflächigen Ausführungen eine Nutzung für weitere Umverdrähtungsebenen verhindern. Im Falle des ersten Packages nach Fig. 1 bedeutet das die Einführung einer weiteren Umverdrähtungslage (2), die auch als Multilayer ausgeführt sein kann, wodurch vorteilhaft eine hohe Ver- drähtungsdichte erzielbar wird.A disadvantage of these two package concepts is that the ball grid structures (5) for the interface design prevent their use for further redistribution levels due to their full-surface designs. In the case of the first package according to FIG. 1, this means the introduction of a further redistribution layer (2), which can also be designed as a multilayer, which advantageously makes it possible to achieve a high wiring density.
[008] Im Falle des zweiten Packagekonzeptes, beispielhaft entsprechend Fig. 2 bis 4, muss für eine weitere Umverdrähtungsebene die innere zweite Fläche, z.B. innere Deckelseite nach Fig. 3, dazu verwendet werden. Eine noch weitergehende Zähl von Umverdrähtungsebenen lässt sich nur dadurch erzielen, indem wie beim ersten Packa- gekonzept nach Fig.l eine zusätzliche Multilayerstruktur integriert wird, was den Aufwand natürlich erheblich vergrößert. Offenbarung der Erfindung Technisches ProblemIn the case of the second package concept, for example corresponding to Figs. 2 to 4, the inner second surface, e.g. inner cover side of FIG. 3, can be used for this. An even more extensive count of rewiring levels can only be achieved by integrating an additional multilayer structure, as in the first package concept according to Fig. 1, which of course considerably increases the effort. Disclosure of the Invention Technical Problem
[009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzähl der Einzelteile des Packagesystems weiter zu reduzieren, mindestens 2 Umverdrεhtungsebenen unterzubringen, ein bzw. mehrere Interfaces zu den oben genannten zwei bekannten Packagekonzepten zu realisieren und im Rεhmen des Gesamtkonzeptes eine Kostenreduzierung zu erreichen.The object of the invention is to further reduce the number of individual parts of the package system, to accommodate at least two levels of redistribution, to implement one or more interfaces to the two known package concepts mentioned above and to achieve a cost reduction within the overall concept.
[010] Die Aufgabe wird durch die Patentansprüche 1-19 gelöst. Technische LösungThe object is solved by claims 1-19. Technical solution
[011] Das erfindungsgemäße Packagesystem für modulare Systemaufbauten besteht aus einem obligatorischen Teilin Form einer Wanne oder Doppelwanne, welches aus einemmetallorganischen Werkstoff gefertigt wird. Es wird durch weitere optionale Teile ergänzt, die das Packagesystem hinsichtlich weiterer Schutzfunktionen, höheren Integrationsgrades und Kopplung zu anderen Geometriegrößen im gleichen System und zu anderen Packagesystemen erweitern.The package system according to the invention for modular system structures consists of an obligatory part in the form of a tub or double tub, which is made of an organometallic material. It is supplemented by additional optional parts that expand the package system with regard to additional protective functions, higher levels of integration and coupling to other geometry sizes in the same system and to other package systems.
[012] Die inneren Seiten der Wanne des obligatorischen Teils weicht um einen Winkel nach außen von der Vertikalen ab, so dass eine Strukturierung mit einem zur Vertikalen parallel einfallenden Laserstrεhl möglich ist. Für eine vollständig notwendige Strukturerzeugung durch den Laser wird das Teil einmal umgedreht.[012] The inner sides of the trough of the obligatory part deviate from the vertical by an angle outwards, so that structuring with a laser beam incident parallel to the vertical is possible. The part is turned over once for a completely necessary structure generation by the laser.
[013] Der Boden der Wanne weist auf beiden Seiten elektrische Leitungs- und Anschlussstrukturen auf, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind.[013] The bottom of the tub has electrical line and connection structures on both sides, which are connected by electrical vias.
[014] Das elektrische Interface wird nach außen durch metallisierte ein- oder mehrzellige Pad-Line-Strukturen, die rund, eckig oder oval sind, realisiert. Die Pad- Line-Strukturen sind mit den Strukturen auf dem Boden durch elektrische Leitungen verbunden.The electrical interface is realized on the outside by metallized single or multi-cell pad line structures that are round, square or oval. The pad-line structures are connected to the structures on the floor by electrical lines.
[015] Die Pad-Line-Strukturen auf dem oberen Wannenrand sind mit den außen liegenden Pad-Line-Strukturen auf der Bottomseite der Wanne durch elektrische Leitungen verbunden, welche über die geneigten inneren Wände der Wanne verlaufen. In Verbindung mit den elektrischen Durcfkontaktierungen wird so ein vertikales Durchschleifen der Leitungen durch die Wanne ermöglicht.The pad line structures on the upper tub edge are connected to the external pad line structures on the bottom side of the tub by electrical lines which run over the inclined inner walls of the tub. In connection with the electrical through contacts, this enables the cables to be looped vertically through the trough.
[016] Die Wanne weist einen schmalen umlaufenden Wannenrand auf, der einen temporären äußeren Kurzschlussleiterzug mit Anschlussstummeln trägt. So werden alle an die Pad-Line-Strukturen angeschlossenen Leiterzüge für eine galvanische Metallisierung kurzgeschlossen. Nad diesem technologischen Schritt werden die Anschlussstummel wieder entfernt, indem sie abgebrochen oder durch einen Laser abgeschnitten werden.[016] The trough has a narrow circumferential trough edge which carries a temporary outer short-circuit conductor with connection stubs. In this way, all conductor tracks connected to the pad line structures are short-circuited for galvanic metallization. After this technological step, the connection stubs are removed again by breaking them off or cutting them off with a laser.
[017] Der umlaufende temporäre Kurzschlussleiterzug weist an mindestens einer der vier Ecken eine Verbreiterung auf, die eine elektrische Kontaktierung für den Galvanostrom erlaubt.[017] The circumferential temporary short-circuit conductor strip has a widening at at least one of the four corners, which allows electrical contacting for the galvanic current.
[018] Eine optionale äußere Umverdrώtungsplattewird in Form einer ebenen Platte ausgeführt, die aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff besteht. Auf der Ober- und Unterseite trägt diese Pad-Line-Strukturen, die mit den Pad-Line-Strukturen der Wanne deckungsgleich sind und mittels elektrischer Durch- kontaktierungen verbunden werden. [019] Zusätzhch sind auf einer oder beiden Seiten der Umverdrähtungsplatte elektrische Leiterzüge vorhanden, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden werden. Die Umverdrärtungsplatte trägt auf der Unterseite Anschlussstrukturen für weitere Bauelemente. [020] Eine weitere optionale äußere Umverdrähtungsplatte wird in Form einer um 180° umgedrehten Wanne realisiert.An optional outer redistribution plate is made in the form of a flat plate made of an organometallic or non-organometallic material. These carry pad line structures on the top and bottom, which are congruent with the pad line structures of the bathtub and which are electrically contacts are connected. In addition, there are electrical conductor tracks on one or both sides of the redistribution plate, which are connected by electrical vias. The redensification plate has connection structures for further components on the underside. A further optional outer redistribution plate is realized in the form of a trough turned over by 180 °.
[021] Eine optionale innere Montageplatte ist in Form einer ebenen Platte ausgeführt, die auf der Ober- und Unterseite Pad-Line-Strukturen trägt, die mit den Pad- Line-Strukturen der Wanne, die sich auf dem inneren Absatz der Wanne befinden, deckungsgleich und mittels elektrischer Durchkontaktierungen verbunden sind.An optional inner mounting plate is designed in the form of a flat plate which carries pad-line structures on the top and bottom sides, which match the pad-line structures of the tub, which are located on the inner shoulder of the tub. are congruent and connected by means of electrical vias.
[022] Zusätzhch sind auf einer oder beiden Seiten der inneren Montageplatte elektrische Leiterzüge vorhanden, die durch elektrische Durcrkontaktierungen verbunden werden, und Anschlussstrukturen für weitere Bauelemente auf einer oder beiden Seiten aufgebracht werden.In addition, there are electrical conductor tracks on one or both sides of the inner mounting plate, which are connected by electrical through-contacts, and connection structures for further components are applied on one or both sides.
[023] Eine Zwischeninterfaceplatte ist für die Kopplung von unterschiedlichen Wannengrößen im Packagesystem in Form einer ebenen Platte ausgeführt. Sie besteht aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff. Auf der Unter- und Oberseite befinden sich Pad-Line-Strukturen, die zu den Pad-Line-Strukturen der unteren und oberen Wanne deckungsgleich sind.An intermediate interface plate is designed for the coupling of different tub sizes in the package system in the form of a flat plate. It consists of an organometallic or non-organometallic material. There are pad-line structures on the top and bottom that are congruent with the pad-line structures of the bottom and top tub.
[024] Die Pad-Line-Strukturen der Ober- und Unterseite der Zwischeninterfaceplatte sind durch elektrische Leitungen auf beiden Seiten und elektrische Durchkontaktierungen verbunden.The pad line structures of the top and bottom of the intermediate interface plate are connected by electrical lines on both sides and electrical vias.
[025] Eine Kopplungsplatte zu Fremdsystemen wird in Form einer ebenen Platte ausgeführt, die aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff besteht. Die Kopplungsplatte trägt auf der einen Seite die Pad-Line-Struktur der Wanne und auf der anderen Seite die Anschlussstruktur des Fremdpackagesystems. Die Pad-Line-Strukturen der einen Seite der Kopplungsplatte sind mit den Pad- /Ansd lussstrukturen der anderen Seite durch elektrische Leitungen auf beiden Seiten und elektrische Durcrkontaktierungen verbunden.A coupling plate to external systems is designed in the form of a flat plate which consists of an organometallic or non-organometallic material. The coupling plate carries the pad line structure of the tub on one side and the connection structure of the third-party package system on the other side. The pad line structures on one side of the coupling plate are connected to the pad / connection structures on the other side by electrical lines on both sides and electrical through-contacts.
[026] Die elektrischen Leiterzüge, Anschlussstrukturen, elektrischen Durchkontaktierungen und Pad-Line-Strukturen werden bei Verwendung metallorganischer Werkstoffe mit dem Laser geometrisdi strukturiert und aktiviert und anschließend chemisch und bei Bedarf auch galvanisch metallisiert.[026] When using organometallic materials, the electrical conductor tracks, connection structures, electrical vias and pad-line structures are structured and activated with the laser geometrisdi and then chemically and if necessary also galvanically metallized.
[027] Das Verfahren zur Herstellung des Packagesystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterzüge, die Anschlussstrukturen, die elektrischen Durcrkontaktierungen und die Pad-Line-Strukturen des aus metallorganischem Werkstoff bestehenden Hauptteils in Form einer Wanne mit inneren nach außen geneigten Seitenflächen oder der Zusatzteile, sofern sie aus metallorganischem Werkstoff bestehen, mit einem Laser geometrisch strukturiert und aktiviert und anschließend metallisiert werden.The process for producing the package system is characterized in that that the electrical conductor tracks, the connection structures, the electrical through-contacts and the pad-line structures of the main part made of organometallic material in the form of a trough with inner outwardly sloping side surfaces or the additional parts, if they consist of organometallic material, are geometrically structured with a laser and activated and then metallized.
[028] Die Strukturierung erfolgt mit einem zur Vertikalen parallel einfallenden La- sersträil und für eine vollständig notwendige Strukturerzeugung wird durch den Laser das Teil einmal umgedreht. Die Metallisierung erfolgt chemisch und/oder galvanisch.The structuring is carried out with a laser beam which is parallel to the vertical, and the part is turned over once by the laser for completely necessary structure generation. The metallization takes place chemically and / or galvanically.
[029] Durch eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens weist die Wanne einen schmalen umlaufenden Wannenrand auf, der einen temporären äußeren Kurzsdilussleiterzug mit Anschlussstummeln trägt, der alle an die Pad-Line-Strukturen angeschlossenen Leiterzüge für eine galvanische Metallisierung kurzschließt und danach wieder entfernt wird. Der umlaufende temporäre Kurzsdilussleiterzug weist an mindestens einer der vier Ecken eine Verbreiterung auf, die eine elektrische Kontaktierung für den Galvanostrom erlaubt.[029] In a further embodiment of the method, the tub has a narrow circumferential tub rim which carries a temporary outer short silicon conductor strip with connection stubs, which short-circuits all conductor strips connected to the pad line structures for galvanic metallization and is then removed again. The circumferential temporary short-diameter conductor track has a widening on at least one of the four corners, which allows electrical contacting for the galvanic current.
[030] Leiterzüge, die logisch nicht an die Pad-Line-Strukturen anzuschließen sind, werden dennoch durch eine laserstrukturierte und metallisierte Kurzschlussbrücke so an die mit den Pad-Line-Strukturen verbundenen Leiterzüge angeschlossen, dass sie nach dem galvanischen Metallisierungsprozess durch einen subtraktiven Laserprozess wieder aufgehoben werden. Der gleiche Laser schneidet mit anderen Laserparametern danach oder davor den umlaufenden Wannenrand, der den äußeren Kurzs hlussleiterzug und einen Teil der Anschlussstummel trägt, ab.Conductor lines that are logically not to be connected to the pad line structures are nevertheless connected to the conductor lines connected to the pad line structures by means of a laser-structured and metallized short-circuit bridge in such a way that they follow a galvanic metallization process by means of a subtractive laser process be canceled again. The same laser cuts the circumferential tub edge, which carries the outer short circuit conductor and part of the connection stub, with or after other laser parameters.
[031] Eine Vernetzung der metallorganischen Werkstoffe durch thermische oder ß- oder γ- Strählungseinwirkung erfolgt vor, während oder nach der Fertigung der Teile.The organometallic materials are crosslinked by the action of thermal or β or γ radiation before, during or after the production of the parts.
[032] Die Montage zu einem Packagesystem erfolgt mittels obligatorischer Wannen und optionaler Zusatzteile derart, dass die zu den jeweiligen Teilen gehörenden Pad- Line-Strukturen von zwei aufeinander stehenden oder anderen Interfacestrukturen bei Kopplung zu Fremdsystemen immer deckungsgleich sind, so dass eine vertikale Montage der Einzelteile erfolgt.The assembly to a package system is carried out by means of obligatory trays and optional additional parts such that the pad-line structures belonging to the respective parts of two superimposed or other interface structures are always congruent when coupled to third-party systems, so that vertical assembly of the Items are made.
[033] Eine Wanne oder Doppelwanne kann mit oder ohne Abdeckung oder mit oder ohne äußere Umverdrä tungsplatte oder mit oder ohne eine umgedrehte Wanne montiert werden, wobei bei den beiden letztgenannten die oberen Pad-Line-Strukturen entfallen, und diese entstandenen Minimalpackagesysteme horizontal auf ein Verbindungssubstrat, auch in Verbindung mit anderen elektrischen und nichtelektrischen Bauteilen, montiert werden. Kurze Beschreibung von ZeichnungenA tub or double tub can be mounted with or without a cover or with or without an outer redistribution plate or with or without an upside-down tub, with the latter two eliminating the upper pad line structures and the resulting minimal package systems horizontally on Connection substrate, also in connection with other electrical and non-electrical Components. Brief description of drawings
[034] Figur 1 Stand der Technik - Package entsprechend dem MATCH-X-StandardFigure 1 prior art - package according to the MATCH-X standard
[035] Figur 2-4 Stand der Technik - weitere PackagekonzepteFigure 2-4 State of the art - further package concepts
[035] Figur 5 Sicht auf die Top- und Bottomseiten der erfindungsgemäßen WanneFigure 5 View of the top and bottom sides of the tub according to the invention
[037] Figur 6 erfindungsgemäße DoppelwanneFigure 6 double tub according to the invention
[038] Figur 7 umlaufender Wannenrand mit Kurzsdilussleiterzug mit Anschlussstummeln[038] FIG. 7 all-round tub edge with short-diameter conductor track with connecting stubs
[039] Figur 8 AbdeckungFigure 8 cover
[040] Figur 9 äußere UmverdrähtungsplatteFIG. 9 outer redistribution plate
[041] Figur 10 innere Montageplatte[041] Figure 10 inner mounting plate
[042] Figur 11 Zwischeninterfaceplatte zum Verbinden von unterschiedlichen Wannengrößen innerhalb eines modularen Packagesystems[042] Figure 11 intermediate interface plate for connecting different tub sizes within a modular package system
[043] Figur 12 Kopplungsplatte für die Verbindung zu einem Fremdsystem[043] Figure 12 coupling plate for the connection to an external system
[044] Figur 13-14 Beispiele für Systemaufbauten13-14 Examples of system structures
[045] Prinzipiell besteht das Packagesystem aus einer obligatorischen Wanne oder Doppelwanne, einer optionalen Abdeckplatte, einer optionalen äußeren Umverdräα- tungsplatte, einer optionalen inneren Montageplatte, einer optionalen Zwischeninterfaceplatte für die Kopplung von unterschiedlichen Wannengrößen im Packagesystem und einer optionalen Kopplungsplatte zu Fremdsystemen (wie z.B. MATCH-X).In principle, the package system consists of an obligatory tray or double tray, an optional cover plate, an optional outer redistribution plate, an optional inner mounting plate, an optional intermediate interface plate for coupling different tray sizes in the package system, and an optional coupling plate to external systems (such as MATCH-X).
[046] Charakteristisch für das Packagesystem ist, dass mit nur einem Bauteil, der obligatorischen Wanne/Doppelwanne, das Packaging vollständig realisiert werden kann. Alle weiteren genannten Bauteile erweitern das Packagesystem hinsichtlich weiterer Schutzfunktionen (z.B. Berührungs- und Feuchteschutz), höheren Integrationsgrades und Kopplung zu anderen Geometriegrößen im gleichen System und zu anderen Packagesystemen.[046] It is characteristic of the package system that the packaging can be completely implemented with only one component, the obligatory tub / double tub. All other components mentioned extend the package system with regard to further protective functions (e.g. contact and moisture protection), higher levels of integration and coupling to other geometry sizes in the same system and to other package systems.
[047] Teil 1 : Wanne und Doppelwanne[047] Part 1: tub and double tub
[048] Die Wanne (Fig. 5) besteht aus einer metallorganisdien Verbindung. Die Doppelwannenausführung zeigt Fig. 6. Wanne und Doppelwanne werden im folgenden synonym als Wanne bezeidinet. Die Fertigung dieser Wanne kann einfach durch spanende Bearbeitung von Rohlingen hergestellt werden. Bei größeren Stückzählen bietet sich das Spritzgussverfähren an, wodurch sich eine erhebliche Kostensenkung für die zunächst unstrukturierten Wannen realisieren lässt. Die elektrischen Leiterb hnen 6 der Top- und Bottomseite, die Durcrkontaktierungen 10 zwischen diesen und die Anschlüsse 7 werden mit einem Laser strukturiert und anschließend chemisch metallisiert, vorzugsweise mit Kupfer. Die Anschlussstruktur 7 nach außen (elektrisches Interface) wird mit Hilfe von Pad-Line-Strukturen 8 erzielt, die am Rand der Wanne ein- oder mehrzellig verlaufen. Fig. 5 zeigt die Sichten auf die Top- und Bottomseiten der Wanne, wobei diese Pad-Line-Strukturen, hier beispielhaft einzeiüg, auf der Bottomseite jeweils deckungsgleich mit den Pad-Line-Strukturen auf der Topseite der Wanne sind. Dadurch wird ein vertikales Stapeln direkt übereinander einzelner gleich großer Wannen ermöglicht, so wie es z.B. auch das Konzept nach MATCH-X vorsieht, mit dem Durchschleifen der elektrischen Leitungen und Busse. Die Neigungen der inneren Wände 9 um typischerweise > 15° ermcglichen dabei die Laserstrukturierung mit dem gleichen Laserstr hl wie für die horizontalen Flächen unter Nutzung einer schnellen Optikeinheit im Laserstrählengang mit vertikaler Verschiebung des Laserspots. [049] Um ein Baukastensystem realisieren zu können, müssen die verschiedenen Schnittstellen definiert sein. Die äußere Geometrie sollte sich an die MATCH-X 2 Struktur anpassen, wobei die Abmessungen typischerweise bei 10 x 10mm beginnen und in 2,5mm Schritten erhöht werden. Bei den Pad-Line-Strukturen sind die Padgrößen und Padpit hes zu definieren. So ergeben sich beispielsweise für ein 2 Packagesystem mit einer Wanne von 25 x 25mm und einem Pitdi von 1mm 15 x 4=60 Anschlußpins. [050] Sollten die Schichtstärken der chemischen Metallabsdieidung nicht ausreichen, so kann eine galvanische Nachverstärkung realisiert werden. Dazu müssen alle Leiterzüge und Pads kurzgeschlossen werden, was durch einen umlaufenden Wannenrand 11, der metallorganischen Verbindung und einem darauf verlaufenden Kurzsdilussleiterzug 12 mit Anschlussstummeln 14 geschieht (Fig. 7). In den 4 Ecken sollten jeweils Flächenvergrößerungen 13 dieser Kurzschlussstruktur 12 eingebracht werden, um eine problemlose elektrische Ankontaktierung realisieren zu können. Nach der galvanischen Metallisierung können die überstehenden Wannenränder entweder einfach abgebrochen oder aber mit dem Laser abgeschnitten werden. Sollten Leiterzüge oder Pads nicht an die umlaufende Kurzschlussstruktur 12 mit einfachem Herausziehen der Leiterzüge angeschlossen werden können, z.B. bei separaten innen liegenden Strukturen, so müssen diese vom Design her mit zunächst den Leiterzügen verbunden werden, die wiederum an die Kurzschlussstruktur angeschlossen sind. Diese Kurzschlüsse werden dann nach der Galvanisierung mit dem Laser wieder entfernt. In diesem Falle kann der Laser in einem Prozessschritt mit verschiedenen Lasersetparametern die inneren Kurzschlüsse beseitigen und den überstehenden Wannenrand abtrennen. [051] Der Vorteil der Doppelwanne liegt darin, dass hierbei auch auf der Unterseite Bauelemente montiert werden können, was einerseits zu einer Erhöhung der Bauelementedichte führt und andererseits die Möglichkeit eröffnet, Bauelemente in bestimmter Art und Weise zueinander anordnen zu können, z.B. Abblockkondensatoren direkt unter elektronischen Schaltkreisen.The tub (Fig. 5) consists of a metal-organic connection. The double tub design is shown in FIG. The manufacture of this tub can be made simply by machining blanks. Injection molding is a good option for larger quantities, which means that the initially unstructured tubs can be reduced considerably. The electrical conductor tracks 6 on the top and bottom sides, the through contacts 10 between them and the connections 7 are structured with a laser and then chemically metallized, preferably with copper. The connection structure 7 to the outside (electrical interface) is achieved with the help of pad line structures 8, which run in one or more cells at the edge of the tub. 5 shows the views of the top and bottom sides of the tub, these pad line structures, here by way of example here, on the bottom side each being congruent with the pad line structures on the top side of the tub. This enables vertical stacking directly above one another of individual tubs of the same size, as is also the case, for example, in the MATCH-X concept by looping through the electrical cables and buses. The inclinations of the inner walls 9 by typically> 15 ° enable the laser structuring with the same laser beam as for the horizontal surfaces using a fast optical unit in the laser beam path with a vertical shift of the laser spot. To be able to implement a modular system, the various interfaces must be defined. The outer geometry should adapt to the MATCH-X 2 structure, with the dimensions typically starting at 10 x 10mm and increasing in 2.5mm increments. The pad sizes and pad pit hes must be defined for the pad line structures. For example, for a 2 package system with a tub of 25 x 25mm and a Pitdi of 1mm, 15 x 4 = 60 connection pins. [050] If the layer thicknesses of the chemical metal deposition are not sufficient, galvanic amplification can be implemented. For this purpose, all conductor tracks and pads must be short-circuited, which is done by a circumferential trough edge 11, the organometallic connection and a short silicon conductor track 12 with connecting stubs 14 running thereon (FIG. 7). In each of the 4 corners, area enlargements 13 of this short-circuit structure 12 should be introduced in order to be able to implement problem-free electrical contacting. After the galvanic metallization, the protruding tub edges can either simply be broken off or cut off with a laser. If conductor tracks or pads cannot be connected to the circumferential short-circuit structure 12 by simply pulling out the conductor tracks, for example in the case of separate internal structures, then these must first be connected by design to the conductor tracks, which in turn are connected to the short-circuit structure. These short circuits are then removed again after the galvanization with the laser. In this case, the laser can eliminate the internal short circuits and separate the protruding tub edge in one process step using various laser set parameters. The advantage of the double trough is that components can also be mounted on the underside, which on the one hand leads to an increase in the component density and on the other hand opens up the possibility of arranging components in a certain way with respect to one another, for example blocking capacitors directly underneath electronic circuits.
[052] Teil 2: Abdeckung[052] Part 2: Cover
[053] Die Abdeckung nach Fig. 8 stellt ein optionales Bauteil des Packagesystems dar und hat im Wesentlichen die Aufgabe, die Funktionen und Bauelemente innerhalb einer Wanne zu schützen, z.B. vor mechanischen Einwirkungen, Staub, Feuchte u.a.. Bei vertikaler Stapelung mehrerer Wannen braucht somit nur die letzte mit dieser Abdeckung versehen werden. Da in der Regel keine weiteren Funktionen hier zu realisieren sind, brauchen keine weiteren Strukturen auf der Abdeckung aufgebracht werden. Sinnvoll sind Ausführungen in Form einer Platte 15 und einer Wanne 16, deren unstrukturierter Körper der Wanne nach Teil 1 entspricht.The cover according to Fig. 8 represents an optional component of the package system and essentially has the task of protecting the functions and components within a tub, e.g. from mechanical influences, dust, moisture, etc. If several trays are stacked vertically, only the last one needs to be provided with this cover. Since no further functions can generally be implemented here, no further structures need to be applied to the cover. Designs in the form of a plate 15 and a tub 16, the unstructured body of which corresponds to the tub according to Part 1, are sensible.
[054] Die Abdeckung kann dann mit der obligatorischen Wanne, Teill, verklebt werden.[054] The cover can then be glued to the obligatory tub, part.
[055] Teil 3: Äußere Umverdrähtungsplatte[055] Part 3: Outer redistribution plate
[056] Die optionale äußere Umverdrähtungsplatte nach Fig. 9 schließt die Wanne nach oben ab, so wie die Deckplatte. Der Unterschied besteht darin, dass diese äußere Umverdrähtungsplatte eine oder mehrere Funktionen realisiert. So können auf einer oder beiden Seiten zusätzliche elektrische Leitungen und auf der Unterseite zusätzliche Bauelemente untergebracht werden. Diese Bauelemente 17 können elektrischer als auch nichtelektrischer Art sein. Damit kann die Dichte von Leitungen und von Bauelementen innerhalb des Packages deutlich erhöht werden, ohne die äußere Geometrie zu vergrößern. Die Grundfläche dieser äußeren Umverdrähtungsplatte entspricht der Grundfläche der Wanne. Auf den Ober- und Unterseiten dieser Platte müssen die gleichen Pad-Line-Strukturen 8 wie die der Wanne angeordnet sein, so dass eine Verbindung mit den Pad-Line-Strukturen der abzuschließenden Wanne und einer möglichen weiteren vertikal aufzusetzenden Wanne erfolgen kann. Auf dieser Platte kann bzgl. der elektrischen Funktion ein allgemein bekanntes Ein- oder Zweiseitenlayout 6 ohne oder mit Durcrkontaktierungen 10 realisiert werden. Diese äußere Umverdxεhtungsplatte sollte ebenfalls wie die Wanne aus der metallorganischen Verbindung bestehen mit der entsprechenden oben genannten Laserstrukrurie- rungstedmik und der chemischen und optionalen galvanisdien Metallisierung, muss es aber nicht zwangsläufig.The optional outer redistribution plate according to FIG. 9 closes off the tub, as does the cover plate. The difference is that this outer redistribution plate implements one or more functions. Additional electrical cables can be accommodated on one or both sides and additional components on the underside. These components 17 can be electrical as well as non-electrical. This means that the density of cables and components within the package can be increased significantly without increasing the external geometry. The base of this outer redistribution plate corresponds to the base of the tub. The same pad line structures 8 as those of the tub must be arranged on the top and bottom sides of this plate, so that a connection can be made with the pad line structures of the tub to be sealed and a possible further tub to be placed vertically. With regard to the electrical function, a generally known one- or two-sided layout 6 can be implemented on this plate without or with through-contacts 10. This outer redistribution plate, like the tub, should also consist of the organometallic compound with the corresponding laser structuring technology mentioned above and the chemical and optional galvanic metallization, but it does not necessarily have to.
[057] Teil 4: Innere Montageplatte [058] Die optionale innere Montageplatte 21, entsprechend Fig.10, schafft zusätzlich 2 weitere Verdrahtungs- und Bauelementebenen und wird in das Innere der Wanne auf einen zusätzlichen Absatz entsprechend 20 montiert. Kontaktiert wird sie über die untere Pad-Line-Struktur 18, die deckungsgleich ist mit der entsprechenden Pad- Line-Struktur 19, auf dem inneren Absatz 20 der Wanne mittels bekannter Verbindungstechnologien wie löten oder leitkleben. In Verbindung mit der Wanne können somit 4 Verdr htungs- und 3 Bauelementebenen (bei der Doppelwanne sogar 4) realisiert werden. Kommt noch die optionale äußere Umverdrähtungsplatte dazu, so ergeben sich maximal 6 Verdrahtungs- und 4 Bauelementebenen (bzw. 5). Eingeschränkt wird der Einsatz der inneren Montageplatte bzgl. elektrischer und elektronischer Packagemodule, da nun bedingt durch die zweite Schräge nicht mehr alle elektrischen Leitungen nach außen geführt werden können. Sinnvoll kann ein derartiges Packagedesign aber für nichtelektrische Module, z.B. Mikromechaniken, sein, wobei dann aud die genannten Pad-Line-Strukturen 18 und 19 sowie die elektrischen Leitungen 6 vollständig oder teilweise entfallen können.[057] Part 4: Inner mounting plate The optional inner mounting plate 21, corresponding to FIG. 10, additionally creates 2 further wiring and component levels and is mounted in the interior of the tub on an additional shoulder corresponding to 20. It is contacted via the lower pad-line structure 18, which is congruent with the corresponding pad-line structure 19, on the inner shoulder 20 of the tub by means of known connection technologies such as soldering or conductive adhesive. In connection with the tub, 4 wiring and 3 component levels (with the double tub even 4) can be realized. If the optional external wiring board is added, there are a maximum of 6 wiring and 4 component levels (or 5). The use of the inner mounting plate with regard to electrical and electronic package modules is restricted, since due to the second slope, not all electrical lines can now be routed to the outside. Such a package design can, however, be useful for non-electrical modules, for example micromechanics, in which case the aforementioned pad-line structures 18 and 19 and the electrical lines 6 can be omitted completely or partially.
[059] Teil 5: Zwischeninterfaceplatte für die Kopplung von unterschiedlichen Wannengrößen im PackagesystemPart 5: Intermediate interface plate for coupling different tub sizes in the package system
[060] Die optionale Zwischeninterfaceplatte 22 dient dazu, unterschiedliche Wannengrößen innerhalb dieses modularen Packagesystems zu verbinden (Fig. 11). Dazu wird von einer Pad-Line-Struktur 23, die auch mehrzellig sein kann, auf eine andere Pad-Line-Struktur 24 mittels beidseitiger elektrischer Leitungen 6 und Durdkontak- tierungen 10 übergegangen. Diese Strukturen können sidi in der Anzähl der Zeilen, in der Anzahl der Anschlüsse pro Zeile und im Rastermaß der Anschlüsse selbst unterscheiden. Typischerweise werden dann nicht immer alle Ansdilüsse übertragen, was beim Gesamtdesign eines Packagesystems berücksichtigt werden muss.[060] The optional intermediate interface plate 22 serves to connect different tub sizes within this modular package system (FIG. 11). For this purpose, a transition from one pad line structure 23, which can also be multi-cell, to another pad line structure 24 by means of electrical lines 6 on both sides and durd contacts 10. These structures can be differentiated in the number of lines, in the number of connections per line and in the pitch of the connections themselves. Typically not all views are then always transferred, which must be taken into account in the overall design of a package system.
[061] Teil 6: Kopplungsplatte zu Fremdsystemen[061] Part 6: Coupling plate for external systems
[062] Die optionale Kopplungsplatte 25 zu einem Fremdsystem, z.B. zum modularen Baukastensystem MATCH X (vgl. oben), soll die Anwendungsmöglicrkeiten des vorgeschlagenen Systems erweitern. Im speziellen Fall des MATCH X-Systems müssen dazu die Pad-Line-Strukturen 8 der Wanne auf eine flächige Matrixstruktur 26 um- verdräitet werden bzw. anders herum (Fig. 12). So ergibt sich dafür beispielsweise, wenn das untere Package eine Wanne ist und das obere einen Aufbau nach MATCH X hat, für die Kopplungsplatte 25 ein 2-Ebenen-Design mit einer Pad-Line-Struktur auf der Bottomseite und einer Matrix-Struktur auf der Topseite, wobei die Verbindung mittels bekannter elektrischen Leitungen 6 und Durcrkontaktierungen 10 erfolgt. [063] Abschließend zeigen die Fig. 13 und 14 zwei Beispiele für Systemaufbauten mit den oben besdmebenen Einzelbestandteilen. Das Packagesystem entsprediend Fig. 13 besteht aus einer Doppelwanne 27, einer Wanne mit optionaler äußerer Umverdrähtungsplatte 28, einer Wanne 29, einer weiteren Wanne 30 und einer optionalen abschließenden Abdeckplatte 31. Das Packagesystem entsprechend Fig.14 besteht aus einer Wanne 32, einer weiteren Wanne 33, einer Wanne mit einer optionalen Zwischeninterfaceplatte 34, einer Wanne 35und einer optionalen abschließenden Abdeckplatte 36.[062] The optional coupling plate 25 to a third-party system, for example to the modular MATCH X modular system (see above), is intended to expand the possible uses of the proposed system. In the special case of the MATCH X system, the pad line structures 8 of the tub have to be redistributed to a flat matrix structure 26 or vice versa (FIG. 12). For example, if the lower package is a tub and the upper one has a MATCH X design, the coupling plate 25 has a 2-level design with a pad line structure on the bottom side and a matrix structure on the Top side, the connection being made by means of known electrical lines 6 and through contacts 10. [063] Finally, FIGS. 13 and 14 show two examples of system structures with the individual components described above. The package system corresponding to FIG. 13 consists of a double trough 27, a trough with optional outer redistribution plate 28, a trough 29, a further trough 30 and an optional final cover plate 31. The package system according to FIG. 14 consists of a trough 32, another trough 33, a tub with an optional intermediate interface plate 34, a tub 35 and an optional final cover plate 36.
[064] Zur Erhöhung der Temperaturbelastbarkeit nachfolgender Montageprozesse können die metallorganischen Werkstoffe vor, während oder nach der Einzelteilfertigung durch thermische Einwirkung oder ß- oder γ- Strahlung vernetzt werden, was insbesondere bei Lötprozessen von Bedeutung ist. [064] To increase the temperature resistance of subsequent assembly processes, the organometallic materials can be crosslinked before, during or after the manufacture of the individual parts by thermal action or β or γ radiation, which is particularly important in soldering processes.

Claims

AnsprücheExpectations
[001] Packagesystem für modulare Systemaufbauten, insbesondere modulare Mikrosysteme, mit elektrischen Leitungs- und Anschlussstrukturen auf beiden Seiten, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, dass ein, aus einem metallorganischen Werkstoff gefertigtes obligatorisches Hauptteil in Form einer Wanne oder Doppelwannedurdi weitere optionale Zusatzteile, die aus einer äußeren Umverdrähtungsplatte, einer inneren Montageplatte, einer Zwischeninterfaceplatte, einer Kopplungsplatte und einer Abdeckplatte bestehen, ergänzt wird, und durch einen Laser eine Strukturierung und Aktivierung und anschließend eine Metallisierung in der Art erfolgt, dass das elektrische Interface nach außen durch metallisierte ein- oder mehrzellige Pad-Line-Strukturen realisiert wird.Package system for modular system structures, in particular modular microsystems, with electrical line and connection structures on both sides, which are connected by electrical plated-through holes, characterized in that an obligatory main part made of an organometallic material in the form of a tub or double tubing urdi further optional Additional parts, which consist of an outer redistribution plate, an inner mounting plate, an intermediate interface plate, a coupling plate and a cover plate, are supplemented, and are structured and activated by a laser and then metallized in such a way that the electrical interface is metallized to the outside single or multi-cell pad line structures is realized.
[002] Packagesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Pad-Line-Strukturen auf dem oberen Wannenrand mit den außen liegenden Pad-Line-Strukturen auf der Bottomseite der Wanne durch elektrische Leitungen, die über die geneigten inneren Wände der Wanne verlaufen, und elektrische Durcrkontaktierungen verbunden sind, so dass ein vertikales Durchschleifen der Leitungen durch die Wanne ermöglicht wird.Package system according to claim 1, characterized in that the pad line structures on the upper tub edge with the outer pad line structures on the bottom side of the tub through electrical lines that run over the inclined inner walls of the tub, and electrical through-contacts are connected, so that a vertical looping of the lines through the tub is made possible.
[003] Packagesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die optionale äußere Umverdrähtungsplatte in Form einer ebenen Platte ausgeführt wird, die aus einem metallorganischen oder nichtmetallorganischen Werkstoff besteht, auf der Ober- und Unterseite Pad-Line-Strukturen (8) trägt, die mit den Pad-Line-Strukturen (8) der Wanne deckungsgleich sind und mittels elektrischer Durdjkontaktierungen verbunden werden.Package system according to claim 1, characterized in that the optional outer redistribution plate is executed in the form of a flat plate, which consists of an organometallic or non-organometallic material, carries on the top and bottom pad-line structures (8) with the pad-line structures (8) of the tub are congruent and are connected by means of electrical Durdjkontaktierungen.
[004] Packagesystem nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auf einer oder beiden Seiten der Umverdrähtungsplatte elektrische Leiterzüge vorhanden sind, die durch elektrische Durchkontaktierungen verbunden werden, und auf der Unterseite Anschlussstrukturen für weitere Bauelemente aufgebracht werden.Package system according to claim 3, characterized in that in addition on one or both sides of the redistribution plate there are electrical conductor tracks which are connected by electrical vias, and on the underside connection structures for further components are applied.
[005] Packagesystem nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere optionale äußere Umverdrähtungsplatte in Form einer um 180° umgedrehten Wanne realisiert wird.Package system according to claim 1 to 4, characterized in that a further optional outer redistribution plate is realized in the form of a tub turned over by 180 °.
[006] Packagesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die optionale innere Montageplatte (21) in Form einer ebenen Platte ausgeführt ist, die auf der Ober- und Unterseite Pad-Line-Strukturen (18) trägt, die mit den Pad-Line-Strukturen (19) der Wanne, die sich auf dem inneren Absatz der Wanne (20) befinden, deckungsgleich und mittels elektrischer Durchkontaktierungen verbunden sind.[006] Package system according to claim 1, characterized in that the optional inner mounting plate (21) is designed in the form of a flat plate which carries pad-line structures (18) on the top and underside, which matches the pad-line structures (19) of the tub, which are located on the inner shoulder of the tub (20) are congruent and connected by means of electrical vias.
[007] Packagesystem nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich auf einer oder beiden Seiten der inneren Montageplatte (21) elektrische Leiterzüge vorhanden sind, die durch elektrische Durcrkontaktierungen verbunden werden, und A schlussstrukturen für weitere Bauelemente auf einer oder beiden Seiten aufgebracht werden.Package system according to claim 6, characterized in that in addition on one or both sides of the inner mounting plate (21) there are electrical conductor tracks which are connected by electrical through-contacts, and A connection structures for further components are applied on one or both sides.
[008] Packagesystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischeninterfaceplatte (22) für die Kopplung von unterschiedlichen Wannengrößen im Packagesystem in Form einer ebenen Platte ausgeführt ist, die aus einem metallorganischen oder nid tmetallorganisd en Werkstoff besteht und die auf der Unter- und Oberseite Pad-Line-Strukturen (23) und (24) tragen, die zu den Pad-Line-Strukturen der unteren und oberen Wanne deckungsgleich sind.Package system according to claim 1, characterized in that the intermediate interface plate (22) is designed for the coupling of different tub sizes in the package system in the form of a flat plate, which consists of an organometallic or nid tmetallorganisd material and on the top and bottom Wear pad line structures (23) and (24) that are congruent with the pad line structures of the lower and upper tub.
[009] Packagesystem nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Pad-Line-Strukturen der Ober- und Unterseite der Zwischeninterfaceplatte (22) durch elektrische Leitungen auf beiden Seiten und elektrische Durcrkontaktierungen verbunden sind.Package system according to claim 8, characterized in that the pad line structures of the top and bottom of the intermediate interface plate (22) are connected by electrical lines on both sides and electrical through-contacts.
[010] Packagesystem nad Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsplatte (25) zu Fremdsystemen in Form einer ebenen Platte ausgeführt wird, die aus einem metallorganischen oder niditmetallorganisdien Werkstoff besteht und die auf der einen Seite die Pad-Line-Struktur (8) der Wanne und auf der anderen Seite die Anschlussstruktur des Fremdpacka- gesystems trägt.Package system nad claim 1, characterized in that the coupling plate (25) to external systems is designed in the form of a flat plate, which consists of an organometallic or niditmetallorganisdien material and on the one hand, the pad line structure (8) Tub and on the other side carries the connection structure of the third-party packaging system.
[011] Packagesystem nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Pad-Line-Strukturen der einen Seite der Kopplungsplatte (25) mit den Pad- /Ansd lussstrukturen der anderen Seite durch elektrische Leitungen auf beiden Seiten und elektrische Durdi ontaktierungen verbunden sind.[011] Package system according to claim 10, characterized in that the pad line structures on one side of the coupling plate (25) are connected to the pad / connection structures on the other side by electrical lines on both sides and electrical contacts.
[012] Packagesystem nad Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Montage zu einem Packagesystem mittels obligatorischer Haupt- und optionaler Zusatzteile derart erfolgt, dass die zu den jeweiligen Teilen gehörenden Pad-Line-Strukturen von zwei aufeinander stehenden oder anderen Interfacestrukturen bei Kopplung zu Fremdsystemen immer deckungsgleich sind, so dass eine vertikale Montage der Einzelteile erfolgt.Package system according to claim 1 to 11, characterized in that the assembly to a package system by means of mandatory main and optional additional parts is carried out in such a way that the pad line structures belonging to the respective parts of two superimposed or different interface structures when coupled External systems always congruent are so that the individual parts are installed vertically.
[013] Verfahren zur Herstellung eines Packagesystems dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterzüge, die Anschlussstrukturen, die elektrischen Durdkon- taktierungen und die Pad-Line-Strukturen des aus metallorganisdiem Werkstoff bestehenden Hauptteils in Form einer Wanne mit inneren nach außen geneigten Seitenflächen oder der Zusatzteile, sofern sie aus metallorganischem Werkstoff bestehen, mit einem Laser geometrisch strukturiert und aktiviert und anschließend metallisiert werden.[013] Method for producing a package system, characterized in that the electrical conductor tracks, the connection structures, the electrical contact and the pad-line structures of the main part made of metal-organic material in the form of a trough with inner outwardly sloping side surfaces or the additional parts , if they are made of organometallic material, geometrically structured and activated with a laser and then metallized.
[014] Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung mit einem zur Vertikalen parallel einfallenden Laserstr hl erfolgt und für eine vollständig notwendige Strukturerzeugung durch den Laser das Teil einmal umgedreht wird.[014] Method according to claim 14, characterized in that the structuring is carried out with a laser beam incident parallel to the vertical and the part is turned over once for a completely necessary structure generation by the laser.
[015] Verfahren nach Anspruch 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung chemisch und/oder galvanisch erfolgt.[015] Method according to claim 13 or 14, characterized in that the metallization is carried out chemically and / or galvanically.
[016] Verf hren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne einen schmalen umlaufenden Wannenrand (11) aufweist, der einen temporären äußeren Kurzsdilussleiterzug (12) mit Anschlussstummeln (14) trägt, der alle an die Pad-Line-Strukturen angeschlossenen Leiterzüge für eine galvanische Metallisierung kurzschließt und danach wieder entfernt wird.[016] Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that the tub has a narrow circumferential tub rim (11) which carries a temporary outer short silicon conductor cable (12) with connecting stubs (14) which all connect to the pad line Shorted structures connected structures for a galvanic metallization and then removed again.
[017] Verfahren nach Ansprüche 16 dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende temporäre Kurzsdilussleiterzug (12) an mindestens einer der vier Ecken eine Verbreiterung (13) aufweist, die eine elektrische Kontaktierung für den Galvanostrom erlaubt.[017] Method according to claims 16, characterized in that the circumferential temporary short silicon conductor strip (12) has a widening (13) on at least one of the four corners, which allows electrical contacting for the galvanic current.
[018] Verf ehren nach einem der Ansprüche 13 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass Leiterzüge, die logisch nicht an die Pad-Line-Strukturen anzuschließen sind, dennoch durch eine laserstrukturierte und metallisierte Kurzschlussbrücke so an die mit den Pad-Line-Strukturen verbundenen Leiterzüge angeschlossen werden, dass sie nach dem galvanischen Metallisierungsprozess durch einen subtraktiven Laserprozess wieder aufgehoben werden, und der gleiche Laser mit anderen Laserparametern danach oder davor den umlaufenden Wannenrand (11), der den äußeren Kurzsdilussleiterzug (12) und einen Teil der Anschlussstummel (14) trägt, abschneidet.Worship according to one of claims 13 to 17, characterized in that conductor tracks, which are logically not to be connected to the pad line structures, are nevertheless connected to the conductor tracks connected to the pad line structures by a laser-structured and metallized short-circuit bridge be connected so that they are canceled again after the galvanic metallization process by a subtractive laser process, and the same laser with other laser parameters after or in front of the circumferential tub edge (11), which carries the outer short silicon conductor cable (12) and part of the connection stub (14) , cuts off.
[019] Verf hren nach einem der Ansprüche 13 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass eine Vernetzung der metallorganischen Werkstoffe durch thermische oder ß- oder γ- Strεhlungseinwirkung vor, während oder nach der Fertigung der Teile erfolgt. Method according to one of claims 13 to 18, characterized in that a crosslinking of the organometallic materials by thermal or ß- or γ- radiation exposure before, during or after the manufacture of the parts he follows.
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