DE102004062885A1 - Befestigungsmittel für elektronische Bauteile, Anordnung und Verfahren - Google Patents
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Abstract
Beim Verbinden elektronischer Bauteile miteinander werden herkömmlich Lötverfahren eingesetzt, mit denen Kontaktanschlüsse der Bauteil aneinander befestigt werden. Die durch das Lötmaterial abgegebene und bis zu den integrierten Halbleiterchips übertragene Wärme kann Dotierstoffprofile nachteilig in Halbleitersubstraten nachteilig beeinflussen. Erfindungsgemäß wird ein neuartiges Befestigungsmittel (1) sowie ein Verfahren zum mechanischen Verbinden und elektrischen Kontaktieren elektronischer Bauteile vorgeschlagen. Die Befestigungsmittel (1) weisen jeweils ein Trägerelement (2) und längliche Verbindungselemente (3; 3a, 3b), die aus dem Trägerelement herausragen. Die Befestigungsmittel (1) werden auf die Kontaktanschlüsse (21, 31) einer elektronischen Leiterplatte (20) und eines Halbleiterbausteins (30) aufgebracht, welche anschließend zusammengedrückt werden. Dabei greifen die Verbindungselemente (3a) der an der Leiterplatte (20) befestigten Befestigungsmittel (1) zwischen Verbindungselemente (3b) der an dem Halbleiterbaustein (30) angebrachten Verbindungsmittel (1). Da die Befestigungsmittel (1) elektrisch leitfähig sind, dienen sie zugleich zur elektrischen Kontaktierung. Der Halbleiterbaustein (30) kann zusätzlich durch einen Klebstoff (15) mit der Leiterplatte (20) verklebt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Befestigungsmittel zum mechanischen Befestigen und elektrischen Kontaktieren elektronischer Bauteile. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung mit einer elektronischen Leiterplatte und mindestens einem Halbleiterbaustein sowie ein Verfahren zum Befestigen eines Halbleiterbausteins auf einer elektronischen Leiterplatte.
- Halbleiterbausteine, insbesondere Speicherbausteine mit einem integrierten Speicherchip, werden herkömmlich auf elektronischen Leiterplatten, sogenannten printed circuit boards (PCB) befestigt, indem sie auf die elektronischen Leiterplatten aufgelötet werden. Leiterplatten mit mehreren Speicherbausteinen werden beispielsweise als Speichermodule verwendet. Die Halbleiterchips der Halbleiterbausteine sind etwa durch Bonddrähte mit dem Chipgehäuse verbunden. Das Chipgehäuse besitzt Kontaktanschlüsse, die auf entsprechende Kontaktanschlüsse der elektronischen Leiterplatte aufgelötet werden.
- Integrierte Halbleiterschaltungen enthalten eine Vielzahl von Dotierstoffgebieten, die thermisch durch Diffusionsprozesse erzeugt wurden. Nach Fertigstellung der integrierten Halbleiterschaltung, bei der Weiterverarbeitung des Chips und beim späteren Betrieb sollen die Dotierstoffprofile der Dotierstoffgebiete unverändert bleiben. Werden die Kontaktanschlüsse eines Speicherbausteins auf die Leiterplatte gelötet, so können die erhitzten Lötkontakte dazu führen, dass der Speicherchip selbst wieder erwärmt wird. Dadurch können sich die Dotierstoffprofile wieder verändern; beispielsweise können buried straps, die die elektrische Verbindung zwischen Auswahltransistoren und Grabenkondensatoren eines Speicherzellenfeldes herstellen, hochohmig werden. Durch kleine Veränderungen der Dotierstoffprofile können zudem Leckmechanismen integrierter Speicherzellen einsetzen, wodurch die Speicherdauer (das Retentions-Verhalten) herabgesetzt wird. Auch Dotierstoffprofile anderer dotierter Gebiete können durch die infolge des Auflötens eintretende Temperaturerhöhung verzerrt werden. Das thermische Budget, das zum Erhalt der räumlichen Form der Dotierstoffprofile nicht überschritten werden darf, kann infolge des Lötprozesses zumindest lokal überschritten werden. Selbst wenn beim Löten nur eine begrenzte Wärmemenge zugeführt wird, bleibt dennoch ein Restrisiko einer unerwünschten Dotierstoffdiffusion im Halbleiterchip.
- Ferner führt die Verwendung von Lötpasten, sofern sie bleihaltig sind, zu Entsorgungsproblemen. Bleifreie Lötpasten hingegen sind heutzutage nur bedingt geeignet, die zu kontaktierenden Kontaktanschlüsse von Chipgehäusen und elektronischen Leiterplatten vollständig zu benetzen.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue Wege beim elektrisch-mechanischen Verbinden von Halbleiterbausteinen aufzuzeigen, bei denen ein deutlich verringertes Risiko einer unbeabsichtigten Dotierstoffdiffusion in den Halbleiterbausteinen besteht. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Befestigungsmittel bereitzustellen, die zum Verbinden von Halbleiterbausteinen eingesetzt werden können und beim Anbringen an den Halbleiterbausteinen zu einer verringerten thermischen Belastung der Halbleiterbausteine führen.
- Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch ein Befestigungsmittel zum mechanischen Befestigen und elektrischen Kontak tieren elektronischer Bauteile, wobei das Befestigungsmittel ein Trägerelement und eine Vielzahl von Verbindungselementen aufweist, wobei die Verbindungselemente auf dem Trägerelement angeordnet sind und jeweils einen länglichen Körper aufweisen, der aus dem Trägerelement herausragt und eine zum Eingreifen und/oder Einhaken zwischen weitere Verbindungselemente geeignete Form besitzt, und wobei die Verbindungselemente und das Trägerelement zumindest auf ihrer Oberfläche elektrisch leitfähig sind.
- Erfindungsgemäß wird ein Befestigungsmittel vorgeschlagen, das auf einem Trägerelement eine dichte Anordnung vieler mikroskopisch kleiner, länglicher Verbindungselemente aufweist, die aus dem Trägerelement herausragen und sie sind auf einer Seite des Trägerelements nebeneinander angeordnet und besitzen Abmessungen im Nanometerbereich. Die Verbindungselemente besitzen eine Form, die zum Eingreifen und/oder Einhaken zwischen weitere Verbindungselemente eines anderen, gleichartigen oder komplementären Befestigungsmittels geeignet sind. Das erfindungsgemäße Befestigungsmittel funktioniert daher ähnlich wie ein Klettverschluss, ist jedoch mit wesentlich kleineren Verbindungselementen versehen, die jeweils in großer Stückzahl auf einem Trägerelement Platz finden, dessen Größe der Größe eines elektrischen Kontakts des Halbleiterbausteins entspricht.
- Mit den erfindungsgemäßen Befestigungsmitteln versehene elektronische oder mikroelektronische Bauteile können durch bloßes Andrücken elektrisch aneinander angeschlossen werden.
- Erfindungsgemäß sind diese mikroskopisch kleinen Verbindungselemente zumindest an ihrer Oberfläche elektrisch leitend und dienen daher nicht nur zur mechanischen Befestigung, sondern auch zur elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterbausteins, beispielsweise mit eine Leiterplatte oder einem anderen Halbleiterbaustein. Ferner ist das Trägerelement des Befestigungsmittels elektrisch leitfähig und kann daher auf einen Kontaktanschluss eines Halbleiterbausteins aufgebracht werden, beispielsweise durch Bonden.
- Das erfindungsgemäße Befestigungsmittel wird zunächst mit seinem Trägerelement an den miteinander zu verbindenden elektronischen oder mikroelektronischen Bauteilen, etwa an einem Halbleiterbaustein und an einer elektronischen Leiterplatte angebracht. Dabei wird auf jedem zu kontaktierende Kontaktanschluss des Halbleiterbausteins und der Leiterplatte mit jeweils einem erfindungsgemäßen Befestigungsmittel angebracht. Danach ist jeder Kontaktanschluss mit jeweils einer Vielzahl von mikroskopisch kleinen, drahtförmigen Verbindungselementen ausgestattet, die eine klettverschlussartige mechanische Verbindung zu den weiteren Bausteinen herstellen, wenn diese, ebenfalls mit entsprechenden Befestigungsmitteln ausgestattet, an den Halbleiterbaustein bzw. die Leiterplatte angedrückt werden. Das Anbringen des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels an die Kontaktanschlüsse eines elektronischen Bauteils vor der eigentlichen Zusammenfügung der Bauteile hat den Vorteil, dass beim nachfolgenden Zusammenfügen keinerlei Lötprozesse erforderlich sind. Dadurch wird die thermische Belastung der integrierten Halbleiterschaltungen deutlich verringert.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verbindungselemente säulenförmig ausgebildet sind und eine Mantelfläche aufweisen, die eine Vielzahl von Erhebungen aufweist. Die Verbindungselemente sind beispielsweise als Nanoröhren oder Nanodrähte und ähnlich wie Bonddrähte ausgebildet, besitzen je doch im Gegensatz zu diesen eine vergleichsweise raue Mantelfläche. Solch eine Mantelfläche kann durch lokale Einwirkung eines Lasers erzeugt werden, indem Bereiche der Mantelfläche der Verbindungselemente kurzzeitig verflüssigt werden, sich deformieren und danach wieder erkalten oder indem sie verdampft werden. Dadurch wird eine Vielzahl von Erhebungen erzeugt. Alternativ dazu kann eine raue Oberfläche der Verbindungselemente dadurch hergestellt werden, dass das Material der Verbindungselemente neben einem Hauptbestandteil auch Fremdeinschlüsse aus einem anderen, leichter flüchtigen Material enthält. Wird ein Verbindungselement bei einer geringeren Temperatur als der Raumtemperatur hergestellt und dann auf Raumtemperatur erwärmt oder alternativ dazu bei Raumtemperatur hergestellt und auf eine höhere Temperatur erwärmt, kann das leichter flüchtige Material verdampfen und dadurch Kerben in der Außenfläche der Verbindungselemente zurücklassen.
- Alternativ können auf der Mantelfläche auch hakenförmige Elemente angeordnet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die hakenförmigen Elemente zum Trägerelement weisend angeordnet sind. Ihre äußere Spitze ist dann dem Trägerelement zugewandt. Die hakenförmigen Elemente dienen als Widerhaken, wenn die Verbindungselemente zweier Befestigungsmittel von entgegengesetzten Seiten zusammengeführt werden und ineinander greifen, oder zwischen einander greifen.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verbindungselemente jeweils an mehreren Abschnitten, die über die Länge der Verbindungselemente verteilt sind, einen lokal vergrößerten Querschnitt besitzen. Insbesondere können die Verbindungselemente so ausgebildet sein, dass die Querschnittsfläche senkrecht zur Länge des Verbindungselements größer ist als an anderen Teilstücken des Verbindungselements.
- Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, dessen Durchmesser an mehreren Abschnitten, die über die Länge der Verbindungselemente verteilt sind, lokal vergrößert ist. Beispielsweise können ringförmige Verdickungen eines zylindrischen Verbindungselements vorgesehen sein, die, wenn ein gleichwertiges Verbindungselement an dem Verbindungselement seitlich anliegt, zu einer mechanischen Reibung oder einem mechanischen Widerstand führt, wenn beide Verbindungselemente entlang ihrer Längsrichtung auseinandergezogen werden.
- Die Verbindungselemente besitzen vorzugsweise jeweils ein freies Ende, wobei die Verbindungselemente an ihren freien Enden jeweils eine Verdickung aufweisen können. Solche Verdickungen können beispielsweise tropfenförmig ausgebildet sein. Alternativ können sie auch hakenförmig oder in sonstiger Weise ausgebildet sein. Tropfenförmige Verdickungen können beispielsweise durch Ultraschalleinwirkung oder Lasereinwirkung hergestellt werden. Eine Verdickung an einem freien Ende eines Verbindungselements kann ähnlich wie ein Widerhaken zur mechanischen Befestigung dienen, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, auf dem Befestigungsmittel eine Vielzahl dicht nebeneinander angeordneter Verbindungselemente angeordnet ist. Von diesem werden zumindest einige zwischen Verbindungselemente eines weiteren Befestigungsmittels eingreifen, wenn dieses aufgedrückt wird. Dabei entsteht eine mechanische Verbindung wie bei einem Klettverschluss, die jedoch, da die Verbindungselemente zumindest auf ihrer Oberfläche elektrisch leitend sind, zugleich zur elektrischen Kontaktierung dient.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verbindungselemente an ihrem freien Ende gebogen sind. In die gebogenen Enden können längliche Verbindungselemente eines weiteren, aufgedrückten Befestigungsmittels eingreifen, so dass sie nur mit Kraftaufwand wieder zu lösen sind.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verbindungselemente jeweils einen ersten Bereich, der aus einem ersten Material besteht, und einen zweiten Bereich, der aus einem anderen, zweiten Material besteht, aufweisen, wobei der erste und der zweite Bereich sich im wesentlichen über die gesamte Länge des jeweiligen Verbindungselements erstrecken. Bei dieser Ausführungsform ist die Materialzusammensetzung der Verbindungselemente nicht homogen, sondern mindestens zwei Materialien oder Materialkomponenten sind innerhalb des Körpers der Verbindungselemente separat angeordnet.
- Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Material und das zweite Material jeweils Metalle oder metallische Verbindungen sind, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des ersten Materials größer ist als der des zweiten Materials, und dass der erste und der zweite Bereich über den Querschnitt der Verbindungselemente senkrecht zur Länge der Verbindungselemente jeweils rotationsunsymmetrisch verteilt sind. Hierbei ist der Aufbau eines einzelnen Verbindungselements über seinen Querschnitt nicht rotationssymmetrisch, so dass aufgrund der unterschiedlich starken thermischen Ausdehnung des ersten und des zweiten Materials eine thermisch bedingte Krümmung des gesamten Verbindungselements wie bei einem Bimetallkontakt entsteht. Dadurch ist jedes Verbindungselement insgesamt gekrümmt und dient somit als Widerhaken für dazwischen eingreifende Verbindungselemente eines zweiten Befestigungsmittels.
- Die Verbindungselemente sind beispielsweise Härchen, Häkchen oder anderweitige längliche, stiftförmige oder fadenförmige Elemente, die elektrisch leitend sind und eine raue Oberfläche und/oder eine zumindest bereichsweise gekrümmte Form aufweisen.
- Es kann vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente einen inneren Kern aus dem ersten Material aufweisen, der von dem zweiten Material umgeben ist, wobei zumindest das zweite Material elektrisch leitfähig ist. Hierbei brauchen die Verbindungselemente nur im Bereich ihrer Mantelfläche elektrisch leitend zu sein. Insbesondere kann der innere Kern der Verbindungselemente aus einem Kunststoff bestehen, der aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall wie etwa Gold beschichtet ist. Durch die Wahl Materials für den inneren Kern der Verbindungselemente lässt sich das Ausmaß ihrer Biegsamkeit und Verformbarkeit beeinflussen. Durch die elektrisch leitfähige Beschichtung mit dem zweiten Material kann das Befestigungsmittel zum elektrischen Kontaktieren von Halbleiterbausteinen eingesetzt werden.
- Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Verbindungselemente Bonddrähte sind. Sie sind vorzugsweise aus Gold gefertigt, können jedoch auch aus einem anderen Material bestehen. Bonddrähte sind zwar als solche bekannt, werden jedoch herkömmlich nur zur elektrischen Verbindung jeweils eines Kontakts mit jeweils einem anderen Kontakt eingesetzt. Eine klettverschlussartige Befestigung, bei der eine Vielzahl von Bonddrähten auf einem gemeinsamen Untergrund, beispielsweise dem Trägerelement des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels oder dem Kontaktanschluss eines Halbleiterbausteins oder einer Leiterplatte angeordnet sind, ist hingegen nicht bekannt. Herkömmlich wird nämlich das freie Ende eines Bonddrahtes jeweils mit Hilfe von Ultraschall an einen zweiten Kontaktanschluss gebondet. Bei einer klettverschlussartigen Verbindung mit einer Vielzahl kleiner Bonddrähte hingegen erübrigt sich das Anschließen der freien Enden der Bonddrähte; die aufgerauten, gekrümmten oder anderweitig verformten Bonddrähte verhaken ineinander.
- Insbesondere ist vorgesehen, dass die Verbindungselemente über ihre gesamte Länge gekrümmt sind und insbesondere elastisch verformbar sind. Schließlich ist vorgesehen, dass das Trägerelement des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Das Trägerelement und die auf einer Seite des Trägerelements angeordneten Trägerelemente können einstückig gebildet sein.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner dadurch ein mit dem oben beschriebenen Befestigungsmittel versehenes elektronisches Bauteil gelöst. Bei einem solchen Bauteil mit einer Mehrzahl von elektrischen Kontaktanschlüssen, die jeweils eine Kontaktfläche aufweisen, ist erfindungsgemäß jeweils ein erfindungsgemäßes Befestigungsmittel an die Kontaktflächen der jeweiligen Kontaktanschlüsse angebracht. Das mit den Befestigungsmitteln versehene elektronische Bauteil kann dann durch bloßes Andrücken elektrisch an ein weiteres elektronisches Bauteil elektrisch angeschlossen werden.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Befestigungsmittel jeweils mit einer Fläche ihres Trägerelements, die den Verbindungselementen abgewandt ist, an der Kontaktfläche des jeweiligen Kontaktanschlusses befestigt sind. Dabei wird beispielsweise bei einem Befestigungsmittel, das auf der Oberseite des Trägerelements die Verbindungselemente aufweist, die Unterseite des Trägerelements an der Kontaktfläche eines Kontaktanschlusses des elektronischen Bauteils befestigt. Beispielsweise kann das Trägerelement auf den Kontaktanschluss gebondet werden. Jeder Kontaktanschluss des elektronischen Bauteils wird auf diese Weise mit einem erfindungsgemäßen Befestigungsmittel versehen.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Befestigungsmittel so an den Kontaktanschlüssen angebracht sind, dass die Verbindungselemente der Befestigungsmittel dem elektronischen Bauteil abgewandt sind. Sind beispielsweise die Trägerelemente der Befestigungsmittel an Kontaktanschlüssen angebracht, die auf einer Oberseite des elektronischen Bauteils angeordnet sind, so weisen die Verbindungselemente der Befestigungsmittel ebenfalls nach oben, d. h. weg von der Oberseite des Bauteils. Auf jedem Kontaktanschluss des Bauteils ist somit ein Trägerelement mit einer Vielzahl dicht nebeneinander angeordneter Verbindungselemente angebracht, wobei die Verbindungselemente jeweils eines Verbindungsmittels dazu bestimmt sind, in eine Anordnung von Verbindungselementen eines weiteren Befestigungsmittels, das auf einem Kontaktanschluss eines anderen Bauteils angeordnet ist, einzugreifen.
- Zwei Kontaktanschlüsse zweier Bauteile werden also dadurch miteinander elektrisch verbunden, dass zunächst auf beiden Kontaktanschlüssen ein erfindungsgemäßes Befestigungselement angebracht wird. Dessen Trägerelement wird beispielsweise auf den jeweiligen Kontaktanschluss gebondet. Anschließend werden die Bauteile gegeneinander gedrückt, wobei die Verbindungselemente, die einander zugewandt sind, beim Zusammenführen beider Bauteile ineinander- bzw. zwischeneinander greifen. Dabei wird das Trägerelement auf einem Kontaktanschluss eines ersten Bauteils an ein Trägerelement auf einem Kontaktan schluss eines zweiten Bauteils herangeführt. Dabei greifen die auf dem Trägerelement des ersten Bauteils angeordneten Verbindungselemente in die Verbindungselemente, die auf dem Trägerelement des zweiten Bauteils angeordnet sind, und umgekehrt. Aufgrund der hohen Zahl von Verbindungselementen pro Trägerelement, auf dem sie angeordnet sind, ist es nicht erforderlich, dass jedes der Verbindungselemente in ein entsprechendes Verbindungselement eines weiteren Bauteils eingreift. Stattdessen genügt es, dass – ähnlich wie bei einem Klettverschluss – eine ausreichende Anzahl der vorhandenen Verbindungselemente ineinander greifen, damit ein ausreichende mechanische und gemäß der vorliegenden Erfindung auch elektrische Verbindung entsteht. Je größer die Anzahl der ineinandergreifenden oder sich ineinander verhakenden Verbindungselemente ist, desto niederohmiger ist die hergestellte Kontaktverbindung.
- Das elektronische Bauteil kann etwa eine elektronische Leiterplatte, ein Halbleiterbaustein oder ein anderes Bauteil sein.
- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Anordnung mit einer elektronischen Leiterplatte und mit mindestens einem Halbleiterbaustein gelöst, wobei der Halbleiterbaustein und die elektronische Leiterplatte jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktanschlüssen aufweisen, auf denen jeweils Befestigungsmitteln der hier beschriebenen Art angebracht sind, wobei die Verbindungselemente von an dem Halbleiterbaustein angebrachten Befestigungsmitteln mit Verbindungselementen von an die elektronische Leiterplatte angebrachten Verbindungsmitteln ineinander greifen und dadurch elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Kontaktanschlüssen des Halbleiterbausteins mit den Kontaktanschlüssen der elektronische Leiterplatte herstellen. Sowohl die elektronische Leiterplatte als auch der Speicherbaustein sind auf jedem Kontaktanschluss, der mit einem Kontaktanschluss des jeweils anderen Bauteils verbunden werden soll, mit einem erfindungsgemäßen Befestigungsmittel versehen. Die Verbindungselemente der auf dem Speicherbaustein angebrachten Befestigungsmittel greifen in Verbindungselemente der auf der elektronischen Leiterplatte angebrachten Befestigungsmittel ein. Somit sind die Kontaktanschlüsse des Speicherbausteins mit den Kontaktanschlüssen der Leiterplatte durch jeweils Paare von zwei ineinandergreifenden Befestigungsmittel elektrisch und mechanisch verbunden.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Halbleiterbaustein zusätzlich durch einen Klebstoff an der elektronischen Leiterplatte mechanisch fixiert ist. Da die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Befestigungsmittel eine mechanische Verbindung herstellen, die bei Bedarf durch mechanischen Zug wieder lösbar ist, kann eine noch stärkere mechanische Fixierung und insbesondere dauerhafte räumliche Positionierung mithilfe von Klebestellen erreicht werden.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Klebstoff auf Bereiche der Oberfläche des Halbleiterbausteins und der elektronischen Leiterplatte, die außerhalb der Kontaktanschlüsse des Halbleiterbausteins und der elektronischen Leiterplatte liegen, aufgebracht ist. Insbesondere werden am Rand oder an Ecken einer Anordnung mehrerer elektrischer Kontaktanschlüsse Klebestellen vorgesehen sein, an denen Klebstoff auf die Oberfläche des Speicherbausteins und auf die Oberfläche der elektronischen Leiterplatte (oder des mit dem Speicherbausteins verbindenden weiteren Bauteils) aufgebracht ist.
- Der Klebstoff besteht vorzugsweise aus einem Material, das beim Aushärten schrumpft. Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass durch das Klebstoffmaterial ein Anpressdruck der auf beiden Bauteilen angeordneten erfindungsgemäßen Befestigungsmittel gegeneinander erreicht wird. Dieser Anpressdruck dient nicht nur als zusätzlicher Presskontakt, der eine niederohmige elektrische Kontaktierung fördert, sondern erzeugt zusätzlich zu dem durch mechanisches Andrücken der Bauteile aneinander entstehenden Druck eine Pressung der Verbindungselemente beider Befestigungsmittel gegeneinander, die auch noch nach dem Loslassen der Bauteile andauert, und zwar so lange, bis der Klebstoff vollständig ausgehärtet ist. Sofern die Verbindungselemente elastisch verformbar, d. h. biegsam sind, dauert der durch den Klebstoff erzeugte Anpressdruck auch noch nach dem Aushärten des Klebstoffs an. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass insbesondere mechanische und thermische Verspannungen elektronischer Leiterplatten oder anderer Bauteile kompensiert, die zu Verformungen der Oberflächen dieser Bauteile führen, kompensiert werden. Durch einen des Klebstoff, dessen Volumen während des Aushärtens schrumpft, wird sichergestellt, dass auch bei thermischer und/oder mechanischer Verformung der Bauteiloberflächen die elektrische Verbindung ausreichend niederohmig bleibt.
- Insbesondere ist vorgesehen, dass der Halbleiterbaustein einen integrierten Halbleiterchip und ein Chipgehäuse aufweist, wobei die Kontaktanschlüsse des Halbleiterbausteins auf dem Chipgehäuse angeordnet sind. Der Halbleiterchip ist vorzugsweise über Bonddrähte mit dem Chipgehäuse verbunden. Jedoch können auch alle weiteren bekannten Verbindungstechniken, beispielsweise ball grid arrays eingesetzt werden.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Befestigen eines Halbleiterbausteins auf einer elektronischen Leitplatte gelöst, wobei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten aufweist:
- a) Bereitstellen eines Halbleiterbausteins und einer elektronischen Leiterplatte, die jeweils eine Mehrzahl elektrischer Kontaktanschlüsse aufweisen, und Bereitstellen von Befestigungsmitteln der hier beschriebenen Art,
- b) Anbringen der Befestigungsmittel an die Kontaktanschlüsse des Halbleiterbausteins und der elektronischen Leiterplatte und
- c) Andrücken des Halbleiterbausteins und der elektronischen Leiterplatte aneinander in der Weise, dass Verbindungselemente von an den Halbleiterbaustein angebrachten Befestigungsmittel mit Verbindungselementen von an der Leiterplatte angebrachten Befestigungsmitteln ineinander greifen.
- Bei dem Verfahren werden zunächst auf die miteinander zu verbindenden Kontaktanschlüsse zweier oder mehrerer Bauteile, beispielsweise eines Halbleiterbausteins und einer elektronischen Leiterplatte, die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel angebracht, beispielsweise durch Bonden der Unterseite der Trägerelemente auf die Kontaktflächen der Kontaktanschlüsse. Dann werden die miteinander zu verbindenden Bauteile einfach aneinandergedrückt, wobei die auf den Trägerelementen angeordneten Verbindungselementen wie bei einem Klettverschluss eine mechanische und – aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit – auch elektrische Verbindung herstellen.
- Die Verbindungselemente sind etwa Nanoröhren oder mikroskopisch/nanoskopisch kleine Härchen oder Häkchen, die in großer Stückzahl und dicht gedrängt nebeneinander auf jedem der Trägerelemente angeordnet sind. Insbesondere können auf jedem Trägerelement mehr als zehn, vorzugsweise zwischen 50 und 500 Verbindungselemente angeordnet sein. Bezüglich der Dichte der nebeneinander angeordneten Verbindungselemente auf dem jeweiligen Trägerelement kann vorgesehen sein, dass zwischen 5 und 50 % der Oberseite des Trägerelements, auf dem die Verbindungselemente angeordnet sind, durch die Verbindungselemente bedeckt ist. Somit verbleibt eine Fläche von zwischen 95 und 50 % der Fläche der Oberseite für das Eingreifen von Verbindungselementen eines weiteren Befestigungsmittels. Insbesondere bei breiten Verdickungen oder Erhebungen auf der Oberfläche der Verbindungselemente genügen weniger dichte Anordnungen von Verbindungselementen, um eine ausreichende mechanische Festigkeit nach Andrücken des weiteren Bauteils zu erzielen.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass vor Schritt c) ein Klebstoff auf den Halbleiterstoff und/oder auf die Leiterplatte aufgebracht wird, der nach dem Andrücken im Schritt c) den Halbleiterbaustein mechanisch an der Leiterplatte fixiert. Dabei wird vorzugsweise ein Klebstoff aus einem Material aufgebracht, das beim Aushärten des Klebstoffs schrumpft. Es kann beispielsweise auch ein Epoxyd-Kleber sein, der eine Komponente, die ein Schrumpfen des Klebstoffs bewirkt, enthält.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Halbleiterbaustein einen integrierten Halbleiterchip und ein Chipgehäuse aufweist und dass die Kontaktanschlüsse des Halbleiterbausteins an dem Chipgehäuse angeordnet sind. Sofern jedoch die Trägerelemente der Verbindungsmittel unmittelbar auf die Oberfläche eines ungehäusten Halbleiterchips gebondet oder in anderer Weise angebracht sind, kann dieser auch unmittelbar mit einem ande ren Bauteil, beispielsweise einer elektronischen Leiterplatte verbunden werden.
- Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsmittel an die Kontaktanschlüsse des mindestens einen Halbleiterbausteins und der elektronischen Leiterplatte gebondet werden.
- Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die
1 bis17 beschrieben. Es zeigen: -
1 eine Draufsicht auf ein elektronisches Bauteil, -
2 eine perspektivische Ansicht des Bauteils aus1 und darauf angeordneter erfindungsgemäßer Befestigungsmittel, -
3 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels, -
4 eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels aus3 , - die
5 bis11 Querschnittsansichten weiterer, alternativer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels, -
12 eine Querschnittsansicht von Verbindungselementen des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels aus11 , -
13 eine Querschnittsansicht von Verbindungselementen des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels gemäß einer anderen Ausführungsform, -
14 einen Halbleiterbaustein mit einem integrierten Speicherchip und einem Chipgehäuse, -
15 eine Anordnung mit einer elektronischen Leiterplatte, einem Halbleiterbaustein und mit erfindungsgemäßen Befestigungsmitteln, -
16 einen Ausschnitt der in15 dargestellten Bauteile vor dem Zusammenfügen und -
17 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befestigen eines Halbleiterbausteins an einer elektronischen Leiterplatte. -
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein elektronisches Bauteil10 , nämlich eine elektronische Leiterplatte20 . Die elektronische Leiterplatte20 kann beispielsweise eine Leiterplatte für ein Speichermodul sein, das mit einer Mehrzahl von Halbleiterbausteinen bestückt wird. An einer Außenkante der elektronischen Leiterplatte20 ist üblicherweise eine Kontaktleiste mit elektrischen Kontakten vorgesehen, wodurch das Speichermodul an ein Motherboard oder eine andere elektronische Einrichtung durch Einstecken anschließbar ist. Die Kontaktleiste ist in1 nicht dargestellt. In der linken Hälfte der1 sind auf der elektronischen Leiterplatte20 montierte Halbleiterbausteine30 dargestellt. In der rechten Hälfte der1 sind die Positionen, über denen weitere Halbleiterbausteine30 anzuordnen sind, durch gestrichelte Linien angedeutet. Innerhalb dieser gestrichelten Linien sind Anordnungen jeweils mehrerer elektrischer Kontaktanschlüsse21 sichtbar, an die die Halbleiterbausteine30 elektrisch anzuschließen sind. -
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der elektronischen Leiterplatte20 aus1 . Es sind zwei Reihen von elektrischen Kontaktanschlüssen21 dargestellt, die jeweils eine Kontaktfläche21a aufweisen. Die Kontaktflächen21a sind mit Kontaktanschlüssen von Halbleiterbausteinen elektrisch zu verbinden. In einer vorderen Reihe von Kontaktanschlüssen21 der elektronischen Leiterplatte20 in2 ist erkennbar, dass jeweils ein erfindungsgemäßes Befestigungsmittel1 auf diese Kontaktanschlüsse21 , nämlich auf ihrer Kontaktfläche21a aufgebracht ist. Die in2 nur schematisch angedeuteten erfindungsgemäßen Befestigungsmittel1 besitzen ein Trägerelement, welches die flächige Verbindung mit der Kontaktfläche21a der Kontaktanschlüsse21 herstellt, sowie stiftförmige, haarförmige oder in sonstiger Weise länglich ausgebildete Verbindungselemente, die auf jedem Trägerelement in größerer Stückzahl nebeneinander angeordnet sind und aus dem Trägerelement herausragen. -
3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels1 . Dieses weist ein Trägerelement2 auf, welches aus einem leitfähigen Material wie etwa einem dünnen Metallfilm besteht. Es können auch elektrisch leitfähige Kunststofffolien oder andere Materialen, die eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen, für das Trägerelement2 verwendet werden. Das Trägerelement2 kann ein Teil einer Streifens oder eines Bandes sein, das elastisch verformbar, also biegsam ist. Die Biegsamkeit des Trägerelements kann sich aus seiner geringen Schichtdicke ergeben, so dass auch Metalle, Metalllegierungen und andere leitfähige metallhaltige Verbindungen als Material für das Trägerelement2 infragekommen. Auf einer Seite des Trägerelements, beispielsweise der Oberseite, ist eine Vielzahl von Verbindungselementen3 , nämlich von länglichen, stift-, na del-, rohrförmigen oder in sonstiger Weise länglich ausgebildeten Körpern vorgesehen. Die Verbindungselemente haben eine äußere Form, die in3 nur vereinfacht dargestellt ist; aus3 ist lediglich die Haupterstreckung der Verbindungselemente3 in ihrer Längsrichtung dargestellt. Die Längsrichtung der Verbindungselemente3 ändert sich lokal mit der jeweiligen Orientierung des entsprechenden Abschnittes der Verbindungselemente3 . Sofern die Verbindungselemente3 nicht oder nur in geringem Ausmaß elastisch verformbar sind, verläuft die Längsrichtung der Verbindungselemente3 senkrecht zur Oberfläche des Trägerelements, auf dem die Verbindungselemente3 angeordnet sind. -
4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausschnittes des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels aus3 . Die Verbindungselemente3 sind in ihrer Längsrichtung L längenmässig verkürzt dargestellt; in der Praxis wird ihre Länge ein Vielfaches, vorzugsweise deutlich mehr als das zehnfache ihres Durchmessers betragen. Die Verbindungselemente3 sind mit einer Mantelfläche versehen, welche eine Vielzahl von Erhebungen aufweist. Zusätzlich oder alternativ dazu sind die Verbindungselemente3 gekrümmt. Daneben können auch Verdickungen an einem freien Ende der jeweiligen Verbindungselemente3 vorgesehen sein. Durch diese Maßnahmen oder eine Kombination einiger dieser Maßnahmen erhalten die Verbindungselemente3 eine äußere Form, die ein Befestigen des Befestigungsmittels1 an einem weiteren, identischen oder komplementären Befestigungsmittel ermöglicht. Dabei greifen Verbindungselemente des weiteren Befestigungselements, die den Verbindungselementen3 des dargestellten Befestigungsmittels1 zugewandt sind, beim Heranführen und Andrücken beider Befestigungsmittel gegeneinander ein und verhaken sich. -
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbindungselemente3 des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels1 . Die Verbindungselemente3 sind entlang ihrer Länge L unterbrochen dargestellt;5 ist somit nicht maßstabsgetreu. Auf einer Außenfläche, die zugleich die Mantelfläche der näherungsweise stab- oder stiftförmigen Verbindungselemente3 bildet, sind Erhebungen4 angeordnet, die über sie umgebende Bereiche der Mantelfläche4 herausragen. Werden in gleicher Weise ausgebildete Verbindungselemente eines weiteren Befestigungsmittels von oben zwischen die abgebildeten Verbindungselemente3 eingefügt, so verhaken sich die Erhebungen4 der Verbindungselemente3 beider Befestigungsmittel1 ineinander, so dass die Befestigungsmittel nur durch mechanischen Zug wieder auseinander gezogen werden können. Somit besteht beim Zusammenfügen zweier erfindungsgemäßer Befestigungsmittel eine lösbare mechanische Verbindung. Da außerdem die Verbindungselemente3 und das Trägerelement2 leitfähig oder zumindest an ihrer Oberfläche elektrisch leitfähig sind, wird dabei ebenfalls eine elektrische Verbindung hergestellt, mit der die elektronischen Bauteile untereinander angeschlossen werden. -
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbindungselemente3 des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels1 , bei der auf der Mantelfläche hakenförmige Elemente4a ausgebildet sind. Die hakenförmigen Elemente4a weisen in Richtung des Trägerelements2 , auf dem die Verbindungselemente3 angeordnet sind, so dass sie beim Einschieben in oder zwischen Verbindungselemente eines weiteren Befestigungsmittels mit diesem verzahnen und eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung sichern. Dadurch kann durch einmalig aufgewendeten mechanischen Druck eine dauerhafte elektrische Verbindung hergestellt werden. -
7 zeigt eine alternative Ausführungsform von Verbindungselementen des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels1 . Die Verbindungselemente3 besitzen über ihre Länge L an mehreren Abschnitten einen vergrößerten Querschnitt5 , an weiteren Abschnitten dazwischen ist ihr Querschnitt vergleichsweise kleiner. Entlang der Länge L der Verbindungselemente variiert die Größe des Querschnittes der Verbindungselemente3 mehrfach zwischen einem kleineren und einem größeren Wert. Das dadurch erhaltene äußere Profil, das den Verbindungselementen3 eine äußere Struktur entlang ihrer Längsrichtung verleiht, dient dazu, dass sie leichter mit aus entgegengesetzter Richtung herangeführten Verbindungselementen eines weiteren Befestigungsmittels verzahnen. -
8 zeigt eine alternative Ausführungsform der Verbindungselemente3 des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels1 . Die Verbindungselemente3 besitzen an einem freien Ende6 eine Verdickung7 . Diese Verdickung kann beispielsweise tropfenförmig ausgebildet sein. Eine solche Form der freien Enden6 der Verbindungselemente4 lässt sich durch lokale Einwirkung eines Laserstrahls oder von Ultraschall erzielen. - Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform gemäß
9 sind die an den freien Enden6a angeordneten Verdickungen der Verbindungselemente3 hakenförmig ausgebildet. - Insbesondere können die Verbindungselemente einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, dessen Durchmesser über die Länge des jeweiligen Verbindungselements an mehreren Abschnitten vergrößert ist.
-
10 zeigt eine Weiterbildung, bei der die Verbindungselemente3 gekrümmt sind. Sie sind insbesondere an ihren je weiligen freien Ende6 gekrümmt. Sofern zusätzlich Verdickungen7 an den freien Enden6 angeordnet sind, wird beim Zusammendrücken zweier erfindungsgemäßer Befestigungsmittel1 eine besonders feste mechanische Verbindung erzielt. Dabei verhaken ähnlich wie bei einem Klettverschluss die Verbindungselemente3 beider Befestigungsmittel1 ineinander. -
11 zeigt eine Weiterbildung, bei der die Verbindungselemente3 aus mehreren Materialien bestehen. Dargestellt sind erste Bereiche8 und zweite Bereiche9 , wobei die ersten Bereiche8 aus einem ersten Material bestehen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient einen ersten Wert besitzt, und wobei die zweiten Bereiche9 aus einem zweiten Material bestehen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient einen anderen, zweiten Wert besitzt, der größer oder kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient des ersten Materials. Werden die ersten8 und die zweiten Bereiche9 über den Querschnitt durch die Verbindungselemente3 in einer nicht-symmetrischen, insbesondere nicht radial-symmetrischen Weise angeordnet. -
12 zeigt in Draufsicht eine solche, nicht rotationssymmetrische Anordnung mehrerer Materialien innerhalb der Verbindungselemente3 . Die unterschiedlich große thermische Ausdehnung beider Materialien zu einer Krümmung und zu einer Verbiegung der Verbindungselemente3 . Dadurch lässt sich eine über ihre gesamte Länge L reichende Krümmung erzielen. Zur Verformung der Verbindungselemente3 genügt es, dass sie bei einer anderen Temperatur mit Verbindungselementen eines weiteren Befestigungsmittels in Kontakt gebracht werden als bei derjenigen Temperatur, bei der sie hergestellt wurden. -
13 zeigt eine Querschnittsansicht senkrecht zur Länge der Verbindungselementen3 gemäß einer anderen Ausführungs form, bei der die Verbindungselemente3 einen inneren Kern8a aufweisen, der von einem anderen, zweiten Material9a umgeben ist. Der innere Kern8a besteht aus einem anderen Material als das umgebende zweite Material9a . Insbesondere kann der innere Kern8a aus einem Kunststoff bestehen, wobei das zweite Material, das den Kern8a umgibt, ein Metall wie beispielsweise Gold oder eine Metalllegierung sein. Durch die leitfähig beschichteten Verbindungselemente3 wird auch im Falle der Verwendung von Kunststoffen eine ausreichend niederohmige elektrische Kontaktierung möglich. -
14 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein elektronisches Bauteil10 , nämlich einen Halbleiterbaustein30 . Der Halbleiterbaustein30 weist einen integrierten Halbleiterchip35 und ein Chipgehäuse40 auf. Der Halbleiterchip35 ist beispielsweise durch Bonddrähte36 mit dem Chipgehäuse40 verbunden. An dem Chipgehäuse40 sind Kontaktanschlüsse31 angeordnet, die mit Kontaktanschlüssen21 der elektronischen Leiterplatte1 aus1 oder mit Kontaktanschlüssen eines anderen elektronischen oder mikroelektronischen Bauteils zu verbinden sind. Herkömmlich werden solche elektrischen Verbindungen mithilfe von Lötverfahren hergestellt, die jedoch eine starke Erhitzung zur Folge haben, wodurch bei benachbarten Bereichen des integrierten Halbleiterchips35 Dotierstoffprofile verzerrt werden können. Um solche unerwünschten Dotierstoffdiffusionen zu vermeiden, wird das erfindungsgemäße Befestigungsmittel und deren Anwendung zum Verbinden elektronischer Bauteile untereinander vorgeschlagen. Insbesondere in Kombination mit einem Klebstoff15 , der in14 an weiteren Bereichen der Oberfläche des Chipgehäuses fertig dargestellt ist, lässt sich eine elektrische und mechanische Verbindung mehrerer Bauteile miteinander erreichen, die ebenso zuverlässig funktioniert wie im Falle von Lötverfahren, jedoch zu einer weitaus geringeren thermischen Belastung der angeschlossenen integrierten Halbleiterschaltungen führt. -
15 zeigt eine Anordnung50 , die eine elektronische Leiterplatte20 sowie einen Halbleiterbaustein30 aufweist, welche mithilfe der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel1 und mithilfe eines Klebstoffs15 mechanisch miteinander verbunden und elektrisch aneinander angeschlossen sind. - Der Halbleiterbaustein aus
15 weist, wie bereits in14 dargestellt, einen integrierten Halbleiterchip35 und ein Chipgehäuse40 auf. Das Chipgehäuse40 besitzt elektrische Kontaktanschlüsse31 . Die elektronische Leiterplatte20 weist elektrische Kontaktanschlüsse21 auf, die mit den Kontaktanschlüssen31 des Chipgehäuses40 durch die Befestigungsmittel1 mechanisch und elektrisch verbunden sind. Auf jeden Kontaktanschluss21 der Leiterplatte20 und auf jeden Kontaktanschluss31 des Chipgehäuses40 ist jeweils ein solches Befestigungsmittel1 angebracht. Die Trägerelemente der Befestigungsmittel1 sind vorzugsweise auf die Kontaktanschlüsse21 ,31 gebondet. Die von der elektronischen Leiterplatte20 und von der Seite des Chipgehäuses40 hier ineinander greifenden Verbindungselemente greifen ineinander, wodurch jeweils ein an einen Kontaktanschluss der elektronischen Leiterplatte angebrachtes Verbindungsmittel1 mit einem gegenüberliegenden, an einen Kontaktanschluss des Chipgehäuses40 angebrachten Befestigungsmittel elektrisch und mechanisch verbunden wird. Zur zusätzlichen Stabilisierung der räumlichen Position von Chipgehäuse40 und elektronischer Leiterplatte20 gegeneinander ist an mehreren Stellen ein Klebstoff15 aufgebracht, der insbesondere aus einem Material besteht, das beim Aushärten des Klebstoffs schrumpft. Dadurch wird nach dem Loslassen des Chipgehäuses, nachdem dieses an die Leiterplatte angedrückt wurde, das Chipgehäuse während des Aushärtens des Klebstoffs weiter an die Leiterplatte20 herangezogen und damit der Abstand zwischen den chipgehäuseseitigen und den leiterplattenseitigen Trägerelementen der Befestigungsmittel1 verringert. Dadurch wird auch bei späteren thermischen und/oder mechanischen Verspannungen der Leiterplatten20 oder des Chipgehäuses40 ein ausreichend niederohmiger elektrischer Kontakt gewährleistet. - Gemäß
16 , in der die in15 abgebildeten erfindungsgemäßen Verbindungselemente1 noch losgelöst von der elektronischen Leiterplatte20 und von dem Chipgehäuse40 dargestellt sind, werden diese Verbindungselemente1 zunächst an deren Kontaktanschlüsse21 ,31 angebracht. Sie werden beispielsweise auf die Hauptflächen21a ,31a der Kontaktanschlüsse21 ,31 gebondet oder in anderer Weise befestigt. Anschließend werden die mit ersten Befestigungsmitteln1 versehene elektronische Leiterplatte20 und der mit zweiten, weiteren Verbindungsmitteln versehene Halbleiterbaustein zusammengedrückt, so dass die Verbindungselemente3a der ersten, an der Leiterplatte20 montierten Verbindungsmittel mit den Verbindungselementen3b der zweiten, an den Halbleiterbaustein30 montierten Verbindungsmittel1 ineinander greifen und/oder ineinander verhaken. Die dadurch entstehende klettverschlussartige Verbindung, die aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Befestigungsmittel1 zugleich eine elektrische Kontaktierung darstellt, wird zusätzlich durch die in den14 und15 dargestellten Verbindungsstellen aus Klebstoff gesichert. -
17 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird der Halbleiterbaustein30 , die elektronische Leiterplatte20 und die erfindungsgemä ßen Befestigungselemente1 , die jeweils ein Trägerelement2 und eine Vielzahl darauf angeordneter Verbindungselemente3 aufweisen, bereitgestellt. Dann werden die Befestigungsmittel1 an die Kontaktanschlüsse21 der Leiterplatte20 und an die Kontaktanschlüsse31 des Halbleiterbausteins angebracht. Zusätzlich wird ein Klebstoff, der vorzugsweise aus einem Material gebildet ist, das beim Aushärten des Klebstoffs schrumpft, auf den Halbleiterbaustein30 , auf die elektronische Leiterplatte20 oder sowohl auf den Halbleiterbaustein als auch auf die Leiterplatte aufgebracht. Dann wird der Halbleiterbaustein30 und die elektronische Leiterplatte20 aneinandergedrückt, wobei diese so zueinander orientiert sind, dass die Verbindungselemente3a ,3b der auf ihren Kontaktanschlüssen angebrachten Befestigungsmittel einander zugewandt sind. Beim Zusammendrücken greifen die Verbindungselemente3a und die Verbindungselemente3b ineinander, verhaken sich und/oder verzahnen sich. Dies geschieht zwar nicht bei allen Verbindungselementen3a ,3b , jedoch bei einer so großen Anzahl von ihnen, dass eine ausreichende mechanische Verbindung und eine ausreichend niederohmige elektrische Kontaktierung entsteht. Der zusätzlich aufgebrachte Klebstoff bewirkt eine zusätzliche Fixierung der räumlichen Lage des Halbleiterbausteins30 relativ zur Leiterplatte20 . Sofern der Klebstoff15 ein Material enthält, welches beim Aushärten schrumpft, fördert dies einen besseren elektrischen und mechanischen Kontakt der Leiterplatte20 und des Halbleiterbausteins30 miteinander bei späteren thermische und/oder mechanischen Verformungen beispielsweise der Leiterplatte. - Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können insbesondere lead frames auf printed circuit boards zuverlässig und mit geringstmöglicher thermischer Beanspruchung befestigt werden. Die erfindungsgemäß hergestellte elektrisch-mechanische Ver bindung ist reversibel, d. h. sie ist ohne Beschädigung der miteinander verbundenen Bauteile wieder trennbar, indem die ineinandergreifenden Befestigungsmittel
1 der damit verbundenen Bauteile, beispielsweise eines Halbleiterbausteins30 und einer Leiterplatte20 , wieder auseinandergezogen werden. Dazu kann, sofern zusätzlich ein Klebstoff15 aufgetragen wird, ein solcher Klebstoff verwendet werden, der sich ohne Beschädigung der Leiterplatte oder des Halbleiterbausteins30 wieder ablösen lässt. -
- 1
- Befestigungsmittel
- 2
- Trägerelement
- 2a
- Fläche
- 3; 3a, 3b
- Verbindungselement
- 4; 4a
- Erhebung
- 4
- hakenförmiges Element
- 5
- vergrößerter Querschnitt
- 6; 6a
- freies Ende
- 7
- Verdickung
- 8
- erster Bereich
- 8a
- erstes Material
- 9
- zweiter Bereich
- 9a
- zweites Material
- 10
- elektronisches Bauteil
- 15
- Klebstoff
- 20
- elektronische Leiterplatte
- 21
- Kontaktanschluss
- 21a
- Kontaktfläche
- 30
- Halbleiterbaustein
- 31
- Kontaktanschluss
- 31a
- Kontaktfläche
- 35
- Halbleiterchip
- 36
- Bonddrähte
- 40
- Chipgehäuse
- 50
- Anordnung
- L
- Länge
Claims (32)
- Befestigungsmittel (
1 ) zum mechanischen Befestigen und elektrischen Kontaktieren elektronischer Bauteile, wobei das Befestigungsmittel (1 ) ein Trägerelement (2 ) und eine Vielzahl von Verbindungselementen (3 ) aufweist, wobei die Verbindungselemente (3 ) auf dem Trägerelement (2 ) angeordnet sind und jeweils einen länglichen Körper aufweisen, der aus dem Trägerelement (2 ) herausragt und eine zum Eingreifen und/oder Einhaken zwischen weitere Verbindungselemente geeignete Form besitzt, und wobei die Verbindungselemente (3 ) und das Trägerelement (2 ) zumindest auf ihrer Oberfläche elektrisch leitfähig sind. - Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) säulenförmig ausgebildet sind und eine Mantelfläche aufweisen, die eine Vielzahl von Erhebungen (4 ) aufweist. - Verbindungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) säulenförmig ausgebildet sind und eine Mantelfläche aufweisen, an der hakenförmige Elemente (4a ) angeordnet sind. - Verbindungsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hakenförmigen Elemente (
4a ) zum Trägerelement (2 ) weisend angeordnet sind. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) jeweils an mehreren Abschnitten (5 ), die über die Länge (L) des jeweiligen Verbindungselements (3 ) verteilt sind, einen lokal vergrößerten Querschnitt (5 ) besitzen. - Befestigungsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, dessen Durchmesser an mehreren Abschnitten (5 ), die über die Länge (L) der Verbindungselemente (3 ) verteilt sind, lokal vergrößert ist. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) jeweils ein freies Ende (6 ) aufweisen, wobei die Verbindungselemente (3 ) an ihrem freien Ende (6 ) jeweils eine Verdickung (7 ) aufweisen. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) jeweils ein freies Ende (6a ) aufweisen, wobei die freien Enden (6a ) der Verbindungselemente (3 ) hakenförmig ausgebildet sind. - Befestigungsmittel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) an ihrem freien Ende (6 ;6a ) gebogen sind. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) jeweils einen ersten Bereich (8 ), der aus einem ersten Material besteht, und einem zweiten Bereich (9 ), der aus einem anderen, zweiten Material besteht, aufweisen, wobei der erste (8 ) und der zweite Bereich (9 ) sich im wesentlichen über die gesamte Länge (L) des jeweiligen Verbindungselements (3 ) erstrecken. - Befestigungsmittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material und das zweite Material jeweils Metalle oder metallische Verbindungen sind, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des ersten Materials größer ist als der des zweiten Materials und wobei der erste (
8 ) und der zweite Bereich (9 ) über den Querschnitt der Verbindungselemente (3 ) senkrecht zur Länge (L) der Verbindungselemente (3 ) jeweils rotationsunsymmetrisch verteilt sind. - Befestigungsmittel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (
3 ) einen inneren Kern aus dem ersten Material (8a ) aufweisen, der von dem zweiten Material umgeben ist, wobei zumindest das zweite Material (9a ) elektrisch leitfähig ist. - Befestigungsmittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kern der Befestigungselemente (
3 ) aus einem Kunststoff besteht. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material (
9a ) Gold ist. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (
3 ) Bonddrähte sind. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) über ihre gesamte Länge (L) gekrümmt sind. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
3 ) elastisch verformbar sind. - Befestigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (
2 ) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. - Elektronisches Bauteil (
10 ) mit einer Mehrzahl von elektrischen Kontaktanschlüssen (21 ;31 ), die jeweils eine Kontaktfläche (21a ;31a ) aufweisen, wobei an den Kontaktflächen der Mehrzahl von Kontaktanschlüssen (21 ;31 ) jeweils ein Befestigungsmittel (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 angebracht ist. - Elektronisches Bauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (
1 ) jeweils mit einer Fläche (2a ) ihres Trägerelements (2 ), die den Verbindungselementen (3 ) abgewandt ist, an die Kontaktfläche (21a ;31a ) des jeweiligen Kontaktanschlusses (21 ;31 ) befestigt sind. - Elektronisches Bauteil nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (
1 ) so an den Kontaktanschlüssen (21 ;31 ) angebracht sind, dass die Verbindungselemente (3 ) dem elektronischen Bauteil (10 ) abgewandt sind. - Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (
2 ) der Befestigungsmittel (1 ) auf die Kontaktanschlüsse (21 ;31 ) gebondet sind. - Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil eine elektronische Leiterplatte (
20 ) ist. - Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil ein Halbleiterbaustein (
30 ) ist. - Anordnung (
50 ) mit einer elektronischen Leiterplatte (20 ) und mindestens einem Halbleiterbaustein (30 ), wobei der Halbleiterbaustein (30 ) und die elektronische Leiterplatte (20 ) jeweils eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktanschlüssen (21 ,31 ) aufweisen, auf denen jeweils Befestigungsmittel (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 angebracht sind, und wobei Verbindungselemente (3b ) von an dem Hauptleiterbaustein (30 ) angebrachten Befestigungsmitteln (1 ) mit Verbindungselementen (3a ) von an der elektronischen Leiterplatte (20 ) angebrachten Verbindungselementen (1 ) ineinander greifen und dadurch elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Kontaktanschlüs sen (31 ) des Halbleiterbausteins (30 ) und den Kontaktanschlüssen (21 ) der elektronischen Leiterplatte (20 ) herstellen. - Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterbaustein (
30 ) zusätzlich durch einen Klebstoff (15 ) an der elektronischen Leiterplatte (20 ) befestigt ist. - Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (
15 ) auf Bereiche der Oberfläche des Halbleiterbausteins (30 ) und der elektronischen Leiterplatte (20 ), die außerhalb der Kontaktanschlüsse (21 ,31 ) des Halbleiterbausteins und der elektronischen Leiterplatte liegen, aufgebracht ist. - Anordnung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (
15 ) ein Material enthält, das beim Aushärten schrumpft. - Anordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterbaustein (
30 ) einen integrierten Halbleiterchip (35 ) und ein Chipgehäuse (40 ) aufweist, wobei die Kontaktanschlüsse (31 ) des Halbleiterbausteins (30 ) auf dem Chipgehäuse (40 ) angeordnet sind. - Verfahren zum Befestigen eines Halbleiterbausteins (
30 ) auf einer elektronischen Leiterplatte (20 ), wobei das Verfahren die folgende Reihenfolge von Schritten aufweist: a) Bereitstellen eines Halbleiterbausteins (30 ) und einer elektronischen Leiterplatte (20 ), die jeweils eine Mehrzahl elektrischer Kontaktanschlüsse (21 ,31 ) aufweisen, und Bereitstellen von Befestigungsmitteln (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, b) Anbringen der Befestigungsmittel (1 ) an den Kontaktanschlüssen (21 ,31 ) des Halbleiterbausteins (30 ) und der elektronischen Leiterplatte (20 ) und c) Andrücken des Halbleiterbausteins (30 ) und der Leiterplatte (20 ) aneinander in der Weise, dass Verbindungselemente (3b ) von an dem Halbleiterbaustein (30 ) angebrachten Befestigungsmitteln (1 ) mit Verbindungselementen (3a ) von an der Leiterplatte (20 ) angebrachten Befestigungsmitteln (1 ) ineinander greifen. - Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt c) ein Klebstoff (
15 ) auf den Halbleiterbaustein (30 ) und/oder auf die elektronische Leiterplatte (20 ) aufgebracht wird, der nach dem Andrücken in Schritt c) den Halbleiterbaustein (30 ) räumlich gegenüber der Leiterplatte (20 ) fixiert. - Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterbaustein (
30 ) einen integrierten Halbleiterchip (35 ) und ein Chipgehäuse (40 ) aufweist und dass die Kontaktanschlüsse (31 ) des Halbleiterbausteins (30 ) an dem Chipgehäuse (40 ) angeordnet ist.
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