WO2007113182A1 - Verfahren zum aufbringen von lotpartikeln auf kontaktflächen sowie hierfür geeignete lotpartikel und bauteile mit kontaktflächen - Google Patents

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contact surfaces
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self
solder
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Stefan Fiedler
Klaus-Peter Galuschki
Jens-Christian Holst
Bernhard Markus Schachtner
Ralf Schmidt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05K2203/12—Using specific substances
    • H05K2203/122—Organic non-polymeric compounds, e.g. oil, wax, thiol

Definitions

  • the invention relates to a method for applying a layer of solder particles on contact surfaces for producing an electrical connection.
  • a method of the type mentioned is known for example from US 2004/0078966 Al.
  • thin solder layers can be applied by the fact that the contact surfaces are first coated with egg ⁇ nem adhesive.
  • precoating the contact surfaces of the solder particles can be applied to the circuit carrier, which adhere only to the prepared therefrom by adhesive prior ⁇ contact surfaces. This results in a single-layer layer of solder particles on the prepared adhesive layer, which represent the solder depot for the production of an electrical connection during further processing.
  • US 2005/0048697 A1 discloses a method for applying very small tubes made of carbon (nanotubes), with the aid of which an electrical connection is to be produced.
  • the nanotubes are applied to the adjacent contact surfaces through a process of self-organization.
  • the nanotubes have functional surfaces for triggering the process of self-assembly.
  • the object is to provide a method for applying a layer of solder particles on contact surfaces, with which the amount of solder material can be precisely metered on the contact surfaces and which is easy to use.
  • solder particles are applied by ei ⁇ NEN process of self-organization of the contact surfaces, for which purpose the contact surfaces and the solder particles comprise bervid triggering O- the process of self-organization.
  • the surfaces to trigger the process of self-organization they must have suitable surface properties. This can already be given by the properties of the material for the solder particles or contact surfaces.
  • Another possibility is to provide the contact surfaces or the surface of the solder particles with a suitable coating, which has the necessary properties to trigger the process of self-organization.
  • the use of a process of self-organization for the production of solder deposits on contact surfaces has the advantage that over the size of the solder particles, which form a monolayer on the contact surfaces, a very accurate dosing of the solder material is possible. Otherwise than for example with conventional stencil printing process can in fact no excess solder are attached, as the solder particles can be attached only directly to the contact surfaces that are prepared for the process of self Orga ⁇ tion outside the contact surfaces. At the same time, the method is advantageously also very easy to carry out, since the process of self-organization without external intervention gets by to bring about the result in the desired quality. In the Selection of functional principles for the process of self-organization may be resorted to the principles of operation generally known in the art.
  • Organothiol molecules support the process of self-assembly in that they form a relatively stable metal-thiolate bond with their thiol group, preferably with precious metals, thereby producing the bond to a bonding partner (solder material or contact surface).
  • the respective other connection partner must be prepared in such a way on the process of self-organization that it organothiol the molecules reacts with the organic moiety (for example due to van der Wals forces or Dipo ⁇ len).
  • connection partner can be coated, for example, with an organic substance which is removed again by a subsequent soldering process in order to produce a conductive connection.
  • Another Mög ⁇ friendliness is to also connect the other link partner via metal-thiolate bonds with organothiol molecules, so that the process of self-assembly on the respective parts of the organic molecules organothiol he ⁇ follows. These may be provided for this purpose with suitable functional groups (for example, ester bond).
  • solder particles are provided with a lipophilic surface, in particular made of wax and the surface of the contact surfaces is forged from a metal gebil ⁇ which metal-thiolate bond forming molecules with the thiol groups of the organothiol Mole ⁇ .
  • the thiol groups attached to the generally noble or refined surface of the contact surfaces, which preferably consists of gold, silver or copper.
  • the solder particles which for example have a coating of wax or of another lipophilic substance, then preferentially deposit on the organic parts of the organothiol molecules in the course of the process of self-organization.
  • the surfaces of the solder particles must be such that the repulsion forces of the solder particles are only small, so that they can attach adjacent to the prepared Kon ⁇ tact surfaces.
  • the prepara ⁇ but below the surface of the solder particles agglomeration of the solder particles to prevent what te Ab Stammungskräf- by low or at least a neutral behavior of the solder particles ⁇ it is sufficient.
  • solder particles have a substantially uniform size. As a result, single-layer solder material layers can be formed on the contact surfaces, which have a constant thickness. In addition, by a uniform size of the solder particles provides ⁇ ensure that an exact dosage (depending upon the cheninhalt FLAE ⁇ the contact surface and the size of the solder particles) is possible.
  • the invention relates to solder particles from egg ⁇ nem solder material. As can be seen from the already mentioned US 2004/0078966 A1, such solder particles can be used for the production of solder layers on contact surfaces of circuit boards.
  • the object of the invention is to provide solder particles of a solder material, with which an exact dosage under Application of a comparatively unproblematic Belotungs- method is possible.
  • solder particles are surrounded in particular ⁇ special with wax with a lipophilic coating. These solder particles are therefore suitable for use in a Belotungs compiler, which makes use of a process of self-organization, in particular, the already mentioned organothiol molecules are used as links between the solder particles according to the invention and suitable contact surfaces.
  • the Belotungs- process can be carried out with the aforementioned method advantageously precise and without much manufacturing effort.
  • a monolayer of organothiol molecules, in particular alkanethiol molecules, is attached to the organic part on the lipophilic coating so that the thiol groups of the molecules form the surface of the solder particles.
  • Be so reserved-refined solder particles can advantageously without additional prepara ⁇ preparation steps, for example in a bath given wel ⁇ ches is suitable for Belotung of circuit carriers.
  • the circuit carriers used have contact surfaces of a metal, in particular copper, silver or gold, on which the solder particles can be deposited by a process of self-assembly to form metal-thiolate bonds.
  • the invention relates to a component having at least one electrical contact surface made of a metal, wherein a monolayer of organothiol molecules, in particular alkanethiol molecules, forming metal-thiolate bonds is deposited on the contact surface, so that the organic ganischen parts of these molecules form the surface of the contact ⁇ surface.
  • a component which has at least one electrical contact layer.
  • This can for example consist of gold.
  • a monolayer of an organic compound is applied with thiol groups as the anchor group. This ensures a connection of the contact layer with the connection. This results in a self-assembled layer on which a second electrode can be further applied, which at the same time an electrical connection Zvi ⁇ rule arises the two electrodes.
  • a further object of the invention is to provide a component with electrical contact surfaces, which is suitable for a simple Belotungsver- method to be performed, with the Belotung a precise metering of the solder material on the contact surfaces is possible.
  • the surface of the contact surface may advantageously cause a production process of self-organization when the surface is subjected to solder particles, which preferably at the organi ⁇ adhere rule parts of the organothiol molecules. This can be achieved, for example, by coating solder particles with wax.
  • solder particles preferably at the organi ⁇ adhere rule parts of the organothiol molecules.
  • Figure 1 and 2 an embodiment of the method according to the invention, in which in a first step alkanethiol molecules are applied to contact surfaces of a component and in a two ⁇ th step solder particles are connected to the alkanethiol molecules
  • Figure 3 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a container 11 with an aqueous solution 12 into which a circuit carrier 13 with contact surfaces 14 has been inserted.
  • the contact surfaces have a surface of gold.
  • Alkanthiol Mole ⁇ molecules have been given 15 (shown schematically). These bil ⁇ the, as will be explained in more detail below, on the contact surfaces 14 a monolayer 18a.
  • solder particles 16 which are provided with a lipophilic coating 17 made of wax, are introduced into the solution 12. These are deposited as a further monolayer 18b in a process of self-organization the contact surfaces 14, resulting in precisely metered solder deposits.
  • the contact surfaces 14 are made of gold.
  • the thiol groups of 19 different molecules can be chemically attached to it.
  • DA with a hydrogen atom from the thiol group is cleaved from ⁇ 19 and formed a metal-thiolate 20th
  • Examples of possible thiols are alkanethiols 15 which have an alkane chain 21, at the end of which is the thiol group 19.
  • the solder particles 16, for example with a coating 17 provides wax, a bond is fertil greatly between alkane chains 21, which now determine the surface properties of contact surface 14 and the surface of the solder particles 16 due to the respective lipophilic own ⁇ properties of these substances promoted, which is why a self-organized attachment of the solder particles 16 on the contact surfaces 14 takes place (monolayer 18b).
  • the alkanethiols 15 can of course with their long-chain alkane part 21 in a first process step to the Wachsoberflä ⁇ surface of the solder particles are annealed 16 so that these plant-to the contact pads 14, when introduced into the container 11 like that in this case, no further have to be prepared (see Fig. 4).
  • Self-organization is a thermodynamic process in which an order appears to arise by itself.
  • the essence of Disorgani ⁇ sation on the spontaneous formation of ordered structures is based on interfaces (in the embodiment, solid-liquid, but it is also conceivable solid-gas or liquid-gas).
  • An energetic minimum is achieved when the desired form of self-organization is achieved.
  • surface tension use of capillary forces
  • chemical principles of action can be based on non-covalent, partially co-valent or covalent interactions, complex formation up to chemical bonding or ion exchange up to the Schiff base.
  • suitable biochemical principles of action include the antigen-antibody bonds, bonds between oligonucleotides or enzyme-substrate bonds.
  • the surface areas provided for carrying out the process of self-organization must have suitable surface areas. have characteristic properties. This can be done once by choosing the material of the surface, but is also to rich it ⁇ by the surface areas are provided in a suitable manner with a functional coating.
  • solder particles To be able to place different types of solder particles is chosen from the manifold active principles a combination that the particular selectivity of certain surfaces ⁇ areas at certain to be placed components ensure sets, ie, a compatibility between the other surface ay not be given ⁇ chen Schemeen to a uniqueness of Ensure placement of the solder particles.
  • a device 22 is shown, which is designed as a flip-chip.
  • This has on its mounting side 23 contact surfaces 14, which come in the manner already described with alkanethiol molecules 15 as links to individual spherical Lotpenien 16 used.
  • exactly one solder ball is thus provided for each contact surface by means of the alkanethiol molecules 15, as is customary in flip-chip mounting.
  • the Lotku ⁇ rules individually on the prepared contact surfaces of a circuit substrate on which the flip-chip is set to be.
  • the individual solder particles 16 also form, in the broader sense, a monolayer on the contact surfaces, since stacking of the solder particles on the contact surfaces is not possible.

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Lage (18) von Lotpartikeln (16) auf Kontaktflächen (14) eines Bauteils (13). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zum Aufbringen der Lotpartikel (16) ein Prozess der Selbstorganisation genutzt wird, der beispielsweise durch Alkanthiol-Moleküle (15) hervorgerufen werden kann. Diese stellen die Bindeglieder zwischen den Kontaktflächen (14) und den Lotpartikeln (16) dar, wobei letztere zur Unterstützung des Prozesses der Selbstorganisation mit einer Wachsschicht (17) versehen sind. Durch Nutzung eines Prozesses der Selbstorganisation ist vorteilhaft eine wirtschaftliche und präzise Dosierung von Lotwerkstoff auf Kontaktflächen (14) vom Bauteil (13) möglich. Weiterhin unter Schutz gestellt sind Bauteile (13) und Lotpartikel (16), die zur Anwendung des Belotungsverfahrens nach dem Prinzip der Selbstorganisation vorbereitet sind.

Description

Verfahren zum Aufbringen von Lotpartikeln auf Kontaktflächen sowie hierfür geeignete Lotpartikel und Bauteile mit Kontakt¬ flächen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Lage von Lotpartikeln auf Kontaktflächen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US 2004/0078966 Al bekannt. Auf die Kontaktflächen eines Schaltungsträgers können dünne Lotschichten dadurch aufgebracht werden, dass die Kontaktflächen zunächst mit ei¬ nem Kleber beschichtet werden. Nach Vorbeschichtung der Kontaktflächen können Lotpartikel auf den Schaltungsträger aufgebracht werden, wobei diese nur an den durch Klebstoff vor¬ bereiteten Kontaktflächen haften bleiben. Hierdurch entsteht eine einlagige Schicht von Lotpartikeln auf der vorbereiteten KlebstoffSchicht , die bei der Weiterverarbeitung das Lotdepot zur Herstellung einer elektrischen Verbindung darstellen.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass elekt¬ ronische Bauteile mittels Prozessen zur Selbstorganisation an geeigneten Stellen von Schaltungsträgern montiert werden können .
Die Nutzung von Prozessen zur Selbstorganisation (auch self- assembly genannt) wird bereits für das Platzieren von elekt¬ risch kontaktierbaren Bauelementen auf Schaltungsträgern verwendet. Gemäß A. O'Riordan: „Field-configured self-assembly : manufacturing at the mesoscale", Materials Science and Engi¬ neering C 23 (2003) , Seiten 3-6 ist beispielsweise ein Ver- fahren bekannt, mit dem lichtemittierende Dioden in einer großen Menge auf einem Schaltungsträger platziert werden können. Hierdurch lassen sich mit geringem Fertigungsaufwand beispielsweise großflächige Displays herstellen. Der Prozess der Selbstorganisation wird durch geeignete elektrische Fel¬ der unterstützt, die die zu montierenden Leuchtdioden auf die vorbereiteten Montageplätze leiten, da hierdurch ein energetisch günstiger Zustand erreicht wird.
Weiterhin beschreiben H. O. Jacobs und andere in „Fabrication of a Cylindrical Display by Patterned Assembly", Science, VoI 296, 12. April 2002, Seiten 323 bis 325 ein Verfahren, bei dem zu montierende Bauelemente (Leuchtdioden) in Wasser sus¬ pendiert werden und diese sich auf einem Substrat mit geeig- net vorbereiteter Oberfläche ablegen. Hierbei werden Goldkontaktflächen der Bauelemente genutzt, die sich auf dem Array geeigneter Oberflächenbereiche des Substrates anlagern. Nach der selbst organisierten Bestückung kann auf die bestückten Bauelemente beispielsweise eine Folie zur weiteren Kontaktie- rung der Bauelemente auf die Rückseiten der Bauelemente auf¬ gebracht werden.
Gemäß Yeh und Smith, „Fluidic Self-Assembly of Microstructu- res and its Application to the Integration of GaAs on Si", IEEE (1994), Seiten 279 bis 284 ist es weiterhin bekannt, einen selbst organisierten Bestückungsprozess von Leuchtdioden dadurch zu erreichen, dass spezielle Leuchtdioden mit einem trapezförmigen Querschnitt hergestellt werden, welche sich in geeigneten Vertiefungen eines Substrates ablegen lassen. Die Selbstorganisation wird damit mittels eines Formschlusses
(Schlüssel-Schloss-Prinzip) erreicht. Anschließend muss noch eine elektrische Kontaktierung der platzierten Leuchtdioden erfolgen . Xiong und andere beschreiben in „Controlled Multibatch SeIf- Assembly of Microdevices", IEEE (2003), Seiten 117 bis 127 ein Verfahren, mit dem ein selbst organisiertes Platzieren mit Hilfe geeignet vorbereiteter Flächen jeweils mit hydrophilen bzw. hydrophoben Eigenschaften erreicht werden kann. Die Bauelemente werden zur Durchführung dieses Prozes¬ ses in Wasser dispergiert, wobei in aufeinander folgenden Platzierungsschritten verschiedenartige Bauelemente auf die jeweils zu diesem Zweck modifizierten Oberflächenbereiche des Substrates aufgebracht werden können. Weiterhin ist eine e- lektrische Kontaktierung der einmal platzierten Bauelemente auf elektrochemischem Wege möglich. Dabei wächst das elektrische Verbindungsmaterial auf hierzu vorgesehenen Flächen der Bauelemente und des Substrates elektrochemisch auf, bis die Distanz zwischen den Bauelementen und dem Substrat durch den aufwachsenden Kontaktwerkstoff verbunden ist.
Zuletzt ist in der US 2005/0048697 Al ein Verfahren zum Aufbringen kleinster Röhrchen aus Kohlenstoff (Nanotubes) offen- bart, mit deren Hilfe eine elektrische Verbindung hergestellt werden soll. Dabei werden die Nanotubes durch einen Prozess der Selbstorganisation auf die angrenzenden Kontaktflächen aufgetragen. Die Nanotubes weisen funktionelle Oberflächen zum Auslösen des Prozesses der Selbstorganisation auf.
Alle der genannten Verfahren erfordern eine geeignete Vorbereitung des Substrates, um den Prozess der Selbstorganisation beim Platzieren der Bauelemente zu erzwingen. Allerdings müs¬ sen beim Vorbereiten der Schaltungsträger für den Prozess der Selbstorganisation auch die Gegebenheiten berücksichtigt werden, die sich beispielsweise durch die Geometrie oder andere Funktionsbereiche des Schaltungsträgers ergeben. Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Aufbringen einer Lage von Lotpartikeln auf Kontaktflächen anzugeben, mit dem sich die Menge an Lotwerkstoff auf den Kontaktflächen präzise dosieren lässt und welches dabei einfach in der Anwendung ist.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren er¬ findungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lotpartikel durch ei¬ nen Prozess der Selbstorganisation auf die Kontaktflächen aufgetragen werden, wobei hierzu die Kontaktflächen und die Lotpartikel den Prozess der Selbstorganisation auslösende O- berflächen aufweisen. Damit die Oberflächen den Prozess der Selbstorganisation auslösen können, müssen diese geeignete Oberflächeneigenschaften aufweisen. Dies kann bereits durch die Eigenschaften des Werkstoffes für die Lotpartikel bzw. Kontaktflächen gegeben sein. Eine andere Möglichkeit liegt darin, die Kontaktflächen bzw. die Oberfläche der Lotpartikel mit einer geeigneten Beschichtung zu versehen, welche die notwendigen Eigenschaften aufweist, den Prozess der Selbstor- ganisation auszulösen.
Die Nutzung eines Prozesses der Selbstorganisation für die Herstellung von Lotdepots auf Kontaktflächen hat den Vorteil, dass über die Größe der Lotpartikel, die eine Monolage auf den Kontaktflächen bilden, eine sehr genaue Dosierung des Lotwerkstoffes möglich ist. Anders, als beispielsweise mit herkömmlichen Schablonendruckverfahren kann außerhalb der Kontaktflächen nämlich kein überschüssiges Lot angelagert werden, da die Lotpartikel nur direkt an die Kontaktflächen angelagert werden können, die für den Prozess der Selbstorga¬ nisation vorbereitet sind. Gleichzeitig ist das Verfahren vorteilhaft auch sehr einfach durchzuführen, da der Prozess der Selbstorganisation ohne äußere Eingriffe auskommt um das Ergebnis in der gewünschten Qualität herbeizuführen. Bei der Auswahl von Funktionsprinzipien für den Prozess der Selbstorganisation kann auf die im Stand der Technik allgemein bekannten Funktionsprinzipien zurückgegriffen werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Prozess der Selbstorganisation durch Organothiol- Moleküle, insbesondere Alkanthiol-Moleküle, hervorgerufen wird, wobei die Moleküle als Bindeglied zwischen den Kontakt¬ flächen und den Lotpartikeln zum Einsatz kommen. Organothiol- Moleküle unterstützen den Prozess der Selbstorganisation dahingehend, dass sie mit ihrer Thiol-Gruppe bevorzugt mit E- delmetallen eine verhältnismäßig stabile Metall-Thiolat- Bindung ausbilden, wodurch die Bindung zum einen Verbindungspartner (Lotwerkstoff oder Kontaktfläche) hergestellt wird. Der jeweilige andere Verbindungspartner muss derart auf den Prozess der Selbstorganisation vorbereitet werden, dass er mit dem organischen Teil der Organothiol-Moleküle reagiert (beispielsweise aufgrund von Van-der-Wals-kräften oder Dipo¬ len) . Hierzu kann der andere Verbindungspartner beispielswei- se mit einer organischen Substanz beschichtet werden, die durch einen anschließenden Lötprozess wieder entfernt wird, um eine leitfähige Verbindung zu erzeugen. Eine andere Mög¬ lichkeit besteht darin, auch den anderen Verbindungspartner über Metall-Thiolat-Bindungen mit Organothiol-Molekülen zu verbinden, so dass der Prozess der Selbstorganisation über die jeweiligen organischen Teile der Organothiol-Moleküle er¬ folgt. Diese können hierzu mit geeigneten funktionellen Gruppen versehen sein (beispielsweise Esterbindung) .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lotpartikel mit einer lipophilen Oberfläche, insbesondere aus Wachs versehen sind und die Oberfläche der Kontaktflächen aus einem Metall gebil¬ det ist, welches mit den Thiol-Gruppen der Organothiol-Mole¬ küle Metall-Thiolat-Bindungen bildet. In diesem Fall werden die Thiol-Gruppen an die im Allgemeinen edle oder veredelte Oberfläche der Kontaktflächen angelagert, welche bevorzugt aus Gold, Silber oder Kupfer besteht. Die Lotpartikel, die beispielsweise eine Beschichtung aus Wachs oder einer anderen lipophilen Substanz aufweisen, lagern sich dann im Rahmen des Prozesses der Selbstorganisation bevorzugt an den organischen Teilen der Organothiol-Moleküle an.
Die Oberflächen der Lotpartikel müssen derart beschaffen sein, dass die Abstoßungskräfte der Lotpartikel nur gering sind, damit diese sich benachbart an die vorbereiteten Kon¬ taktflächen anlagern können. Andererseits soll die Vorberei¬ tung der Oberfläche der Lotpartikel jedoch eine Agglomeration der Lotpartikel verhindern, was durch geringe Abstoßungskräf- te oder zumindest ein neutrales Verhalten der Lotpartikel er¬ reicht wird.
Weiterhin vorteilhaft ist es auch wenn die Lotpartikel eine im Wesentlichen gleichmäßige Größe aufweisen. Hierdurch las- sen sich einlagige Lotwerkstoff-Schichten auf den Kontaktflächen ausbilden, welche eine konstante Dicke aufweisen. Außerdem ist durch eine gleichmäßige Größe der Lotpartikel gewähr¬ leistet, dass eine exakte Dosierung (abhängig von dem Flä¬ cheninhalt der Kontaktfläche und der Größe der Lotpartikel) möglich ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Lotpartikel aus ei¬ nem Lotwerkstoff. Wie der bereits eingangs erwähnten US 2004/0078966 Al zu entnehmen ist, können derartige Lotpar- tikel zur Herstellung von Lotschichten auf Kontaktflächen von Schaltungsträgern Verwendung finden.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, Lotpartikel aus einem Lotwerkstoff anzugeben, mit denen eine exakte Dosierung unter Anwendung eines vergleichsweise unproblematischen Belotungs- verfahrens möglich ist.
Diese weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lotpartikel mit einer lipophilen Beschichtung insbe¬ sondere aus Wachs umgeben sind. Diese Lotpartikel eignen sich daher zur Anwendung in einem Belotungsverfahren, welches sich einen Prozess der Selbstorganisation zunutze macht, wobei insbesondere die bereits erwähnten Organothiol-Moleküle als Bindeglieder zwischen den erfindungsgemäßen Lotpartikeln und geeigneten Kontaktflächen zum Einsatz kommen. Der Belotungs- prozess lässt sich mit dem genannten Verfahren vorteilhaft präzise und ohne großen Fertigungsaufwand durchführen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der lipophilen Beschichtung eine Monolage von Organothi- ol-Molekülen, insbesondere Alkanthiol-Molekülen mit dem organischen Teil angelagert ist, so dass die Thiol-Gruppen der Moleküle die Oberfläche der Lotpartikel bilden. Derart vorbe- reitete Lotpartikel können vorteilhaft ohne weitere Vorberei¬ tungsschritte beispielsweise in ein Bad gegeben werden, wel¬ ches sich zur Belotung von Schaltungsträgern eignet. Die verwendeten Schaltungsträger weisen Kontaktflächen aus einem Metall, insbesondere Kupfer, Silber oder Gold auf, auf denen die Lotpartikel durch einen Prozess der Selbstorganisation unter Ausbildung von Metall-Thiolat-Bindungen angelagert werden können.
Zuletzt bezieht sich die Erfindung auf ein Bauteil mit min- destens einer elektrischen Kontaktfläche aus einem Metall, wobei auf der Kontaktfläche eine Monolage von Organothiol- Molekülen, insbesondere Alkanthiol-Molekülen unter Ausbildung von Metall-Thiolat-Bindungen angelagert ist, so dass die or- ganischen Teile dieser Moleküle die Oberfläche der Kontakt¬ fläche bilden.
Aus der DE 10 2004 041 555 Al ist ein Bauteil bekannt, wel- ches mindestens eine elektrische Kontaktschicht aufweist.
Diese kann beispielsweise aus Gold bestehen. Auf der Kontakt¬ fläche ist eine Monolage einer organischen Verbindung mit Thiolgruppen als Ankergruppe aufgebracht. Damit wird eine Verbindung der Kontaktschicht mit der Verbindung sicherge- stellt. Hierdurch entsteht eine selbst organisierte Schicht, auf der weiterhin eine zweite Elektrode aufgebracht werden kann, wodurch gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwi¬ schen den beiden Elektroden entsteht.
Hiervon ausgehend besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, ein Bauteil mit elektrischen Kontaktflächen anzugeben, welches sich für ein einfach durchzuführendes Belotungsver- fahren eignet, wobei bei der Belotung eine präzise Dosierung des Lotwerkstoffes auf den Kontaktflächen möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Bauteil dadurch gelöst, dass an der Monolage der Moleküle auf dem Bauteil mindestens ein Lotpartikel angelagert ist, welches seiner¬ seits eine lipophile Oberfläche insbesondere aus Wachs auf- weist. Derartige Bauteile können als vorbelotetete Bauteile vorteilhaft in einen weiteren Fertigungsprozess eingeschleust werden .
Die Oberfläche der Kontaktfläche kann vorteilhaft einen Pro- zess der Selbstorganisation auslösen, wenn die Oberfläche mit Lotpartikeln beaufschlagt wird, die bevorzugt an den organi¬ schen Teilen der Organothiol-Moleküle haften bleiben. Dies kann beispielsweise durch eine Beschichtung von Lotpartikeln mit Wachs erreicht werden. Durch Nutzung des Prozesses der Selbstorganisation lässt sich das Belotungsverfahren vorteilhaft ohne großen Aufwand durchführen, wobei durch Bildung von Monolagen von Lotpartikeln außerdem eine präzise Dosierung auf den Kontaktflächen möglich ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehr- fach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
Figur 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem in einem ersten Schritt Alkanthiol-Moleküle auf Kontaktflächen eines Bauteils aufgebracht werden und in einem zwei¬ ten Schritt Lotpartikel mit den Alkanthiol- Molekülen verbunden werden, Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Bauelementes und Figur 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Lotpartikel .
In Figur 1 ist ein Behälter 11 mit einer wässrigen Lösung 12 dargestellt, in die ein Schaltungsträger 13 mit Kontaktflä- chen 14 eingelegt wurde. Die Kontaktflächen haben eine Oberfläche aus Gold. In die wässrige Lösung sind Alkanthiol-Mole¬ küle 15 (schematisch dargestellt) gegeben worden. Diese bil¬ den, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, auf den Kontaktflächen 14 eine Monolage 18a aus.
In einem zweiten Schritt (Figur 2) werden in die Lösung 12 Lotpartikel 16 gegeben, welche mit einer lipophilen Beschich- tung 17 aus Wachs versehen sind. Diese lagern sich in einem Prozess der Selbstorganisation als weitere Monolage 18b auf den Kontaktflächen 14 ab, wodurch präzise dosierte Lotdepots entstehen .
Ein Beispiel für einen selbst organisierenden Prozess, der zur Platzierung der Lotpartikel 16 auf den Kontaktflächen geeignet ist, soll im Folgenden angegeben werden. Die Kontaktflächen 14 sind aus Gold hergestellt. Für Oberflächen aus diesem Metall gilt, das auf ihm die Thiol-Gruppen 19 unterschiedlicher Moleküle chemisch angelagert werden können. Da- bei wird ein Wasserstoffatom aus der Thiol-Gruppe 19 ab¬ gespalten und eine Metall-Thiolatverbindung 20 gebildet. Als mögliche Thiole kommen beispielsweise Alkanthiole 15 infrage, die eine Alkan-Kette 21 aufweisen, an deren Ende sich die Thiol-Gruppe 19 befindet. Durch benachbartes Anlagern der Thiol-Gruppen 19 an der Oberfläche der Kontaktflächen bilden sich daher parallel ausgerichtete Alkan-Ketten (Monolage 18a), die von der Oberfläche der Kontaktflächen 14 abstehen. Wenn man andererseits die Lotpartikel 16 beispielsweise mit einer Beschichtung 17 aus Wachs versieht, so wird eine Bin- düng zwischen den Alkanketten 21, die nun die Oberflächeneigenschaften der Kontaktfläche 14 bestimmen und der Oberfläche der Lotpartikel 16 aufgrund der jeweils lipophilen Eigen¬ schaften dieser Substanzen stark gefördert, weswegen eine selbst organisierte Anlagerung der Lotpartikel 16 auf den Kontaktflächen 14 erfolgt (Monolage 18b) . Alternativ können die Alkanthiole 15 natürlich auch mit ihrem langkettigen Alkanteil 21 in einem ersten Prozessschritt an die Wachsoberflä¬ che der Lotpartikel 16 angelagert werden, so dass diese bei Einbringen in den Behälter 11 an die Kontaktflächen 14 anla- gern, welche in diesem Fall nicht weiter vorbereitet werden müssen (vgl. Fig. 4) .
Für den gemäß der Figuren 1 und 2 stattfindenden Prozess der Selbstorganisation sollen im Folgenden Alternativen genannt werden. Als Selbstorganisation ist ein thermodynamischer Pro- zess zu verstehen, bei dem eine Ordnung scheinbar von selbst entsteht. In Wirklichkeit beruht das Wesen der Selbstorgani¬ sation auf der spontanen Herausbildung geordneter Strukturen an Grenzflächen (im Ausführungsbeispiel fest-flüssig, denkbar ist jedoch auch fest-gasförmig oder flüssig-gasförmig) . Dabei wird ein energetisches Minimum erreicht, wenn die gewünschte Form der Selbstorganisation erreicht wird. Mit anderen Worten: Die individuellen, sich selbst organisierenden Komponen- ten ordnen sich aufgrund von Abstoßungs- und Anziehungskräf¬ ten in der gewünschten Weise an, wobei die genannten Kräfte sich aus Form, Oberflächeneigenschaften, Ladung, Polarität, magnetischem Moment oder der Masse oder auch anderer beliebiger codierter Informationen ergeben können.
Allgemein kann man die zum Einsatz kommenden Wirkprinzipien in physikalische, chemische und biochemische unterteilen, wo¬ bei in der genannten Reihenfolge die erreichbare Selektivität möglicher Anordnungen aufgrund der Adressierung der Grenzflä- chen steigt (möglich wäre beispielsweise die gleichzeitige
Anlagerung von Lotpartikeln unterschiedlicher Größe oder Legierungszusammensetzung selektiv an den dafür vorgesehenen Flächen) . Als physikalische Wirkprinzipien kommen beispielsweise Oberflächenspannung (Nutzung der Kapillarkräfte) sowie mechanische, elektrostatische und magnetische Kräfte infrage. Chemische Wirkprinzipien können auf nicht kovalenten, teilko- valenten oder kovalenten Wechselwirkungen, Komplexbildungen bis hin zur chemischen Bindung oder einem Ionenaustausch bis hin zur Schiff sehen Base beruhen. Als biochemische Wirkprin- zipien kommen beispielsweise die Antigen-Antikörperbindungen, Bindungen zwischen Oligonukleotiden oder Enzym-Substrat- Bindungen infrage. Zur Nutzung der genannten Effekte müssen die Oberflächenbereiche, die zur Durchführung des Prozesses der Selbstorganisation vorgesehen werden, geeignete Oberflä- cheneigenschaften aufweisen. Dies kann einmal durch Wahl des Werkstoffes der Oberfläche erfolgen, ist jedoch auch zu er¬ reichen, indem die Oberflächenbereiche in einer geeigneten Weise mit einer funktionellen Beschichtung versehen werden.
Um verschiedenartige Lotpartikel platzieren zu können, wird unter den mannigfachen Wirkprinzipien eine Kombination ausgewählt, die die jeweilige Selektivität bestimmter Oberflächen¬ bereiche zu bestimmten zu platzierenden Bauelementen sicher- stellt, d. h. eine Kompatibilität zwischen anderen Oberflä¬ chenbereichen darf nicht gegeben sein, um eine Eindeutigkeit der Platzierung der Lotpartikel sicherzustellen.
Gemäß Figur 3 ist ein Bauelement 22 dargestellt, welches als Flip-Chip ausgeführt ist. Dieses weist an seiner Montageseite 23 Kontaktflächen 14 auf, die in der bereits beschriebenen Weise mit Alkanthiol-Molekülen 15 als Bindeglieder zu einzelnen kugelförmigen Lotpartikeln 16 zum Einsatz kommen. Gemäß dieser Variante der Erfindung sind mittels der Alkanthiol- Moleküle 15 also für jede Kontaktfläche genau eine Lotkugel vorgesehen, wie dies bei der Flip-Chip Montage üblich ist. Nicht dargestellt, jedoch genauso möglich ist es, die Lotku¬ geln einzeln auf den vorbereiteten Kontaktflächen eines Schaltungsträgers zu fixieren, auf die der Flip-Chip aufge- setzt werden soll.
Die einzelnen Lotpartikel 16 bilden im weiteren Sinne ebenfalls eine Monolage auf den Kontaktflächen, da ein Stapeln der Lotpartikel auf den Kontaktflächen nicht möglich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufbringen einer Lage von Lotpartikeln (16) auf Kontaktflächen (14) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lotpartikel (16) durch einen Prozess der Selbstorga¬ nisation auf die Kontaktflächen (14) aufgetragen werden, wobei hierzu die Kontaktflächen (14) und die Lotpartikel (16) den Prozess der Selbstorganisation auslösende Oberflächen aufweisen .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Prozess der Selbstorganisation durch Organothiol-
Moleküle, insbesondere Alkanthiol-Moleküle (15), hervorgeru¬ fen wird, wobei die Moleküle als Bindeglied zwischen den Kon¬ taktflächen (14) und den Lotpartikeln (16) zum Einsatz kommen .
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lotpartikel (16) mit einer lipophilen Beschichtung (17), insbesondere aus Wachs versehen sind und die Oberfläche der Kontaktflächen (14) aus einem Metall gebildet ist, wel¬ ches mit den Thiol-Gruppen der Organothiol-Moleküle Metall- Thiolat-Bindungen bildet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Oberfläche der Kontaktflächen (14) aus Gold, Silber oder Kupfer bestehen.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lotpartikel (16) eine im Wesentlichen gleichmäßige
Größe aufweisen.
6. Lotpartikel aus einem Lotwerkstoff, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dieses mit einer lipophilen Beschichtung (17) insbesondere aus Wachs umgeben ist.
7. Lotpartikel nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf der lipophilen Beschichtung (17) eine Monolage (18a) von Organothiol-Molekülen, insbesondere Alkanthiol-Molekülen (15) mit dem organischen Teil angelagert ist, so dass die Thiolgruppen der Moleküle die Oberfläche der Lotpartikel (16) bilden .
8. Bauteil (13, 22) mit mindestens einer elektrischen Kon¬ taktfläche (14) aus einem Metall, wobei auf der Kontaktfläche (14) eine Monolage (18a) von Organothiol-Molekülen, insbesondere Alkanthiol-Molekülen (15) unter Ausbildung von Metall- Thiolat-Bindungen angelagert ist, so dass die organischen Teile dieser Moleküle die Oberfläche der Kontaktfläche (14) bilden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an der Monolage (18a) mindestens ein Lotpartikel (16) angelagert ist, welches seinerseits eine lipophile Oberfläche insbesondere aus Wachs aufweist.
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