DE69532832T2

DE69532832T2 - Elektrische Verbindungen mit verformbaren Kontakten

Info

Publication number: DE69532832T2
Application number: DE1995632832
Authority: DE
Inventors: Thomas H. Distefano; John W. Smith; Konstantine Karavakis; Zlata Kovak; Joseph Fjelstad
Original assignee: Tessera LLC
Current assignee: Adeia Semiconductor Solutions LLC
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: EP0803135A1; ATE263477T1; EP0969706A3; WO1996002959A1; DE69516725T2; AU3138995A; KR970705201A; EP0969706A2; JP2006032938A; US6274820B1; KR100327004B1; US6266874B1; US6239386B1; ATE192609T1; EP0803135B1; EP0803135A4; JPH10503055A; DE69516725D1; DE69532832D1; US5590460A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der elektrischen Schaltungen und spezieller betrifft sie Schichtstrukturen für Schaltungen wie beispielsweise Mehrschichtleiterplatten, Bauteile und Verfahren, die bei der Herstellung derartiger Strukturen verwendet werden, sowie Verfahren zu deren Herstellung.
STAND DER TECHNIK
Elektrische Bauteile werden üblicherweise auf Schaltungsfeldstrukturen (bzw. Circuitpanelstrukturen) wie beispielsweise Leiterplatten bzw. Platinen montiert. Schaltungsfelder beinhalten üblicherweise eine im allgemeinen flache Schicht aus dielektrischem Material mit elektrischen Leitern, die auf einer flachen Hauptoberfläche der Schicht oder auf beiden Hauptoberflächen angeordnet sind. Die Leiter werden üblicherweise aus metallischen Materialien wie beispielsweise Kupfer gebildet und dienen der Verbindung der auf der Platte montierten Bauteile. Dort, wo die Leiter auf beiden Hauptoberflächen der Platte angeordnet sind, kann die Platte Kontaktlöcher haben, welche durch die dielektrische Schicht verlaufen, um die Leiter an gegenüberliegenden Oberflächen miteinander zu verbinden. Mehrschichtschaltungsfeldanordnungen wurden bisher hergestellt, die mehrere, gestapelte bzw. geschichtete Schaltungsfelder mit zusätzlichen Schichten aus dielektrischen Materialien enthalten, welche die Leiter an aufeinanderzuweisenden Oberflächen angrenzender Felder in dem Stapel trennen. Diese Mehrschichtanordnungen enthalten üblicherweise Zwischenverbindungen, die zwischen den Leitern auf den verschiedenen Schaltungsfeldern in dem Stapel je nach Erfordernis verlaufen, um die erforderlichen elektrischen Zwischenverbindungen zu liefern.
Elektrische Bauteile, die an Schaltungsfeldstrukturen montiert werden können, beinhalten sog. "diskrete" Bauteile bzw. Komponenten und integrierte Schaltkreise, welche mehrere Transistoren auf einem Einzelchip beinhalten. Chips dieser Art können an üblicherweise als "Chipträger" bezeichneten Teilen montiert werden, die spezielle Schaltungsfeldstrukturen sind. Ein Chipträger kann in einer Packung beinhaltet sein, die an einer größeren Leiterplatte montiert ist und mit den verbleibenden Bauteilen der Schaltung verbunden sein. Alternativ kann der Chip direkt an dem gleichen Schaltungsfeld montiert werden, das andere Bauteile des Systems trägt. Diese Anordnung wird im allgemeinen als "Hybridschaltung" bezeichnet. Relativ große Schaltungsfelder werden üblicherweise aus polymeren Werkstoffen hergestellt, typischerweise mit einer Verstärkung wie beispielsweise Glas, wohingegen sehr kleine Schaltungsfelder) wie beispielsweise diejenigen, die als Halbleiterchipträger verwendet werden, aus Keramik, Silicium oder ähnlichem gebildet werden.
Es entstanden zunehmend Notwendigkeiten für Schaltungsfeldstrukturen, die hochdichte, komplexe Zwischenverbindungen liefern. Diesen Notwendigkeiten werden Mehrschichtschaltungsfeldstrukturen gerecht. Die Verfahren, die im allgemeinen verwendet werden zur Herstellung von Mehrschichtschaltungsfeldstrukturen haben gewisse ernsthafte Nachteile. Mehrschichtschaltungsfelder werden üblicherweise hergestellt durch Vorsehen von individuellen, doppelseitigen Schaltungsfeldern mit darauf befindlichen, geeigneten Leitern. Die Schaltungsfelder werden dann eine auf die andere laminiert, mit einer oder mehreren Schichten aus ungehärtetem oder teilweise gehärtetem dielektrischem Material, das üblicherweise als "Prepregs" bezeichnet wird, das zwischen jedem Paar angrenzender Schaltungsfelder angeordnet ist. Ein derartiger Stapel wird üblicherweise unter Wärme und Druck gehärtet, um eine unitäre Masse zu bilden. Nach dem Härten werden Löcher durch den Stapel an Stellen gebohrt, wo elektrische Verbindungen zwischen unterschiedlichen Platten wünschenswert sind. Die resultierenden Löcher werden dann mit elektrisch leitenden Materialien beschichtet oder gefüllt, typischerweise durch Plattieren der Innenseiten der Löcher zwecks Aus bildung eines sog. plattierten Durchgangslochs. Es ist schwierig, Löcher mit einem hohen Wert für das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser zu bohren. Dadurch müssen die in Anordnungen verwendeten Löcher, die gemäß diesen Verfahren im Stand der Technik hergestellt werden, relativ groß sein und erfordern folglich einen sehr großen Raum in der Anordnung. Diese Löcher erstrecken sich üblicherweise von der Oberseite oder dem Boden des Stapels. Selbst wenn Zwischenverbindungen in den obersten oder untersten Schichten nicht erforderlich sind, muß ein Raum für Löcher vorgesehen sein, um durch diese Schichten hindurchzuführen, um erforderliche Zwischenverbindungen in den mittleren Schichten vorsehen zu können. Demgemäß muß ein wesentlicher Teil des verfügbaren Oberflächenbereichs auf den Schaltungsfeldern den Löchern zugeordnet werden und den Toleranzzonen um die Löcher. Überdies neigen die elektrischen Zwischenverbindungen, die ausgebildet werden durch Abscheiden leitender Materialien in derartigen gebohrten Löchern dazu, schwach zu sein. Das Bohrverfahren und die allgemeine Natur der darin verwendeten Laminate wird beispielsweise beschrieben in Doherty, Jr.'s U.S. Patent 3,793,469 und Guarracini's U.S. Patent 3,316,618.
Verschiedenste Alternative Ansätze wurden vorgeschlagen. Parks et al.'s U.S. Patent 3,541,222, Crepeau's U.S. Patent 4,249,032, Luttmer's U.S. Patent 3,795,037; Davies et al.'s U.S. Patent 3,862,790, Fox's U.S. Patent 4,954,878 und Zifcak's U.S. Patent 4,793,814 beziehen sich alle im allgemeinen auf Strukturen, die metallische oder andere leitende Elemente haben, die bei relativ nahe beabstandeten Stellen auf einer dielektrischen Schicht angeordnet sind, wobei die leitenden Elemente durch die dielektrische Schicht in beide Richtungen vorstehen. Eine derartige Schicht kann zwischen einem Paar Leiterplatten sandwichartig liegen und die Leiterplatten können eingeklemmt oder auf andere Weise zusammengehalten sein, um einen mechanischen Eingriff zwischen den leitenden Elementen auf den angrenzenden Flächen der Leiterplatten und den leitenden Elementen der Kompositschicht vorzusehen. Bei jeder dieser Anordnungen sind die leitenden Elemente, die Komposit schicht oder beide elastisch oder dehnbar, um einen engen Eingriff zwischen den leitenden Elementen der Kompositschicht und den Leitern an den Leiterplatten zu liefern.
Beck's, U.S. Patent 3,616,532 und Dube et al.'s U.S. Patent 3,509,270 beschreiben Varianten dieses Ansatzes, bei denen elastische Elemente mit einem verschmelzbaren Lötmittel Verwendung finden. Diese Elemente werden an isolierenden Platten montiert, die dann zwischen Leiterplatten gesteckt werden. Die Anordnung wird erwärmt, um das Lötmittel zu schmelzen, wodurch die elastischen Elemente befreit werden, so daß die elastischen Elemente und das Lötmittel zusammenwirkend eine Zwischenverbindung zwischen den angrenzenden Leiterplatten bilden.
Evans et al.'s U.S.Patent 4,655,519 beschreibt eine Anschlußeinheit bzw. einen Konnektor mit vielen streifenartigen Kontaktfedern, die in Löchern in einem flachen, dielektrischen Körper, zusammen mit anderen Federelementen angeordnet sind. Die Enden der Streifen ragen von gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers hervor. Diese sind so ausgelegt, daß sie komprimieren, wenn elektronische Elemente in Eingriff gelangen mit den Körperoberflächen, so daß die Enden der Streifen Pads auf den elektronischen Elementen erfassen. Walkup's U.S. Patent 5,167,512 offenbart ein weiteres System unter Verwendung von Federn, die in Löchern in einem dielektrischen Körper angeordnet sind.
Grabbe's U.S. Patent 5,228,861 beschreibt eine Anschlußeinheit mit einem schichtartigen dielektrischen Körper mit mehreren im allgemeinen X-förmigen Federkontaktelementen, von denen jedes vier Arme hat und die auf einer ersten Seite der Schicht liegen. Zwei Arme jedes X-förmigen Elements sind nach innen in Richtung der Schicht gebogen und verlaufen durch Löcher in der Schicht, so daß die Spitzen dieser Arme über die zweite, gegenüberliegende Fläche der Schicht hervorragen. Die anderen beiden Arme sind von der Schicht weggebogen und ragen folglich von der ersten Oberfläche hervor. Wenn die An schlußeinheit zwischen Schaltungsfeldern angeordnet ist, wird jedes X-förmige Element zwischen zusammenpassenden Pads der Schaltungsfelder komprimiert, was bewirkt, daß die gebogenen Arme sich abflachen und bewirken, daß die Spitzen der Arm die Oberflächen der Pads schleifen. Nach dem Eingriff wird der Kontakt durch die Elastizität der Arme aufrechterhalten.
Bernarr et al.'s U.S. Patent 4,548,451 beschreibt eine Anschlußeinheit oder ein Zwischenelement mit einem schichtartigen elastomeren Körper mit eindrückbaren Vorsprüngen, die von entgegengesetzt gerichteten Oberflächen nach außen verlaufen. Aus einem metallbeschichteten, elastischen Film gebildete Abgriffe bzw. Ansätze verlaufen an beiden Oberflächen des Körpers und überlagern die Vorsprünge. Die Abgriffe an gegenüberliegenden Seiten sind über Kontaktlöcher miteinander verbunden. Wenn das Zwischenelement zwischen Schaltungsfeldern erfaßt ist, werden die Abgriffe und Stäbe zwischen Kontaktpads auf gegenüberliegenden Feldern gedrückt und die Absätze schleifen wohl die Pads zwecks effektiverem Kontakt. Durch die Elastizität der elastomeren Schicht und die Stäbe werden die Abgriffe mit den Pads in Eingriff gehalten; eine permanente Verbindung bzw. ein permanenter Bond ist nicht ausgebildet.
Patraw's U.S. Patente 4,716,049, 4,902,606 und 4,924,353 beschreiben mikroelektronische Verbindungsschemen unter Verwendung deformierbarer Kontakte, die von einem Substrat nach oben hervorstehen. Jeder Kontakt hat eine domartige Spitze und mehrere Beine, die sich von der Spitze zu dem Substrat nach unten erstrecken. Diese Kontakte werden durch selektive Abscheidung von Aluminium auf einen Sockel eines flüchtigen Materials wie beispielsweise Kaliumchlorid oder einen Photolack unter Verwendung einer gestalteten Maske, ausgebildet. Die Sockel werden nach dem Abscheiden entfernt.
Dery et al.'s U.S. Patent 4,729,809 offenbart die Verwendung eines anisotropen leitenden Haftmaterials, das zwischen gegenüberliegenden Sublaminaten angeordnet ist, wobei die Haft mittelzusammensetzung ausreichende Leitfähigkeit über den relativ kleinen Räumen zwischen Leitern an angrenzenden Schichten hat, um dazwischen eine elektrische Zwischenverbindung auszubilden, jedoch eine geringe Leitfähigkeit über den relativ großen Räumen zwischen angrenzenden Leitern an derselben Oberfläche hat, so daß es keine unerwünschte seitliche Zwischenverbindung entlang einer Oberfläche erzeugt.
Berger et al.'s U.S. Patent 4,788,766 verwendet Leiter tragende Schaltungslaminate mit hohlen, ösenartigen Kontaktlochstrukturen, wobei jede derartige Kontaktlochstruktur einen Rand hat, der vertikal von der umgebenden Struktur vorsteht. Jede derartige Kontaktlochstruktur ist mit einer dünnen Schicht eines leitenden Verbindungs- bzw. Bondmaterials versehen. Beim Herstellen der Mehrschichtenstruktur werden dielektrische Bondfilme zwischen dem schaltungstragenden Laminat angeordnet. Die dielektrischen Filme haben Öffnungen in Stellen, die den Stellen der Ösenstrukturen in den angrenzenden schaltungstragenden Lamina entsprechen. Dadurch können die nach oben stehenden Ränder der Ösenstrukturen aufeinander lagern, wenn die Anordnung unter Hitze und Druck zusammengezwungen wird. Die Schichten aus leitendem Bondmaterial an den Rändern der angrenzenden Ösen sollen Verbindungen zwischen den aneinanderlagernden Ösenstrukturen bilden.
Andere Strukturen zur Ausbildung mehrschichtiger elektronischer Anordnungen werden in Dux et al.'s U.Patent 5,224,265, welche die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, sowie Ehrenberg et al.'s U.S. Patent 5,232,548 gelehrt, die Sublaminate verwenden, die durch Abscheiden eines dielektrischen Materials auf einer perforierten Metallschicht bzw. -folie hergestellt werden, beispielsweise durch Dampfphasenpolymerisation oder elektrophoretisches Bonden, um eine dielektrische Schicht mit Kontaktlöchern bzw. Durchgängen zu bilden. Die Kontaktlöcher sind mit einem fließfähigen Verbindungsmaterial wie beispielsweise einem metallastigen Polymer gefüllt. Diese Strukturen werden gestapelt und erwärmt, um die Kontaktlöcher mit unitären vertikalen Leitern zu verbinden.
Andere mehrschichtige Anordnungssysteme unter Verwendung fließfähiger leitender Materialien zur Verbindung von Strukturen in gestapelten Elementen sind in Bindra et al.'s U.S. Patent 5,129,142 offenbart. Noch weitere Verbesserungen sind in dem U.S. Patent 5,282,312 von Thomas H. DiStefano et al. offenbart. Das '312 Patent offenbart als technischer Hintergrund gewisse Laminattechniken oder Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtschaltungsanordnungen unter Verwendung fließfähiger leitender Materialien.
Trotz dieser und anderer Anstrengungen im Stand der Technik bestehen immer noch Notwendigkeiten für weitere Verbesserungen.
ARTEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung widmet sich diesen Notwendigkeiten. Die vorliegende Erfindung liefert ein Zwischenelement, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wie es in Anspruch 20 beansprucht ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liefert ein Zwischenelement zum Herstellen von Verbindungen mit elektrischen Kontakten auf der Oberfläche eines mikroelektronischen Bauelements wie beispielsweise eines Schaltungsfelds, einem Halbleiterchip oder anderem Bauelement mit kontakttragender Oberfläche. Das Zwischenelement weist einen Körper auf, der eine erste Hauptoberfläche hat, derart, daß der Körper horizontale Richtungen, parallel zu der ersten Hauptoberfläche und vertikale Richtungen, senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche, definiert. Des weiteren hat das Zwischenelement mehrere Leiter in dem Körper, wie beispielsweise Kontaktlochleiter, die in dem oder durch den Körper verlaufen. Das Zwischenelement weist des weiteren Kontakte an der ersten Hauptoberfläche des Körpers auf, die elektrisch mit den Lei tern verbunden sind. Jeder Kontakt verläuft über die erste Oberfläche des Körpers, im allgemeinen radial von einer zentralen Achse nach außen, die senkrecht zu der ersten Oberfläche steht. Dadurch verläuft jeder Kontakt in mehrere horizontale Richtungen, von der Achse weg und von der Verbindungsstelle des Kontaktes mit dem Leiter weg. Jeder Kontakt hat eine von der zentralen Achse entfernt liegende Periphere. Die Kontakte sind derart ausgelegt, daß sie sich deformieren, so daß die Peripherie jedes Kontaktes sich im allgemeinen radial nach außen, von der Achse weg, in Reaktion auf eine auf den Kontakt in Richtung des Körpers gerichtete Kraft, ausdehnt bzw. auf weitet. Im Gebrauch stehen die Kontakte in Eingriff mit entsprechenden Verbindungspads eines Schaltungsfelds oder eines anderen mikroelektronischen Bauteils, wenn das Element an der ersten Oberfläche des Zwischenelements angrenzt. Das Schaltungsfeld oder das andere Element kann dann in Richtung des Körpers gezwungen werden, so daß die Pads vertikale Kräfte auf die Kontakte ausüben. Da sich jeder Kontakt in Reaktion auf die vertikale Kraft nach außen ausdehnt, schleift er über die Oberfläche des dazu passenden Pads. Der Schleifvorgang entfernt Oxide und andere Verunreinigungen von den passenden Oberflächen, um eine effektive elektrische Verbindung mit geringem Widerstand zwischen den Pads und den Kontakten zu schaffen, und bei bevorzugten Ausführungsbeispielen, das Verbinden bzw. Bonden der Kontakte und Pads zu vereinfachen.
Bevorzugt sind die Kontakte derart angeordnet, daß sie sich deformieren, so daß die Peripherie jedes Kontaktes sich vertikal in Richtung des Körpers nach unten bewegt, wenn sich die Peripherie radial nach außen bewegt. In dem anfänglichen, undeformierten Zustand, kann die Peripherie jedes Kontaktes vertikal oberhalb der Oberfläche des Körpers beabstandet sein. Jeder Kontakt kann einen an der Achse angrenzenden, zentralen Abschnitt aufweisen, der in Eingriff mit dem Körper sein kann, während sich ein peripherer Abschnitt des Kontaktets radial von dem zentralen Abschnitt nach außen und vertikal nach oben erstrecken kann, von dem Körper weg. Der zentrale Abschnitt jedes Kontaktes kann mit einem Leiter verbun den sein, so daß sich der Kontakt radial nach außen, über der Oberfläche des Körpers, von dem Leiter aus, erstreckt. Jeder Kontakt kann im allgemeinen die Form eines Rotationskörpers um die vertikale, zentrale Achse haben. Dadurch kann der periphere Abschnitt eine Schale in der Form einer nach oben und außen erweiternden Umdrehung um die zentrale Achse sein. In diesem Fall ist der aufweitende Vorgang des Kontaktes reminiszent für das Setzen einer Niet.
Alternativ kann die Peripherie jedes Kontaktes von der Kreisform abweichen. Dadurch kann jeder Kontakt mehrere Abgriffe aufweisen, die im allgemeinen radial von der zentralen Achse weg verlaufen, wobei jeder derartige Abgriff eine Spitze hat, die von der Achse entfernt liegt und von dem Leiter entfernt liegt. Bevorzugt sind die Abgriffe jedes Kontaktes in einem im wesentlichen symmetrischen Muster um die zentrale und um die Verbindungsstelle mit dem Leiter angeordnet, so daß die Abgriffe im allgemeinen symmetrisch, in radialen Richtungen von der zentralen Achse weg und von dem Leiter weg, verlaufen. Ein bevorzugtes symmetrisches Muster weist vier Abgriffe auf, die unter gleichen Abstandsintervallen um die zentrale Achse derart angeordnet sind, daß die Abgriffe ein vierblättriges Muster definieren.
Wenn die Spitzen der Abgriffe in Eingriff stehen mit einem Pad auf einem Schaltungsfeld oder einem anderen mikroelektronischen Bauelement und in Richtung des Körpers nach unten gezwungen werden, so biegt sich die Spitze jedes Abgriffs nach unten und außen, von der zentralen Achse weg. Daher entfalten sich die Abgriffe des Kontaktes voneinander weg, um effektiv an der Oberfläche des erfaßten Pads zu schleifen bzw. zu wischen. Obgleich die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine Theorie in Bezug auf den Betrieb eingeschränkt ist, wird angenommen, daß diese Auswärtsbewegung der Abgriffspitzen zumindest zum Teil erzeugt wird durch das Biegen jedes Abgriffs im allgemeinen um das radiale einwärts gerichtete oder proximale Ende des Abgriffs und um die angrenzenden Bereiche des Körpers selbst. Die Körperoberfläche kann Vertiefungen bzw.
Einbuchtungen haben zur Aufnahme der zentralen Abschnitte der Kontakte und kann auch sich auswärts erweiternde Wände haben, welche die Vertiefungen umgeben. Jeder Abgriff kann gekrümmt sein und kann mit der auswärts sich erweiternden Wand übereinstimmen.
Vorzugsweise weisen die Kontakte Verbindungs- bzw. Bondmaterialien auf, die ausgelegt sind, um das Verbinden bzw. Bonden der Kontakte mit einem damit in Eingriff stehenden, passenden Pad zu vereinfachen. Das Bondmaterial kann ausgewählt sein aus einer Gruppe bestehend aus Lötmetallen, Hartlötlegierungen, Diffusionverbindungslegierungen, eutektischen Verbindungslegierungen und leitenden Materialien, die Polymere beinhalten. Die Kontakte können metallisch sein und sind integral mit den dazugehörigen Leitern ausgebildet. Der Zwischenelementkörper ist vorzugsweise eine lamellare Struktur, wie beispielsweise eine schicht- bzw. bogenartige oder plattenartige Struktur und definiert eine zweite Hauptoberfläche, die in die entgegengesetzte Richtung zu der ersten Hauptoberfläche weist. Zumindest einige der Leiter können durchgehende Leiter sein, deren zweite Enden an der Hauptoberfläche angrenzend, angeordnet sind. In diesem Falle hat das Zwischenelement Kontakte der zweiten Enden, die an den zweiten Enden des Leiters angebracht sind. Jeder derartige Kontakt des zweiten Endes kann in gleicher Weise ausgestaltet wie die oben erläuterten Kontakte der ersten Enden. Daher kann sich jeder Kontakt des zweiten Endes radial nach außen und von einer zentralen Achse weg erstrecken, die senkrecht zu der zweiten Oberfläche steht und von einem zweiten Ende eines Leiters erstrecken, der an seinem ersten Ende mit einem der Kontakte an der ersten Oberfläche verbunden ist. In wünschenswerter Weise ist der Kontakt derart ausgelegt, daß er sich deformiert, so daß die Peripherie sich radial nach außen, von der Achse und von dem zweiten Ende des Leiters weg erstreckt, in Reaktion auf eine vertikale Kraft auf den Kontakt des zweiten Endes. Derartige Zwischenelemente können beispielsweise verwendet werden zwischen Paaren an Schaltungsfeldern oder anderen mikroelektronischen Bauelementen.
Die Kontakte und die Leiter können Abschnitte aus durchgehenden, im allgemeinen rohrförmigen Kontaktlöchern bilden, die durch ein Loch in dem Körper verlaufen und sich an beiden Enden des Lochs nach außen auf weiten. Der Zwischenelementkörper kann ein mittels Wärme aktivierbares Haftmittel haben, und zwar einen Thermoplasten oder anderes fließfähiges dielektrisches Material an den Oberflächen des Körpers, so daß das Zwischenelement eine im wesentlichen porenfreie dielektrische Abdichtung mit dem Körper eines Schaltungsfelds oder eines damit in Eingriff stehenden, anderen mikroelektronischen Bauelementes bilden kann. Wenn das leitende Verbindungs- bzw. Bondmaterial an den Kontaken durch Wärme aktiviert ist, kann das Haftmittel oder das fließfähige dielektrische Material an dem Körper angeordnet werden zur Aktivierung bei etwa der gleichen Temperatur wie das fließfähige leitende Material.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liefert ein Zwischenelement für eine mikroelektronische Verbindung, das einen Körper mit einer ersten horizontal verlaufenden Oberfläche hat, mit einer Hauptebene und mehreren Kontakten, die in einer Anordnung bzw. Matrix auf dem Körper an der Oberfläche angeordnet sind. Jeder Kontakt weist einen zentralen Abschnitt auf, sowie einen peripheren Abschnitt, der sich von dem zentralen Abschnitt nach außen erstreckt. Der zentrale Abschnitt kann vertikal von der Hauptebene der Oberfläche ausgenommen sein, wohingegen der periphere Abschnitt sich bei oder vertikal oberhalb der Hauptebene erstrecken kann. In wünschenswerter Weise weicht der periphere Abschnitt jedes Kontaktes von der Kreisform ab und kann wie zuvor erwähnte Abgriffe haben, die von dem zentralen Abschnitt weg ragen. Der Körper kann mehrere Vertiefungen in der ersten Oberfläche aufweisen, wobei jede derartige Vertiefung eine zentrale Achse hat, die im allgemeinen senkrecht steht zu der ersten Oberfläche und Wände hat, die sich im allgemeinen radial nach außen, nach oben, von der zentralen Achse weg, erweitern, so daß die Vertiefung sich progressiv bzw. zunehmend erweitert von dem Boden der Vertiefung zu der Öffnung der Ausnehmung bei der Hauptebene. Im Gebrauch eröffnet das erfindungsgemäße Zwischenelement die Herstellung einer Mehrschichtschaltung. Ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtschaltung weist in wünschenswerter Weise den Schritt auf des Stapelns eines mikroelektronischen Bauelementes wie beispielsweise eines Schaltungsfelds und eines Zwischenelements, derart, daß die erste Oberfläche des Zwischenelements einer Oberfläche des mikroelektronischen Bauelements gegenüberliegt. Das Zwischenelement kann ein wie oben beschriebenes Zwischenelement sein, mit einem Körper, mit Leitern und mit Kontakten, die mit den Leitern verbunden sind, wobei jeder Kontakt über die Oberfläche des Körpers verläuft und sich radial von seiner Verbindungsstelle mit dem Leiter zu einem peripheren Abschnitt, radial nach außen erstreckt. Das Verfahren weist den weiteren Schritt auf, daß gestapelte bzw. geschichtete mikroelektronische Bauelemente und das Zwischenelement zusammengedrückt bzw. komprimiert werden, um zwangsweise die peripheren Abschnitte der Kontakte mit den Pads des mikroelektronischen Bauelements in Eingriff zu bringen und dabei den peripheren Abschnitt jedes Kontakts radial nach außen, von der zentralen Achse weg, sowie von dem dazugehörigen Leiter weg, aufzuweiten. Dadurch bewegt sich der periphere Abschnitt jedes Kontaktes horizontal in Bezug auf das erfaßte Pad und schleift die Oberfläche des Pads. Vorzugsweise bewegt sich während des Schritts des Zusammendrückens jeder periphere Abschnitt auch vertikal nach unten, d.h., in Richtung des oder in den Körpers) des Zwischenelements.
Der Schritt des Stapelns bzw. Schichtens kann den Schritt des Stapelns mehrerer Schaltungsfelder und eines oder mehrerer Zwischenelemente in verzahnten bzw. verschachtelten, vertikal alternierenden Anordnungen umfassen, so daß ein Zwischenelement zwischen jedem Paar Schaltungsfelder angeordnet ist und daß entgegengesetzt gerichtete erste und zweite Oberflächen jedes Zwischenelements den zusammenpassenden Oberflächen der Schaltungsfelder gegenüberliegen. Bei dieser Anordnung weisen die Leiter jedes Zwischenelements vorzugsweise Durchgangs- oder Kontaktlochleiter auf, die sich durch den Körper erstrecken und an beiden Enden jedes Leiters, an ent gegengesetzten Oberflächen des Zwischenelements Kontakte haben. Die Kontakte an den entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Oberflächen erfassen Pads an den beiden benachbarten Schaltungsfeldern an gegenüberliegenden Seiten des Zwischenelements. Stehen die Kontakte in Eingriff mit den Pads der Schaltungsfelder, so stellen daher die Durchgangsleiter einen Zwischenkontakt der Pads an der benachbarten Schaltungsfelder untereinander her.
Der Schleif- bzw. Wischvorgang der Kontakte liefert ein zuverlässiges elektrisches Verbinden bzw. Bonden zwischen den Schaltungsfeldern. Überdies kompensiert die vertikale Bewegung der peripheren Abschnitte der Kontakte eine nicht ebene Ausbildung der Schaltungsfelder und Zwischenelemente.
Das Zwischenelement nach der vorliegenden Erfindung kann zuverlässige Zwischenverbindungen und zuverlässige Mehrschichtstrukturen selbst bei sehr kleinen Größen liefern. Daher können die Abstände zwischen angrenzenden Pads an den Schaltungsfeldern und zwischen angrenzenden Kontakten an jeder Oberfläche jedes Zwischenelements etwa 1,0 mm oder geringer sein.
Vorzugsweise weist das Verfahren den Schritt des Bondens der Kontakte des Zwischenelementes an die Pads an den Schaltungsfeldern auf durch kurzzeitiges Erwärmen der gestapelten bzw. geschichteten Bauelemente zwecks Aktivierung eines elektrisch leitenden Bondmaterials an Schnittstellen zwischen Kontakten und Kontakten. Vorzugsweise weist das Verfahren auch einen Schritt des Aktivierens eines fließfähigen dielektrischen Materials auf, wie beispielsweise eines Haftmittels zwecks Strömens bei den Schnittstellen zwischen jedem der Zwischenelementkörper und den angrenzenden mikroelektronischen Bauelementen oder Schaltungsfelder, um die gestapelten Bauelemente zu einer im wesentlichen unitären Masse zu verbinden. Das Fließen bzw. Strömen des dielektrischen Materials kann gleichzeitig mit dem Fließen bzw. Strömen des elektrisch leitenden Bondmaterials auftreten. Dort, wo die peripheren Abschnitte der Kontakte Abschnitte des dielektrischen Materials des Zwischenelementkörpers überlagern, führt eine Aufweichung des dielektrischen Bondmaterials zur Vereinfachung der vertikalen Bewegung der peripheren Abschnitte der Kontakte. Wenn sich das dielektrische Material erweicht, kann der periphere Abschnitt jedes Kontakts nach unten, in das darunterliegende dielektrische Material, versetzt werden.
Des weiteren erlaubt das erfindungsgemäße Zwischenelement die Herstellung einer Schaltungsanordnung.
Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsanordnung weisen die Schritte auf des Stapeln bzw. Schichtens mikroelektronischer Bauelemente wie beispielsweise einem Schaltungsfeld und einem Zwischenelement in einer vertikal überlagerten Anordnung, so daß eine erste horizontal verlaufende Oberfläche des Zwischenelements zu einer horizontal verlaufenden Oberfläche des Schaltungsfelds weist und derart, daß mehrere elektrisch leitende Kontakte an der ersten Oberfläche des Zwischenelements Pads an der Oberfläche des Schaltungsfelds gegenüberliegen. Das Verfahren weist des weiteren den Schritt auf des vertikalen Zusammenpressens der gestapelten mikroelektronischen Bauelemente und des Zwischenelements, um zwangsweise die Kontakte mit den Pads in Eingriff treten zu lassen und zu bewirken, daß sich die Kontakte deformieren, so daß zumindest ein Teil jedes Kontaktes, der mit dem Pad in Eingriff steht, sich horizontal in Bezug auf den im Eingriff befindlichen Kontakt bewegt und die Oberfläche des Kontakts während des Schritts des Zusammendrückens schleift und des darauffolgenden Bondens jedes Kontaktes mit dem in Eingriff stehenden Pad beispielsweise durch Aktivierung eines Bondmaterials an Schnittstellen zwischen den Kontakten und den Pads durch kurzzeitiges Erwärmen der gestapelten bzw. geschichteten Elemente. Der Schritt des Bondens kann das Diffusionsverbinden, Löten, Hartlöten, eutektische Verbinden, Aktivieren eines polymerhaltigen leitenden Haftmittels oder ähnliches umfassen. Das Schleifen bzw. Wischen reinigt die Oberflächen zwecks Vereinfachung eines wirkungsvollen Bondens.
Noch weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung liefern Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Zwischenelementen. Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen vorzugsweise die Schritte des Vorsehens eines Körpers, der eine erste Oberfläche definiert und das Vorsehen einer ersten temporären Schicht auf der ersten Oberfläche, so daß die temporäre Schicht darin Öffnungen hat. Ein elektrisch leitendes strukturelles Material wie beispielsweise Kupfer oder ein anderes Metall wird in jeder Öffnung abgeschieden, so daß eine Schicht des strukturellen Materials innerhalb der Öffnung verläuft und sich über wenigstens einen Abschnitt der temporären Schicht erstreckt und dabei Kontakte ausbildet. Das Verfahren umfaßt auch den Schritt des Entfernens der temporären Schicht, Hinterlassens eines auswärts verlaufenden peripheren Abschnitts jedes Kontakts, der von der Oberfläche des Körpers weg beabstandet ist, wo das strukturelle Material auf der temporären Schicht abgeschieden war. Vorzugsweise hat der Körper Löcher, die sich von der ersten Oberfläche in Überdeckung mit den Öffnungen in der temporären Schicht nach innen erstrecken und das strukturelle Material wird in den Löchern abgeschieden, so daß die Leiter integral mit den Kontakten ausgebildet sind.
Wenn der Körper entgegengesetzt gerichtete erste und zweite Oberflächen hat, können die Löcher in dem Körper von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche verlaufen und das Verfahren kann den Schritt des Vorsehens einer zweiten temporären Schicht auf der zweiten Oberfläche mit Öffnungen in Überdeckung mit den Löchern, umfassen. Dadurch kann der Schritt des Abscheidens der strukturellen Materialien ebenfalls den Schritt des Abscheidens des strukturellen Materials in die Öffnungen der zweiten temporären Schicht umfassen, so daß sich das strukturelle Material über einen Teil der zweiten temporären Schicht erstreckt. Das Verfahren kann des weiteren einen Schritt des Entfernens der zweiten temporären Schicht umfassen, wobei Kontakte auf der zweiten Oberfläche hinterlassen sind, die integral mit den Leitern sind und mit den Kontakten auf der ersten Oberfläche. Die Löcher und die Öffnungen in den temporären Schichten können derart ausgebildet sein, daß Wände der Löcher des Körpers im wesentlichen durchgehend sind mit den Wänden der Öffnungen in den temporären Schichten. Dadurch kann der Schritt des Ausbildens der Löcher in dem Körper durchgeführt werden, nach dem der Schritt des Auftragens der temporären Schichten mit ihren entsprechenden Öffnungen, beispielsweise durch Entfernen von Material von dem Körper unter Verwendung einer oder beider temporären Schichten als Masken.
In wünschenswerter Weise hat jede Öffnung in jeder temporären Schicht eine zentrale Achse und die temporäre Schicht definiert eine Wand bei jeder Öffnung, die sich nach außen erweitert, von der zentralen Achse der Öffnung in der vertikalen Richtung nach oben und nach außen und von der dazugehörigen Oberfläche des Körpers weg. Der Schritt des Abscheidens des strukturellen Materials kann den Schritt des Abscheidens einer dünnen Schicht aus Metall auf diese auswärts sich erweiternden Wände umfassen. Werden die temporären Schichten entfernt, so werden daher die Abschnitte des strukturellen Materials, die über den sich auswärts erweiternden Wänden liegen, von der Oberfläche des Körpers beabstandet und werden sich zunehmend nach oben, von dem Körper in radialer Auswärtsrichtung von der zentralen Achse nach oben neigen.
Der Schritt des Vorsehens der temporären Schicht kann den Schritt des Abscheidens des temporären Schichtmaterials als undurchlöcherte Schicht auf der Oberfläche des Körpers umfassen und dann des Ausbildens der Öffnungen durch Maskieren der undurchlöcherten Schicht, so daß die Maske Öffnungen hat. Die maskierte Schicht kann dann über die Öffnungen einem isotropen Ätzmittel ausgesetzt werden. Eine derartige Behandlung führt zur Ausbildung einer im allgemeinen becherförmigen Oberfläche. Das strukturelle Material ist vorzugsweise ein Metall wie beispielsweise Kupfer, Gold, Nickel und ähnliches, das über die temporäre Schicht plattiert werden kann. Die temporäre Schicht kann aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium, Zinn oder Nickel gebildet sein und die temporäre Schicht kann durch einen Vorgang wie beispielsweise kaustisches Ätzen, entfernt werden, bei dem das strukturelle Material intakt belassen bleibt. Alternativ kann die temporäre Schicht eine Schicht aus polymeren Werkstoffen wie beispielsweise einen Photolack oder anderen Materialien aufweisen, die ohne Beschädigung des strukturellen Materials entfernt werden können.
Andere Aspekt der vorliegenden Erfindung liefern Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Zwischenelementen unter Verwendung eines Körpers, der eine erste Oberfläche hat, wobei die erste Oberfläche einen hauptsächlich ebenen Abschnitt und mehrere offene Vertiefungen hat, mit vertikalen Achsen, die normal zu der Hauptebene stehen und mit Wänden, die sich nach außen, von den Achsen weg, erweitern. Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung beinhalten in wünschenswerter Weise den Schritt des Abscheidens eines elektrisch leitenden strukturellen Materials in die Vertiefungen zwecks Ausbildung einer Schicht auf den sich nach außen erweiternden Wänden und Steuern des Ausmaßes der Schichten in horizontalen Richtungen, quer zu den Achsen, so daß jede Schicht mehrere Abgriffe bildet, die im allgemeinen radial von den Achsen verlaufen. Das horizontale Ausmaß der Schichten kann gesteuert werden durch selektive Abscheidung während des Abscheideschritts oder durch selektives Entfernen wie beispielsweise Ätzen nach dem Abscheideschritt.
Wie gesagt, hat der Körper zwei Hauptoberflächen, die in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die Vertiefungen auf den beiden Hauptoberflächen beinhalten vorzugsweise Paare koaxial fluchtender Vertiefungen, die miteinander verschmelzen, um durchgehende Durchgangslöcher oder Kontaktlöcher zu bilden, die durch den gesamten Körper verlaufen. Die Schritte des Vorsehens des Körpers können die Schritte beinhalten des Vorsehens einer Schicht mit darin befindlichen Löchern durch Ät zen der Schicht von entgegengesetzten Seiten zwecks Ausbildung von Löchern, die sich zu den schmalsten Stellen, von den Flächen der Schicht entfernt, verjüngen und dann Abscheiden einer Beschichtung aus einem dielektrischen Material auf der Schicht und in die Löcher der Schicht wie beispielsweise durch elektrophoretische Abscheidung. Wie weiter unten beschrieben wird, liefern die bevorzugten Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung einzigartig gekrümmte Abgriffe.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter verständlich aus der detaillierten Beschreibung der unten erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine fragmentarische, diagrammartige Schnittansicht in Darstellung von Abschnitten eines Zwischenelements während eines Schritts eines Herstellungsprozesses.
2, 3 und 4 sind Ansichten gleich der 1, die jedoch das Zwischenelement während späterer Stufen des gleichen Prozesses zeigen.
5 ist eine diagrammartige, perspektivische Ansicht in Darstellung eines Durchgangsleiters und von Kontakten des Zwischenelements der 1–4.
6 ist eine weitere Ansicht gleich den 1-4, jedoch in Darstellung des fertigen Zwischenelements.
7 ist eine diagrammartige Aufrißansicht in Darstellung gestapelter bzw. geschichteter Bauteile zu Beginn eines Zusammenbauprozesses unter Verwendung des Zwischenelements der 1–6.
8 ist eine fragmentarische, diagrammartige Schnittansicht in Darstellung eines Abschnitts der in 7 dargestellten Bauteile zu Beginn des Zusammenbauprozesses.
9 ist eine Ansicht gleich der 8, jedoch in Darstellung der Bauteile bei einer späteren Stufe des Zusammenbauprozesses.
10 ist eine fragmentarische, diagrammartige Schnittansicht in Darstellung von Abschnitten eines Zwischenelements während eines Schrittes eines Herstellungsprozesses gemäß der Erfindung.
11–14 einschließlich sind Ansichten gleich der 10, jedoch in Darstellung des Zwischenelements bei aufeinanderfolgenden späteren Stufen des Herstellungsprozesses.
15 ist eine diagrammartige, fragmentarische Draufsicht auf die Oberfläche des in der Schnittansicht in 14 gezeigten Zwischenelements.
16 ist eine Ansicht gleich der 10-15, jedoch in Darstellung des fertigen Zwischenelements.
17 ist eine diagrammartige perspektivische Ansicht in Darstellung eines Durchgangsleiters und von Kontakten des Zwischenelements der 10–16.
18 ist eine fragmentarische, diagrammartige Draufsicht in Darstellung von Abschnitten geschichteter Bauteile während eines Zusammenbauprozesses unter Verwendung des Zwischenelements der 10–17.
19 ist eine diagrammartige Schnittansicht entlang der Linie 19–19 in 18.
20 ist eine fragmentarische, diagrammartige Schnittansicht in vergrößertem Maßstab in Darstellung der Bauteile bei einer späteren Stufe des Zusammenbauprozesses.
21 ist eine fragmentarische, diagrammartige Schnittansicht in Darstellung eines Zwischenelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
22 ist eine fragmentarische, diagrammartige Schnittansicht in Darstellung eines Zwischenelements in Übereinstimmung mit noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, in Verbindung mit anderen Bauteilen bei einer Stufe eines Zusammenbauprozesses.
23 ist eine Ansicht entlang der Linie 23–23 in 22.
24 ist eine Ansicht gleich der 22, jedoch in Darstellung einer späteren Stufe des Zusammenbauprozesses.
25 ist eine Ansicht entlang der Linie 25–25 in 24.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Prozeß beginnt mit einem Körper 30 in Form einer Schicht bzw. eines Bogens aus dielektrischem Material, die eine erste oder obere Oberfläche 32 und eine zweite oder untere Oberfläche 34 hat. Das dielektrische Material sollte ein Material mit einem relativ hohen Elastizitätsmodul sein wie beispielsweise ein Polyimidmaterial. Ein geeignetes Polyimid ist erhältlich unter der Marke UPILEX der Ube Corporation. Die Schicht 30 ist bevorzugt etwa 15-50 Mikron ("μ") dick und am Bevorzugtesten etwa 25μ dick. Eine Schicht 36 aus einem temporären Schichtmaterial, das einem Ätzen durch ein Ätzmittel unterworfen wird, das den Körper 30 nicht angreift, ist auf der Oberfläche des Körpers 30 aufgetragen. Das temporäre Schichtmaterial ist in wünschenswerter Weise ein Metall wie beispielsweise Aluminium, Zinn oder Nickel, das durch Ätzen entfernt werden kann. Die temporäre Schicht 36 kann etwa 15-100μ oder dicker sein, am Bevorzugtesten etwa 50μ dick. Eine zweite temporäre Schicht 38 ähnlich der Schicht 36 wird auf der unteren Oberfläche 34 des Körpers 30 aufgetragen.
Fotolackschichten 40 und 42 werden auf den temporären Schichten 36 und 38 aufgetragen und dann fotografisch belichtet, um Öffnungen 44 bzw. 46 zu entwickeln. Die Fotolackschichten 40 und 42 können aus einem herkömmlichen Fotolackmaterial gebildet sein. Bevorzugt sind jedoch Trockenfilmfotolacke. Ein geeigneter Fotolack ist ein Trockenfilmfotolack mit etwa 25μ Dicke des Typs, wie er unter der Marke DYNACHEM von Morton Electrical Materials aus Trustin, Californien, verkauft wird. Die Öffnungen 44 und 46 sind in Richtungen senkrecht zu den Oberflächen 32 und 34 gesehen kreisförmig. Ebenso sind die Öffnungen 44 und 46 koaxial zueinander auf einer gemeinsamen Achse 48, die senkrecht zu den Oberflächen des Körpers 30 ist. Obgleich lediglich ein einzelner Satz fluchtender Öffnungen in der fragmentartigen Ansicht der 1 dargestellt ist, sind viele fluchtende Sätze in einer oder mehreren Anordnungen bzw. Matrizen vorgesehen, die sich über die Oberflächen des Körpers erstrecken. Die Beabstandung oder die "Pitch"-Abmessung zwischen angrenzenden Paaren von Öffnungen wird so gewählt, daß sie übereinstimmt mit dem Pitch der Pads auf dem Feld oder anderem Element, das mit dem Zwischenelement zusammengepaßt wird. Bevorzugte Strukturen können hergestellt werden mit Pitch-Abmessungen von 1,5 mm oder weniger, vorzugsweise etwa 0,5 bis 1,5 mm. Vorzugsweise ist jeder Satz fluchtender bzw. ausgerichteter Öffnungen 44 und 46 koaxial zueinander innerhalb einer Toleranz von etwa 10μ. Dieser Grad der Ausrichtung kann erreicht werden durch herkömmliche Filmbehandlungs- und Belichtungsvorrichtungen, wie beispielsweise ein herkömmliches, zweiseitiges Belichtungswerkzeug. Die Schicht 30 ist typischerweise mit Transportlöchern (nicht gezeigt) in Rändern versehen, die von dem Bereich entfernt liegen, der zur Ausbildung des Zwischenelements verwendet wird, um die Schicht bzw. den Bogen zu handhaben und auszurichten. Ein Ausrichten, das auf derartigen Löchern basiert, ist normalerweise ausreichend für diesen Schritt.
Bei der nächsten Stufe des Prozesses wird der Bogen mit den temporären Schichten und den Fotolackschichten einem Ätzmittel ausgesetzt, wie beispielsweise einer kaustischen Lösung, die ausgelegt ist zum isotropischen Ätzen der temporären Schichten 36 und 38. Das heißt, das Ätzmittel wird die temporären Schichten in im wesentlichen gleichen Ausmaß in allen Richtungen angreifen, wo auch immer die temporären Schichten zu den Öffnungen hin freigelegt sind. Die Ätzmittel greifen die erste oder obere temporäre Schicht 36 durch die Öffnung 44 progressiv bzw. fortschreitend an, bis die erste oder obere Oberfläche 32 des Körpers 30 freigelegt ist. Gleichzeitig jedoch unterschneidet das Ätzmittel die Fotolackschicht 40, ausgehend von dem Rand 50, der begrenzt ist durch die Peripherie der Öffnung 44 und die belichtete bzw. freigelegte Oberfläche der Schicht 36. Daher bildet der Ätzprozeß eine Öffnung 52 in der ersten temporären Schicht 36, wobei die Öffnung eine Wand 54 mit im wesentlichen der Form einer Oberfläche einer Umdrehung um die zentrale Achse 48 hat. Der Generator der Oberfläche 54 hat im wesentlichen die Form eines Bogens, dessen Zentrum etwa an der oberen Oberfläche der Schicht 36 ist, d.h. bei der Oberfläche der temporären Schicht 36, entfernt von dem Körper 30 liegend. Dadurch hat die Wand 54 im allgemeinen die Form einer Schale oder eines Schnitts eines Toroids. Die Wand erweitert sich radial nach außen, von der zentralen Achse 48 weg, in die vertikale Richtung nach außen oder nach oben, weg von dem Körper 30, d.h., wie in 2 erkennbar, nach oben. Dadurch weist die erste oder obere temporäre Schicht 36 einen jedes Loch 52 umgebenden Rand 55 auf . Der Rand 55 hat progressiv bzw. stetig zunehmende Dicke in radialer Richtung, von der gemeinsamen zentralen Achse 48 weg.
Durch den gleichen Ätzschritt werden auch die Öffnungen 56 in der zweiten oder unteren temporären Schicht 38 ausgebildet, wobei diese Öffnungen von der Ausgestaltung her und dem Durchmesser den Öffnungen 52 gleich sind. Dadurch hat die Wand 58 jeder Öffnung 56 allgemein die Form einer Oberfläche einer Umdrehung um die zentrale Achse 48 und erweitert sich radial nach außen, von der zentralen Achse weg, in Richtung vertikal nach oben, weg von dem Körper 30. So wie er in dieser Offenbarung unter Bezugnahme auf Merkmale im Zusammenhang mit einer Oberfläche eines Körpers verwendet wird, bedeutet der Begriff "aufwärts" die Richtung heraus aus einer derartigen Oberfläche, vom Zentrum des Körpers weg. Daher ist in Bezug auf die zweite Oberfläche 34 des Körpers 30 die Richtung "aufwärts" bzw. "nach oben" in 2 gesehen die Richtung in Richtung des Bodens bzw. der Zeichnung nach unten. Die zweite temporäre Schicht 38 weist Ränder progressiv zunehmender Dikke 39 auf, welche die Öffnungen 56 umgeben. Jede Öffnung 56 in der zweiten Schicht 38 ist im wesentlichen koaxial zu der entsprechenden Öffnung im oberen Bereich oder der ersten Öffnungsschicht 36. Nach den herkömmlichen Spül- und Deaktivierungsschritten, werden die Löcher 60 in dem Körper 30 durch Ablation des Materials des Körpers ausgebildet. Die Ablation wird durchgeführt, indem Strahlungsenergie durch die Löcher 52 in der oberen oder ersten temporären Schicht auf die erste Oberfläche 32 gerichtet wird. Die Strahlungsenergie kann unter Verwendung eines Lasers wie beispielsweise eines KrF Excimer-Lasers einer Wellenlänge von 308 nm ausgeübt werden. Die temporäre Schicht 36 und insbesondere die Ränder 55, die unmittelbar die Öffnungen umgeben, schützen den Körper 30 gegenüber der auftreffenden Strahlungsenergie. Dadurch werden die Löcher 60 in dem Körper 30 ausgebildet. Jedes Loch 60 ist koaxial zu der entsprechenden Öffnung 52 in einer Schicht 36 und folglich zu einer gemeinsamen Achse 48 und zu der entsprechenden Öffnung 56 in der Schicht 38. Die Maskierung der oberen Schicht stellt inhärent den Durchmesser des Lochs 60 auf den Durchmesser der Öffnung beim Scheitel bzw. der Spitze des Randes 55 ein, d.h., den Durchmesser an der Verbindungsstelle des Rands 55 mit der oberen Oberfläche 32 der Schicht bzw. des Bogens. Dadurch verlaufen für jeden Satz von Öffnungen, die periphere Wand 54 der Öffnung in der oberen Schicht, die periphere Wand 62 des Lochs 60 und die periphere Wand 58 der Öffnungen in der zweiten oder unteren Schicht 38 im wesentlichen durchgehend zueinander. Eine absolute Glattheit oder Kontinuität ist nicht erforderlich. Dadurch kann sich die Strahlungsenergie nach außen, unterhalb des Randes 55 der ersten temporären Schicht verteilen und bewirkt, daß sich der Durchmesser des Lochs 60 geringfügig von der oberen Fläche 32 des Körpers 2 zum Boden der Oberfläche 34 verändert. Dies kann eine kleine Rippe hervorrufen, die eine geringere Höhe hat als ein Paar Mikron, und zwar an der Verbindungsstelle der Lochoberfläche 62 mit der Öffnungsoberfläche 58, an der Spitze des Rands 59. Derartige Rippen behindern den Prozeß normalerweise nicht.
Nach der Ausbildung der Löcher 60 werden zusätzliche Fotolackschichten 64 und 66 auf der ersten oder obersten temporären Schicht 36 bzw. der zweiten oder unteren temporären Schicht 38 aufgetragen. Diese Schichten überbrücken anfänglich die Öffnungen in den temporären Schichten und daher ebenfalls das Loch 60. Die Fotolackschichten 64 und 66 können durch einen Trockenfilmfotolack ausgebildet werden und können sich über die Öffnungen und Löcher in den darunterliegenden Schichten erstrecken, ohne diese zu füllen. Die Fotolackschichten werden unter Ausnutzung herkömmlicher Techniken be lichtet, um Paare an Öffnungen 68 und 70 in den oberen und unteren Fotolackschichten, jeweils fluchtend zu den Löchern 60 und folglich koaxial zu den Öffnungen 52 und 56 in den temporären Schichten 36 und 38 auszubilden. Die Löcher 68 sind kreisförmig und etwas größer als der Maximaldurchmesser des entsprechenden Durchmessers der entsprechenden Öffnungen in der Schicht 36, so daß ein kleiner Absatz 72 um die Peripherie jeder Öffnung ausgebildet ist. In gleicher Weise ist jedes Loch 70 etwas größer als der Maximaldurchmesser der entsprechenden Öffnung 56.
Ein elektrisch leitendes, strukturelles Material, wie beispielsweise ein Metall, wird dann innerhalb des Lochs 60 und innerhalb der Öffnungen 52 und 56 in der temporären Schicht abgeschieden. Der Abscheidungsprozeß kann durchgeführt werden, indem die Oberflächen der Löcher und Öffnungen mit Keimen versehen werden, wie beispielsweise mit einem Paladiumsalz oder anderem, die Abscheidung unterstützenden Mittel und dann Auftragen des metallischen, strukturellen Materials durch Plattieren über die Keimschicht. Vor dem Auftragen der Fotolackschichten 64 und 66 wird das Keimen durchgeführt. Das strukturelle Material kann aufgetragen werden als durchgehende, integrale Schicht 74, welche die peripheren Oberflächen 62 der Löcher in dem Körper und auch die peripheren Wände 54 und 58 der Öffnungen in den temporären Schichten überdeckt. Die strukturelle Materialschicht sollte von den Öffnungen und den Abdeckabsätzen 72 radial nach außen verlaufen.
Das strukturelle Material sollte relativ duktil sein. Metalle, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gold, Kupfer, Zinn, Nickel und Legierungen und Kombinationen von diesen, sind bevorzugt. Gold ist insbesondere bevorzugt, wenn die strukturelle Materialschicht lediglich ein Metall aufweist. Die strukturelle Materialschicht ist in wünschenswerter Weise etwa 2 bis etwa 20μ dick, am Bevorzugtesten zwischen etwa 5μ und etwa 10μ dick. Alternativ kann die strukturelle Materialschicht 74 mehrere Unterschichten aufweisen, wie beispielsweise eine strukturelle Metallunterschicht, eine Unterschicht als Diffusionsbarriere und eine Unterschicht als Korrosionswiderstand. Speziell nützliche unterschichtete strukturelle Metallkombinationen sind folgende:
TABELLE 1
Eine weitere Schicht 76 aus einem elektrisch leitenden Bondmaterial wird über der strukturellen Metallschicht 74 durch herkömmliche Abscheidungsprozesse wie beispielsweise Elektroplattieren, aufgetragen. Das elektrisch leitende Bondmaterial kann ein Lötmetall, Hartlötlegierung, Diffusionsverbindungsmaterial, eutektisches Verbindungsmaterial oder ein Polymer, gefüllt mit elektrisch leitenden Partikeln, sein. Vorzugsweise ist das Verbindungs- bzw. Bondmaterial ausgelegt, um aktiv zu werden und bei einer vorbestimmten, erhöhten Temperatur zu bonden bzw. sich zu verbinden. Einige geeignete Zusammensetzungen für Verbindungs- bzw. Bondmaterial sind in Tabelle 2, unten angegeben. In Tabelle 2 betrifft der Anfang unter der Überschrift "Pad-Oberfläche" die bevorzugte Pad-Oberfläche, um mit dem speziellen Bondmaterial zusammenzupassen. Auch können herkömmliche Schutzschichten, wie beispielsweise eine dünne Goldschicht, über der leitenden Bondmaterialschicht 76 aufgetragen werden, um selbige gegenüber einer Korrosion vor dem Gebrauch zu schützen.
TABELLE 2
Das strukturelle Metall 74 und das Bondmaterial 76 bilden dadurch integrale Kontaktlöcher, wobei jedes derartige integrale Kontaktloch einen Durchgangsleiter 78 hat, der sich durch die Schicht 30 erstreckt, einen Kontakt 80 an der ersten Seite des Körpers 30 und einen weiteren Kontakt 82 an der gegenüberliegenden Seite des Körpers. Eines dieser Kontaktlöcher ist in 5 gezeigt. Der erste oder obere Oberflächenkontakt 80 ist im allgemeinen schalenförmig und verläuft radial nach außen, in horizontale Richtungen von der zentralen Achse 48 weg. Der Kontakt verläuft dadurch von dem ersten Ende 86 des Leiters 78 zu einer Peripherie 84, die entfernt von dem Leiter und entfernt von der zentralen Achse 48 liegt. Der allgemein schalenförmige Kontakt 80 definiert eine Öffnung 88, die nach oben, vertikal nach außen und von dem Leiter 78 weg weist und folglich von dem dielektrischen Körper 30 (4) weg. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der gesamte Kontakt ein Rotationskörper um die zentrale Achse 48. Der Kontakt 82 an dem zweiten oder unteren Ende 90 des Leiters 78 hat eine ähnliche Ausgestaltung, öffnet sich jedoch nach unten, in die entgegengesetzte Auswärts- oder Aufwärtsrichtung, von der zweiten Oberfläche 34 des Körpers weg.
Nachdem die Kontaktlöcher ausgebildet sind, werden sie wahlweise mit einem fließfähigen, leitenden Füllmaterial 92 gefüllt, wie beispielsweise durch Siebdruck oder Rakelauftrag über die temporären Schichten und Kontaktlöcher. Das Füllmaterial 92 ist vorzugsweise derart angeordnet, daß es bei Temperaturen unterhalb der Aktivierungstemperatur des leitenden Bondmaterials 76 fest bleibt. Geeignete Füllmaterialien umfassen Polymere und polymere Ausgangsstoffe mit darin dispergierten leitenden Partikeln.
Der Polymerwerkstoff kann ein Duroplast wie beispielsweise ein B-Zustand oder teilweise gehärtetes Epoxy oder ein Thermoplast wie beispielsweise Polyimid-Siloxan sein. Nach dem Einfüllen werden die temporären Schichten 36 und 38 durch Ätzen mit einer kaustischen Lösung entfernt. Der Ätzprozeß entfernt auch jegliche Oberflächenverunreinigungen bzw. Rückstände, die von vorhergehenden Schritten hinterlassen sind. Die Entfernung der temporären Schichten hinterläßt Abschnitte der Kontakte, die vertikal von den Oberflächen des Körpers beabstandet sind. Dadurch ist der schalenförmige Kontakt 80 vertikal oberhalb der ersten Oberfläche 32 des Körpers 30 beabstandet. Der Abstand vergrößert sich zunehmend von Null an der Verbindungsstelle des Kontakts mit dem Leiter 78, hin zu einem Maximum bei der Peripherie 84 des Kontaktes. In gleicher Weise ist der Kontakt 82 in entgegengesetzte, vertikal auswärts gerichtete Richtung, von der zweiten Oberfläche 34 weg, beabstandet, wobei die Beabstandung von Null an der Verbindungsstelle des Kontaktes mit dem Leiter 78 bis zu einem Maximum an der Peripherie des Kontaktes, zunimmt.
Nach Entfernung der temporären Schichten werden Schichten 94 und 96 eines fließfähigen dielektrischen Haftmittels auf den Oberflächen des Körpers aufgetragen. Das fließfähige dielektrische Material oder Haftmittel wird auch so gewählt, daß es fließen und eine Verbindung bzw. einen Bond mit angrenzenden dielektrischen Materialien bei einer vorgewählten Aktivierungstemperatur bilden kann, die etwa gleich der Aktivierungstemperatur des leitenden Bondmaterials 76 ist. Das Haftmittel kann aufgetragen werden durch Verfahren wie beispielsweise Siebdruck, Auftragen eines Trockenfilmvorformlings und Rakelauftrag. In wünschenswerter Weise ist die Dicke der Haftmittelschichten geringer als das vertikale Ausmaß der Kontakte 80 und 82, so daß die Kontakte vertikal über die Haftmittelschichten hervorstehen. Das Haftmittel kann ein Material sein, das allgemein als "Schnellhärt-Haftmittel" bezeichnet wird. In diesem Zustand ist das Zwischenelement nun zum Gebrauch bereit.
Bei einem Verbindungsprozeß gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden mehrere Zwischenelemente 95, wie beispielsweise die in dem Verfahren der 1–6 hergestellten Zwischenelemente in zwischengeschichteten, abwechselnden Anordnungen geschichtet, mit mehreren Schaltungsfeldern 98 (7), so daß ein Zwischenelement zwischen jedem Paar angrenzender Schaltungsfelder angeordnet ist und so, daß die Schaltungsfelder und Zwischenelemente einander überlagern. Die Schaltungsfelder haben allgemein lamellare Strukturen, d.h., plattenartige oder schicht- bzw. bogenartige Strukturen, die Hauptoberflächen mit Kontaktpads 100 darauf haben. Auch haben die Felder 98 Leiter 102 (8), die sich in horizontale Richtungen (die Richtungen nach links und rechts und in und aus die/der Ebene der Zeichnung in den 7 und 8), wie auch innere durchgehende Leiter oder Kontaktlöcher (nicht gezeigt), welche die Pads 100 an entgegengesetzt weisenden Hauptflächen jedes Schaltungsfelds 98 miteinander verbinden. Der Schritt des Schichtens bzw. Stapelns dient dem Ausrichten der Pads 100 zu den Kontakten 80 und 82, so daß jedes Pad dem zugehörigen Kontakt, an seinem Umfang angrenzend, gegenüberliegt und daran lagert. Jedes Pad 100 lagert daher an dem dazugehörigen Kontakt 80 an Stellen, die von seiner zentralen Achse 48 entfernt sind und an Stellen, wo der Kontakt vertikal von dem Körper 30 beabstandet ist.
In der nächsten Stufe des Prozesses wird der Stapel bzw. die Aufschichtung komprimiert und erwärmt, wie beispielsweise durch Zusammenpressen des Stapels zwischen Heizplatten (nicht gezeigt). Die Kompression führt zwangsweise zum Eingriff der Kontakte des Zwischenelements mit den Pads der Schaltungsfelder und komprimiert die Kontakte 80 und 82 vertikal und axial in Richtungen, parallel zu der zentralen Achse 48 und in Richtung der medialen Ebene des Zwischenelementekörpers. Da jeder Kontakt axial komprimiert wird, erweitert er sich radial nach außen, in horizontale Richtungen, weg von der zentralen Achse 48. Dadurch neigen die schalenförmigen Kontakte 80 und 82 dazu, sich nach unten, in Richtung der medialen Ebene des Körpers und nach außen zu biegen. Der Vorgang ist im allgemeinen ähnlich dem Stauchen oder Vernieten einer Niet. Da sich jeder Kontakt nach außen ausdehnt, schleift bzw. wischt er über die Oberfläche des dazugehörigen Pads 100 auf dem dazugehörigen Feld. Dieser Schleifvorgang ist insbesondere wirkungsvoll, da er während des Kompressionsschrittes unter im wesentlichen axialer oder vertikaler Last auftritt.
Dieser Vorgang geht weiter, wenn die Felder sich während des Kompressionsschritts näher aufeinander zu bewegen, bis der Aufbau den in 9 dargestellten Zustand erreicht hat. Während dieses Prozesses füllt das fließfähige, dielektrische Material oder Haftmittel in den Schichten 94 und 96 die Räume zwischen dem Körper 30 jedes Zwischenelements und die Hauptoberflächen der angrenzenden Schaltungfelder. Das dielektrische Material fließt, um die Räume zwischen den Leitern 102 auf den Oberflächen der Felder zu füllen. Dies bildet eine im wesentlichen unitäre, mehrschichtige Struktur aus, die im wesentlichen frei von Poren ist. Zur gleichen Zeit bildet das elektrisch leitende Bondmaterial 76 auf den Kontakten der Zwischenelemente einen metallurgischen Bond mit den Pads 100 der Schaltungfelder. Der metallurgische Bond- bzw. Verbindevorgang wird stark durch den Schleifvorgang verstärkt, der während des Kompressionsschritts auftritt. Das Füllmaterial 92 innerhalb jedes Kontaktes oder Kontaktlochstruktur fließt in Eingriff mit den Pads 100, die mit einer derartigen Kontaktlochstruktur in Eingriff stehen. Der Strom dieses Füllmaterials wird wirkungsvoll durch die umgebenden Wände der Kontakte begrenzt. Demgemäß wird das Füllmaterial angrenzende Teile nicht verunreinigen und keinen Kurzschluß bewirken.
Ein Herstellprozeß für ein Zwischenelement gemäß der vorliegenden Erfindung beginnt mit einer leitenden, vorzugsweise metallischen Schicht 200 (10), wie beispielsweise 25% hartgerolltem und ausgeglühtem Kupfer von etwa 30–70μ Dicke, typischerweise etwa 50μ Dicke. Die Metallschicht wird unter Ausnutzung herkömmlicher Verfahren gereinigt, wie beispielsweise dem Ätzen mittels Schwefelperoxid, gespült und dann passiviert oder geschützt durch Waschen in einem Passivierungsmittel wie beispielsweise Etylendiazol. Fotolackschichten 202 und 204 werden auf den Oberflächen der Schicht, beispielsweise durch Laminieren der Schichten als Trockenfilme, aufgetragen. Die Fotolackschichten haben vorzugsweise eine Dicke von etwa 50 Mikron. Der Fotolack wird gehärtet, beispielsweise durch Ausheizen und dann entwickelt in einem Muster, einschließend passender Paare an zylindrischen Löchern 206 und 208 in der oberen und unteren Schicht 202 bzw. 204. Die Löcher jedes Paares sind koaxial auf einer gemeinsamen, zentralen Achse 210. Die Achsen 210 sind in einem regelmäßigen Gittermuster verteilt, und zwar wie oben beschrieben, in Abständen von typischerweise 0,5 bis 1,5 mm. Im nächsten Schritt wird die Schicht 200 von beiden Seiten geätzt unter Verwendung einer isotropen Ätzlösung. Ist die Schicht bzw. der Bogen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet, so kann die Ätzlösung eine Lösung aus CuCl und HCl sein. Wenn das Ätzmittel die Schicht 200 durch die Löcher in den Fotolackschichten angreift, durchlöchert sie die Schicht, um Löcher 212 auszubilden, die an den Achsen 210 zentriert sind. Jedes Loch 212 hat eine engste Stelle oder einen Hals 214, der an der medialen Ebene 215 der Schicht 202 angrenzt, d.h., der Ebene, die von der oberen und unteren Oberfläche der Schicht gleich beabstandet ist. Jedes Loch 212 hat Wände, die sich radial von dem Hals 214 nach außen, zu den Oberflächen der Schicht hin, neigen. Eine relativ geringe Ätzrate bei Verwendung einer geringen HCl-Konzentration, wird zur Ausbildung der sich neigenden Wandkonfiguration bevorzugt. Jedes Loch 212 kann einen minimalen Durchmesser von etwa 100 bis 250 Mikron, vorzugsweise etwa 125 Mikron haben. Die maximalen Durchmesser jedes Loches an den Oberflächen der Schicht, belaufen sich typischerweise auf etwa 125 bis etwa 300 Mikron.
Nachdem die Löcher ausgebildet sind, werden die Fotolackschichten 202 und 204 entfernt. Dots 216 eines weiteren Fotolacks werden auf der oberen Oberfläche der Schicht 200 aufgetragen. Jeder derartige Dot kann einen Durchmesser von etwa 50 Mikron bis etwa 100 Mikron haben. Ein Fotolack 216 kann dieselbe Zusammensetzung wie die Fotolackschichten 202 und 204 und kann durch einen ähnlichen Prozeß aufgetragen werden. Die Dots 216 werden in einem regelmäßigen Gittermuster aufgetragen, der zu dem Gittermuster der Löcher 212 und den Achsen 210 versetzt ist. Wie weiter unten erläutert wird, werden die von den Dots 216 bedeckten Orte schließlich mit der Schicht 200 verbundene Kontakte bilden, die als ebener Leiter verwendet wird, wie beispielsweise eine Grundebene oder Leistungsebene in der fertigen Struktur. Demgemäß sind die Dots 216 in einem Gitter positioniert, das zusammenpaßt mit den Grund- oder Leistungsebeneverbindungspads auf den Elementen, mit denen das Zwischenelement Verwendung finden wird.
Nach dem Anbringen von Fotolackdots 216, wird eine anpassungsfähige Beschichtung aus einem dielektrischen Material 218 auf der Schicht 200 aufgetragen. Die anpassungsfähige Beschichtung bedeckt die Schicht 200, einschließlich die Oberflächen innerhalb der Löcher 212. Die Beschichtung hat eine im wesentlichen gleichförmige Dicke auf den Oberflächen der Schicht und innerhalb der Löcher. In wünschenswerter Weise hat die Beschichtung eine Dicke von zwischen etwa 20μ und etwa 50μ, vorzugsweise etwa 38μ. Das dielektrische Material wird vorzugsweise durch elektrophoretische Abscheidung aufgetragen. Bei dem elektrophoretischen Abscheidevorgang wird die Schicht 200 elektrisch mit einer Spannungsquelle 220 verbunden und mit einer Gegenelektrode in ein Bad eines flüssigen elektrophoretischen Abscheidegemisches eingetaucht. Die durch die Quelle 220 angelegte Spannung scheidet festes Material aus dem elektrophoretischen Abscheidegemisch ab. Vorzugsweise beinhalten elektrophoretische Abscheidegemische Materialien, die erhältlich sind unter der Bezeichnung Powercron cationic acrylic (700-900 series), oder Powercron cationic epoxy (400-600) von der PPG Company. Vorzugsweise erstrecken sich die leitende Schicht 200 und die Gegenelektrode (nicht gezeigt) in dem Bad horizontal und sind in einem gleichförmigen Abstand von typischerweise etwa 2 cm, voneinander angeordnet. Die Gegenelektrode sollte größer sein als die Schicht, so daß die Gegenelektrode oberhalb der Ränder der Schicht verläuft.
Die Stromdichte während des Schritts der elektrophoretischen Abscheidung ist vorzugsweise beibehalten unterhalb etwa 1 Milliamper pro Quadratzentimeter, um eine Blasenbildung in der abgeschiedenen Beschichtung zu minimieren. Vorzugsweise wird der Strom während des Abscheideprozesses konstant gehalten. Die angelegte Spannung kann etwa 100V sein und der Vorgang dauert typischerweise etwa 4 Minuten. Nach dem elektrophoretischen Abscheideprozeß wird die beschichtete Schicht oder der Körper aus dem Bad entfernt, gewaschen, um die anhängende, nicht abgeschiedene Lösung zu entfernen und dann aufgeheizt, um die abgeschiedene Beschichtung zu härten.
Der abgeschiedene dielektrische Körper 218 hat eine erste oder obere Oberfläche 222 und eine zweite oder untere Oberfläche 224 und hat Löcher 226, die sich vollständig durch den Körper, von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche erstrecken. Die Löcher 226 verlaufen durch die Löcher 212 der Schicht 200 und haben Wände in Form von Rotationsoberflächen um die zentrale Achse 210. Jedes Loch 226 hat einen Hals oder eine Stelle des geringsten Durchmessers, der angrenzt an der medialen Ebene des Körpers 218, d.h., etwa bei der medialen Ebene 215 der Schicht 200 und etwa halbwegs zwischen der ersten Oberfläche 222 und der zweiten Oberfläche 224. Die Wände jedes Lochs 226 erweitern sich radial nach außen von der zentralen Achse 210 in axialer Richtung nach außen, von der medialen Ebene 215 weg, so daß der Durchmesser jedes Lochs 226 allmählich auf ein Maximum bei der ersten Oberfläche 222 und der zweiten Oberfläche 224 zunimmt. Anders ausgedrückt, weist jede Oberfläche 222 und 224 einen hauptsächlich ebenen Abschnitt auf und die Löcher bilden Vertiefungen bzw. Einbuchtungen 227 in den Oberflächen 222 und 224, wobei die Vertiefungen bei der medialen Ebene 215 miteinander zusammenwachsen. Der Fotolack 216 wird nach dem Abscheiden des dielektrischen Materials entfernt, und zwar typischerweise bevor das dielektrische Material gehärtet ist. Ein Entfernen des Fotolacks 216 hinterläßt zusätzliche Vertiefungen 228, die von der ersten Oberfläche 222 des dielektrischen Körpers zu der metallischen Schicht 200 verlaufen.
In der nächsten Stufe des Prozesses wird ein strukturelles Material, beispielsweise die oben erläuterten strukturellen Materialien, auf alle Oberflächen des dielektrischen Körpers 218 plattiert, einschließlich den Innenoberflächen der Löcher 226 und der Vertiefungen 228. Der Abscheideprozeß kann die Schritte der Keimbelegung der Oberflächen beinhalten, beispielsweise indem ein Aussetzen gegenüber einem flüssigen Keimverfahren erfolgt oder durch Abscheiden mittels Sputterns. Beispielsweise kann eine die Adhäsion unterstützende Schicht aus Chrom, typischerweise mit einer Dicke von 0,1 Mikron, aufgetragen werden, der eine Schicht aus Kupfer von 1 Mikron folgt. Die Keimschicht 230 kontaktiert die metallische Schicht 200 in den Vertiefungen 228 und ist folglich elektrisch mit der metallischen Schicht verbunden. Der Rest des strukturellen Materials wird dann elektroplattiert über die Keimschicht 230, beispielsweise durch Verbinden einer elektroplattierenden Spannungsquelle 231 mit der Metallschicht 200 und Eintauchen der Anordnung in ein Elektroplattierbad mit einer Gegenelektrode (nicht gezeigt). Das strukturelle Material stimmt überein mit der Form des dielektrischen Körpers. Wird das strukturelle Material abgeschieden, so füllt es die Hälse oder schmalsten Stellen der Löcher 226 vollständig, um einen festen Leiter 233 auszubilden, der durch jedes Loch 226 verläuft. Das strukturelle Material füllt diese Abschnitte der Löcher oder Vertiefungen, die an den Oberflächen 222 und 224 des Körpers angrenzen, jedoch nicht vollständig. Anstelle dessen wird das strukturelle Material als Schicht auf den auswärts gekrümmten Wänden der Löcher 226 abgeschieden, um eine sich auswärts erweiternde, hornförmige Schale 232, integral mit den Leitern 233, innerhalb jeder Vertiefung 227 bei den Oberflächen 222 und 224 zu bilden. In ähnlicher Weise werden die Vertiefungen 228 teilweise durch das abgeschiedene Material gefüllt, das eine ähnlich nach außen sich aufweitende Schale 234 an der Öffnung jeder derartigen Vertiefung auf der ersten Oberfläche 222 bildet. Das strukturelle Metall verbindet auch jede sich nach außen erweiternde Schale 234 mit dem ebenen Leiter oder der Schicht 200 elek trisch. Das strukturelle Metall bildet zudem planare Strukturen 236 aus, welche die Hauptebenenabschnitte der Oberflächen 222 und 224 des dielektrischen Körpers bedecken.
In der nächsten Stufe des Prozesses wird ein zusätzlicher Fotolack 238 über der strukturellen Metallschicht aufgetragen. Das strukturelle Metall verbindet auch jede sich auswärts erweiternde Schale 234 mit der Schicht 200 elektrisch. Wieder einmal kann eine Spannung durch die Schicht 200 angelegt werden und folglich mit Hilfe der Schalen aus Schichten 234, an dem strukturellen Metall. Beispielsweise kann dieser Fotolack abgeschieden werden bis zu einer Dicke von etwa 25 Mikron. Ein geeigneter Fotolack wird verkauft unter der Bezeichnung "EAGLE electrophoretic resist" von der Shipley company aus Marlborough, Massachusetts, und kann in etwa 3 Minuten bei etwa 200 Volt mit der gewünschten Dicke abgeschieden werden. Dieser Fotolack wird dann durch Auftragen einer zellulosehaltigen Beschichtung, Trocknen und Ausheizen, gehärtet. Der Fotolack 238 wird dann in herkömmlicher Weise unter fotografischer Belichtung auf beiden Seiten belichtet und entwickelt.
Die fotografische Strukturierung wird derart angeordnet, daß allgemein X-förmige Öffnungen 240 (15) in den Fotolackschichten 238 vorgesehen sind. Diese Öffnungen überdecken die Schalen 232 an den Durchgangsleitern 233 und sind in Überdekkung mit den potentiell ebenen Schalen oder Kontaktlöchern 234. Die Öffnungen 240 bei jeder Schale 232 sind um die zentrale Achse 210 der Schale symmetrisch. Jede Öffnung 240 weist eine zentrale Zone 241, an der zentralen Achse 210 angrenzend auf und beinhaltet des weiteren Schlitze 242, die sich radial von dem zentralen Bereich 241 nach außen, von der zentralen Achse 210 weg, erstrecken. Die Fotolackschicht hat daher Vorsprünge 244, die sich in Richtung der zentralen Achse 210 nach innen erstrecken. Diese Vorsprünge beginnen an Orten auf der flachen, metallischen Schicht 236 und verlaufen radial zu Orten innerhalb der Schalen 232 nach innen. Dadurch verlaufen die Fotolackabgriffe 244 axial oder vertikal nach unten, in Richtung der medialen Ebene 215 des Zwischenelemen tekörpers. In gleicher Weise sind X-förmige Öffnungen 240 bei den Schalen 234 vorgesehen. Wie am besten unter Bezugnahme auf die 15 erkennbar ist, sind die Durchgangslöcher in dem dielektrischen Körper und dadurch die zentralen Achsen 210 in einem regelmäßigen, geradlinigen Gittermuster an Reihen und Spalten angeordnet. Die Schlitze 242 sind auf Diagonalen dieses Gitters angeordnet. Ein elektrisch leitendes Verbindungs- bzw. Bondmaterial wie die oben diskutierten, wird dann auf die Struktur, innerhalb der Öffnungen 240, plattiert. Das Verbindungsmaterial bedeckt dadurch Teile der Schalen 232 und 234 und bedeckt auch kleinere Abschnitte der planaren Strukturen 236. In dieser Stufe des Prozesses sind alle Abschnitte des strukturellen Metalls noch elektrisch mit der Schicht 200 durchgehend und folglich kann eine Plattierspannung durch die Schicht 200 zum Elektroplattieren angelegt werden.
Der Fotolack 238 wird dann gestrippt bzw. abgelöst und das strukturelle Metall geätzt. Während dieses Ätzschrittes wirkt das Verbindungsmaterial 246 als Ätzmaske. Dadurch werden die Abschnitte des strukturellen Metalls, die zuvor durch die Fotolackschichten 238 bedeckt waren, entfernt. Dies legt die ebenen Teile der ersten Oberfläche 222 und der zweiten Oberfläche 224 des dielektrischen Körpers 218 frei und hinterläßt Kontakte 250, die Formen haben, welche den X-Formen der Fenster 238 entsprechen. An beiden Enden jedes Durchgangsleiters 233 sind Kontakte 250 vorgesehen. Wie am besten in 17 erkennbar, weist jeder Kontakt 250 einen im allgemeinen becherförmigen, zentralen Abschnitt 252, im wesentlichen in der Form eines Rotationskörpers um die zentrale Achse 210 auf, mit einem Rand bzw. Hals oder Außenrand im Radius R_c von der zentralen Achse. Der Kontakt weist des weiteren vier Abgriffe 254 auf, die sich von dem Rand des becherförmigen, zentralen Abschnitts radial nach außen erstrecken, wobei jeder derartige Abgriff eine Spitze 256 im Radius R_t von der Achse 210 hat. Für Kontakte, die in einem geradlinigen Gitter bei einem Pitch oder einem Kontakt-zu-Kontakt Abstand entlang der Reihen und Spalten des Gitters zwischen etwa 0,5 und 1,0 mm (etwa 20 bis 40 mils) angeordnet sind, beläuft sich R_t typischerweise auf zwischen etwa 100μ und etwa 230μ. Anders ausgedrückt ist der Maximaldurchmesser jedes Kontaktes, gemessen über die Spitzen der entgegengesetzt gerichteten Abgriffe, geringer als etwa 0,5 mm und vorzugsweise geringer als etwa 400 μm. Vorzugsweise ist R_c etwa 40 bis etwa 100μ. Die Breite W_t jedes Abgriffs ist typischerweise etwa 25 bis etwa 50μ und vergrößert sich in Richtung des zentralen Abschnitts des Kontakts. Der zentrale Abschnitt 252 jedes Kontakts 250 ist innerhalb einer der Vertiefungen 227 in den Oberflächen 222 und 224 des dielektrischen Körpers angeordnet, während die Abgriffe 254 vertikal oder axial auswärts von den zentralen Abschnitten ragen und auswärts von den Vertiefungen in den Oberflächen zu den umgebenden planaren Abschnitten der Körperoberflächen verlaufen. Die Abgriffe 254 verlaufen entlang der Diagonalen zu dem geradlinigen Gitter an Achsen 210. Die Abgriffe und zentralen Abschnitte beinhalten eine durchgehende, strukturelle Metallschicht 258, einschließlich Abschnitten, die ursprünglich als Schalen 232 ausgebildet sind und anderen Abschnitten, die ursprünglich in den planaren Strukturen 236 beinhaltet sind. Die strukturelle Metallschicht 258 jedes Kontakts 250 ist durchgehend zu dem strukturellen Metall des dazugehörigen Durchgangsleiters 233. Die Abgriffe und die zentralen, becherförmigen Abschnitte neigen sich radial nach außen, von der Achse 210 weg in die vertikale oder axial auswärts gerichtete Richtung, weg von der medialen Ebene des Körpers. Auf gleiche Weise gehen die Schalen 232 über in die Ebenenleiterkontakte 252 (16). Jeder derartige Ebenenleiterkontakt hat im wesentlichen die gleiche Ausgestaltung wie die Durchgangsleiterkontakte 250, ist jedoch metallurgisch mit dem Ebenenleiter oder der Schicht 200 verbunden bzw. gebondet.
Das Zwischenelement der 10–17 kann zusammengebaut werden mit Schaltungsfeldern bzw. Schaltplatten oder anderen mikroelektronischen Bauteilen im Rahmen eines Zusammenbauvorgangs, der ähnlich dem oben Beschriebenen ist. Bei dem Zusammenbauvorgang wird eines der Zwischenelemente zwischen jedes Paar Schaltungsfelder 260 gestapelt bzw. geschichtet. Die Schaltungsfelder 260 haben innere, ebene Leiter 261. Die Schaltungsfelder 260 haben auch Signalpads 262, die in einem regelmäßigen, geradlinigen Gittermuster, entsprechend dem geradlinigen Gitter der Durchgangsleiter 233 angeordnet sind, Kontaktachsen 210 und Kontakte 250 in dem Zwischenelement und haben auch ebene, Leiter verbindende Pads 264, wie beispielsweise Grund- bzw. Erdungs- oder Leistungsebenen-Verbindungspads bei gewissen Stellen zwischen den Signalpads 262. Die Pads 262 und 264 sind im wesentlichen quadratisch. Die Seiten der Pads verlaufen in Richtung der Reihen und Spalten der Anordnung bzw. Matrix an Pads und folglich fluchten die Diagonalen mit den Diagonalen der Anordnung bzw. Matrix.
Beim Stapel- bzw. Schichtvorgang werden die Signalpads 221 in Überdeckung gebracht mit den Signalkontakten 250, während die Potentialebenenpads 224 in Überdeckung stehen mit den ebenen Leiterkontakten 252. Werden die Pads in Überdeckung gebracht mit den Kontakten 250, so fluchten die Abgriffe 254 der Kontakte mit den Diagonalen der quadratischen Pads 262. Ein Kontakt 250 ist in gestrichelten Linien in 18 dargestellt und überlagert dabei ein Pad 262. Alle anderen Signalkontakte 250 und ebenen Leiterkontakte 252 sind auf den dazugehörigen Pads gleich orientiert. Obgleich lediglich zwei Schaltungsfelder und ein Zwischenelement in 19 dargestellt sind, kann der Stapel- bzw. Schichtschritt mit jeglicher Anzahl an Schaltfeldern und Zwischenelementen durchgeführt werden, die ineinander geschichtet sind.
Auch bei diesem Prozeß werden die gestapelten bzw. geschichteten Elemente komprimiert und erwärmt. Vorzugsweise wird während des Kompressionsschritts ein Vakuum angelegt, um Luft von zwischen den Schaltungsfeldern und den Zwischenelementen zu entfernen. Werden die gestapelten bzw. geschichteten Elemente komprimiert, so lagern die Pads 262 der Schaltungsfelder an den Peripherien der Kontakte 250, d.h., an den Abgriffen 254, die an deren Spitzen angrenzen. Wie am besten in
20 dargestellt ist, führt dieser Vorgang zur Biegung der Abgriffe nach unten, in Richtung der medialen Ebene 215 des Zwischenelements und zwingt jeden Abgriff 254 in die angrenzende Oberfläche 222 oder 224 des dielektrischen Körpers 218. Die Wärme, die während dieses Vorgangs zugeführt wird, erweicht das Dielektrikum 218 und vereinfacht folglich das Biegen der Abgriffe. Wenn sich der Abgriff nach unten biegt, so bewegt sich die Spitze des Abgriffs radial von der zentralen Achse 210 des Kontakts nach außen. Dies wiederum bewirkt, daß die Oberfläche des Abgriffs über die Oberfläche des erfaßten Pads streift. Wie oben erläutert, unterstützt dieser Streifvorgang die Ausbildung einer wirkungsvollen elektrischen Verbindung. Da die Abgriffe voneinander an ihren Spitzen getrennt sind, können die Abgriffe auf diese Weise radial nach außen gebogen werden, ohne das strukturelle Material zu reißen oder im wesentlichen zu brechen. Des weiteren haben die individuellen Abgriffspitzen relativ kleine Oberflächenbereiche und können in das darunterliegende Dielektrikum 218 geschoben werden. Der becherförmige zentrale Abschnitt 251 jedes Kontakts ist wohl eher steifer als die Abgriffe. Jedoch ist der zentrale Abschnitt in einer Vertiefung in der Körperoberfläche angeordnet, so daß der zentrale Abschnitt relativ zu den Spitzen der Abgriffe ausgenommen ist und auch relativ zu der Hauptebene der Körperoberfläche. Der zentrale Abschnitt erfaßt daher das Pad nicht und beeinträchtigt das Biegen der Abgriffe nicht wesentlich. Die ebenen Leiterkontakte 252 funktionieren in der gleichen Weise. Die während des Prozesses zugeführte Wärme aktiviert auch das leitende Verbindungsmaterial 246, um eine permanente Verbindung zwischen den Abgriffen des Kontakts und dem dazugehörigen Pad auszubilden.
Das dielektrische Material auf dem Zwischenelement fließt bzw. strömt vorzugsweise bis zu einem Ausmaß, das ausreicht, um Räume zwischen den Zwischenelementen und den Felder zu füllen, einschließlich der Räume um die erhabenen Leiter auf den Oberflächen der Schaltungsfelder. Das dielektrische Material des Zwischenelements haftet auch bevorzugt an den Werk stoffen bzw. Materialien des Schaltungsfelds an. Um ein Anhaften zu unterstützen, kann das dielektrische Material während des Herstellschritts für das Zwischenelement nur zum Teil gehärtet werden. Ein Härten des dielektrischen Materials kann während des Kompressions- und des Heizschritts des Zusammenbauvorgangs abgeschlossen werden.
Verschiedenste Abänderungen und Kombinationen der oben beschriebenen Merkmale können vorgenommen werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie durch die Ansprüche definiert ist. Bei einer derartigen Variante können die Oberflächen der Kontakte, die in Eingriff stehen mit den Pads, mit kleinen Höckern oder Unebenheiten versehen sein, um ein Abkratzen während der Schleifbewegung vorzusehen. Alternativ oder zusätzlich können Unebenheiten auf den Kontaktpads der Schaltungsfelder vorgesehen sein. Die Unebenheiten können aus dem strukturellen Material gebildet sein oder vorzugsweise aus dem elektrisch leitenden Verbindungs- bzw. Bondmaterial auf den Oberflächen dieser Elemente.
Obgleich die Zwischenelemente typischerweise in Eingriff mit Schaltungsfeldern verwendet werden, um Mehrschichtschaltungen zu bilden, können sie auch mit anderen mikroelektronischen Bauelementen Verwendung finden, wie beispielsweise Halbleiterchips, aktiven oder passiven Bauteilen, flexiblen Flachkabeln und ähnlichem. Die Bauteile, welche die Kontakte beinhalten, werden hier als "Zwischenelemente" bezeichnet, da die Bauteile im allgemeinen zwischen anderen Bauteilen verwendet werden, wobei jedoch die Zwischenelemente nicht für eine derartige Verwendung ausgestaltet sein müssen. Beispielsweise kann ein Zwischenelement lediglich eine Oberfläche zum Tragen von Kontakten haben und die Kontakte können mit einem ebenen Leiter verbunden sein, mit Durchgangsleitern oder anderen Leitern auf oder innerhalb des Zwischenelements. Der Zwischenelementkörper kann integral mit dem Körper eines mikroelektronischen Bauteils wie beispielsweise einem Halbleiterchips, einer Leiterplatte, einer Keramik- oder anderer Mehrfachchipmodulbasis, einem flexiblen Kabel, einem Chipkonden sator oder anderen mikroelektronischen Bauelementen sein. Wie beispielsweise in 21 dargestellt, weist ein Zwischenelementkörper 300 eine dielektrische Schicht 302 auf, die auf der vorderen Oberfläche 304 eines Halbleiterchips 306 abgeschieden ist. Die dielektrische Schicht 302 ist mit Löchern versehen, die mit den Verbindungspads 308 des Chips fluchten. Die Kontakte 310, ähnlich den oben unter Bezugnahme auf die 10–20 erläuterten Kontakten 250, sind bei Löchern vorgesehen. Jeder Kontakt 310 ist permanent mit dem dazugehörigen Verbindungspad 308 des Chips verbunden und folglich mit dem inneren elektrischen Leiter 312 des Chips verbunden. Beispielsweise kann der Kontakt metallurgisch mit dem Verbindungspad des Chips während eines Abschneideprozesses verbunden bzw. gebondet werden, um den Kontakt auszubilden. Die freigelegte bzw. belichtete Oberfläche 314 der dielektrischen Schicht 302 bildet die erste oder kontakttragende Oberfläche dieses einseitigen Zwischenelements. Im Gebrauch grenzt diese erste Oberfläche an einer Oberfläche eines Substrats oder anderem elektrischen Bauelement an und die Kontakte stehen in Eingriff mit den Verbindungspads auf dem Substrat und sind damit verbunden unter Verwendung eines Prozesses, wie er im wesentlichen oben erläutert wurde. Die Kontakte bei dieser Struktur können auch elektrisch leitendes Verbindungsmaterial beinhalten und die dielektrische Schicht 302 kann fließfähige dielektrische Materialien, Haftmittel oder ähnliches aufweisen.
Bei anderen Varianten der Erfindung können Kontakte mit aufwärts vorstehenden Abgriffen mehr als vier oder weniger als vier Abgriffe beinhalten. Auch sind die Spitzen der Abgriffe oberhalb der Oberfläche des Zwischenelementekörpers positioniert, und zwar mit einem Spalt dazwischen, um das Biegen der Abgriffe nach unten zu vereinfachen.
Die in den 22 bis 25 dargestellten Strukturen haben Kontakte 425, welche derartige Spalte beinhalten. Jeder Kontakt 425 weist einen zentralen Abschnitt 451 auf. Jeder derartige zentrale Abschnitt hat im allgemeinen die Form eines hohlen Rotationskörpers mit einer zentralen Achse 410, senkrecht zu der Oberfläche 422 des Zwischenelements und einen Generator, der sich von der zentralen Achse weg krümmt. Die zentralen Abschnitte der Kontakte verbinden sich mit rohrförmigen Durchgangsleitern 480, angrenzend an der medialen Ebene 415 des Zwischenelementkörpers. Ein kleiner Rand 429 verläuft nach radial von der Achse 410 weg, nach außen, und zwar an dem oberen Ende des zentralen Abschnitts, entfernt von der medialen Ebene.
Vier Abgriffe 454 sind mit dem Rand jedes Kontaktes verbunden. Die Abgriffe verlaufen von der zentralen Achse weg, radial nach außen. Jeder Abgriff hat einen kleinen Höcker oder eine Unebenheit 461, angrenzend an seiner radial äußersten Spitze 456. Wie am besten in 23 erkennbar, sind die Spitzen der Abgriffe 454, in Draufsicht gesehen, abgerundet. Die Ränder jedes Abgriffes neigen sich voneinander weg in radialer Richtung nach innen, weg von der Spitze 456 des Abgriffs, so daß jeder Abgriff sich aufweitet und reibungslos verbindet mit dem Rand 429 des zentralen Abschnitts und mit dem nächsten, angrenzenden Abgriff. Dadurch definieren die Abgriffe zusammenwirkend eine Struktur in der Form einer abgerundeten und glatten X-Form, mit gekrümmten Rändern an den Verbindungsstellen zwischen angrenzenden Abgriffen, d.h., an den Verbindungsstellen der Abgriffe und des Randes 429. Die peripheren Abschnitte jedes Kontakts, einschließlich zumindest der Spitzen der Abgriffe 454, sind vertikal oberhalb der Oberflächen des Zwischenelementkörpers beabstandet, so daß Spalte 455 unterhalb der Spitzen der Abgriffe vorliegen.
Der Zwischenelementkörper beinhaltet eine metallische Schicht bzw. einen metallischen Bogen oder ebenen Leiter 400, ähnlich den oben erläuterten ebenen Leitern, zusammen mit einer zusammengesetzten dielektrischen Schicht. Der Schichtkörper weist eine erste Schicht 418 aus einem elektrophoretisch abgeschiedenen Polymer auf, vorzugsweise einem wärmeaushärtenden Polymer wie beispielsweise den oben erläuterten Epoxy-Verbindungen, in Kontakt mit dem ebenen Leiter oder der Schicht 400. Eine zweite Schicht aus einem fließfähigen, dielektrischen Material, wie beispielsweise einem thermoplastischen Material relativ hohen Wärmewiderstands, liegt über der ersten Schicht. Ein derartiges, fließfähiges dielektrisches Material, das verwendet werden kann, ist ein Polyetherimid, das verkauft wird unter der eingetragenen Marke ULTEM.
Strukturen gemäß dieser Anordnung können hergestellt werden unter Verwendung von Techniken, die ähnlich sind zu den oben erläuterten. Daher kann der Zwischenelementekörper ausgebildet werden unter Verwendung von Abscheidetechniken, ähnlich denjenigen, wie sie verwendet werden zur Ausbildung des Zwischenelementekörpers der 10–20. Es wird dann eine temporäre Schicht, ähnlich den oben unter Bezugnahme auf die 1–9 erläuterten, auf den Oberflächen des Körpers aufgetragen und nach dem Abscheiden des strukturellen Materials von den Kontakten und Durchgangsleitern entfernt. Wie bei den oben erläuterten Prozessen, hinterläßt das Entfernen der temporären Schicht die peripheren Abschnitte der Kontakte, in diesem Falle einschließlich der Abgriffe 454, und zwar vertikal oberhalb der Oberflächen des Zwischenelementekörpers, beabstandet.
Beim Zusammenbauprozeß wird das Zwischenelement mit Schaltungsfeldern, anderen mikroelektronischen Vorrichtungen, geschichtet und dann komprimiert. Ein derartiges (Schaltungs-)Feld oder Element 460 grenzt an jede Oberfläche des Zwischenelements an. Der Zustand der Anordnung unmittelbar nach dem Stapeln bzw. Schichten, jedoch vor dem Komprimieren, ist in den 22 und 23 gezeigt. Wie oben erläutert, haben die Felder quadratische Verbindungspads 462 und Abgriffe 454 liegen entlang der Diagonalen der quadratischen Verbindungspads. Wenn die gestapelten Elemente komprimiert werden, so deformieren sich die Kontakte, wie dies schematisch in den 24 und 25 gezeigt ist. Die Abgriffe 454 deformieren sich radial nach außen, von der zentralen Achse 410 weg und biegen sich auch nach unten, in Eingriff mit den angrenzenden Oberflächen 422 des Körpers. Bei diesem Vorgang wischen die Spitzen 454 des Zwischenelements und die Unebenheiten 461 auf den Abgriffen radial auswärts über die Oberflächen der Verbindungspads 462. Das Verbindungsmaterial auf den Kontakten kann dadurch eine wirkungsvolle Verbindung zwischen den Abgriffen und den Verbindungspads herstellen. Die nach unten gerichtete oder axiale Bewegung der Kontaktperipherie, insbesondere der Abgriffe 454, kompensiert auch die vertikalen Toleranzen in der Anordnung. Das heißt, falls die Verbindungspads 462 der zusammenpassenden Elemente nicht perfekt koplanar sind oder falls die Kontakte selbst sich in ihrer Höhe geringfügig unterscheiden, werden die Differenzen aufgenommen durch Differenzen der Größenordnung der Deformation in den Abgriffen. Dies trägt zur Zuverlässigkeit der Anordnung bei.
Die dielektrischen Materialien des Zwischenelements, insbesondere das fließfähige, dielektrische Haftmittel 419, füllen jegliche kleineren Räume unterhalb der Kontakte und um die Kontakte und die Verbindungspads. Hier wieder füllen auch die dielektrischen Materialien Räume um Unregelmäßigkeiten auf den Oberflächen der Schaltungsfelder. Beispielsweise dort, wo die Schaltungsfelder Leiter auf ihren freigelegten Oberflächen haben, füllen die dielektrischen Materialien vorzugsweise die Räume zwischen derartigen Leitern, um eine im wesentlichen porenfreie Schnittstelle vorzusehen.
Bei noch weiteren Varianten kann auf das in den Ausführungsbeispielen der 1–9 verwendete Füllmaterial verzichtet werden oder umgekehrt, kann ein derartiges Füllmaterial in der Struktur der 10–20 beinhaltet sein, wie beispielsweise durch Positionieren des Füllmaterials innerhalb der becherförmigen, zentralen Abschnitte 251 der Kontakte. Auch kann der dielektrische Zwischenelementkörper durch andere Techniken hergestellt werden. Beispielsweise kann das dielektrische Material des Körpers gegossen sein, wie beispielsweise durch Spritzguß, Druckguß, Plastisoltechniken, Lösemittelgießen oder andere bekannte Formgebungstechniken. Der gegossene Teil kann Löcher und Vertiefungen haben, die, wie oben unter Bezugnahme auf die 10, 20 erläutert ist, geformt sind. Beispielsweise durch Einbringgießen kann ein ebener Leiter in ein derartiges gegossenes Teil eingebracht werden. Da diese und andere Abänderungen und Kombinationen der oben erläuterten Merkmale verwendet werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, sollte die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele lediglich der Darstellung dienen und bedeutet keine Einschränkung der in den Ansprüchen umrissenen Erfindung.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die Erfindung kann verwendet werden bei der Herstellung elektronischer Baugruppen.

Claims

Zwischenelement zum Herstellen von Verbindungen zum Zwekke des elektrischen. Kontakts mit einer Oberfläche eines mikroelektronischen Elements, wobei das Zwischenelement aufweist: A. einen Körper, der eine leitende Schicht (200) umfaßt, die mit einem dielektrischen Material (218) bedeckt ist, wobei der Körper eine erste Hauptoberfläche hat und horizontale Richtungen, parallel zu der ersten Hauptoberfläche und vertikale Richtungen, senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche; B. mehrere Leiter (233) in dem Körper, die von der leitenden Schicht durch das dielektrische Material isoliert sind; C. mehrere Kontakte an der ersten Hauptoberfläche, wobei jeder der Kontakte (250) von der leitenden Schicht (200) elektrisch isoliert ist durch das dielektrische Material (218) und integral verbunden ist mit einem der Leiter (233); und D. mehrere Flächenkontakte (252) in dem Körper, die an der ersten Hauptoberfläche freigelegt und elektrisch mit der leitenden Schicht (200) verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kontakte sich radial nach außen, über die Oberfläche des Körpers, von dem Leiter weg, erstreckt, jeder derartige Kontakt eine von dem Leiter entfernt liegende Peripherie hat, jeder derartige Kontakt ausgelegt ist, um bei Verformung des den Kontakt bildenden Materials radial nach außen zu expandieren, weg von der Verbindungsstelle des Kontakts und des Leiters, in Reaktion auf eine vertikale Kraft in Richtung des Körpers, die auf den Kontakt ausgeübt wird, wobei der Kontakt die Pads eines mikroelektronischen Elements schleifen wird, wenn das mikroelektronische Element aneinander lagert an der ersten Hauptoberfläche und in Richtung des Körpers gezwungen ist.
Zwischenelement nach Anspruch 1, bei welchem die mehreren Flächenkontakte dadurch gekennzeichnet sind, daß jeder Flächenkontakt ausgelegt ist, um zu expandieren durch die Verformung des den Flächenkontakt bildenden Materials radial nach außen, von der Verbindungsstelle des Kontaktes und der leitenden Schicht weg, in Reaktion auf eine vertikale Kraft in Richtung des Körpers, die auf den Flächenkontakt ausgeübt wird, wobei der Flächenkontakt die Pads eines mikroelektronischen Elements schleifen wird, wenn das mikroelektronische Element aneinander liegt mit der ersten Oberfläche und in Richtung des Körpers gezwungen ist.
Zwischenelement nach Anspruch 2, bei welchem die mehreren Flächenkontakte von den Kontakten elektrisch isoliert sind.
Zwischenelement nach Anspruch 3, bei welchem jeder der Kontakte ausgelegt ist, um sich zu verformen, so daß die Peripherie des Kontakts sich vertikal nach unten in Richtung des Körpers, wie auch radial von dem Leiter weg nach außen bewegt.
Zwischenelement nach Anspruch 4, bei welchem die Peripherie jedes Kontaktes vertikal oberhalb des Körpers beabstandet ist, mit einem Spalt zwischen der Peripherie des Kontaktes und dem Körper.
Zwischenelement nach Anspruch 5, bei welchem die Peripherie jedes Flächenkontakts vertikal oberhalb des Körpers beabstandet ist, mit einem Spalt zwischen der Peripherie des Flächenkontaktes und dem Körper.
Zwischenelement nach Anspruch 5, bei welchem der Kontakt einen zentralen Teil hat, der an dem dazugehörigen Leiter angebracht ist und einen peripheren Teil, der radial von dem zentralen Teil nach außen verläuft.
Zwischenelement nach Anspruch 7, bei welchem jeder zentrale Teil im allgemeinen die Form eines Rotationskörpers um eine vertikale Achse, senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche hat, wobei jeder zentrale Teil einen von dem Leiter entfernten Rand hat, wobei der periphere Teil jedes Kontaktes mit dem Rand des zentralen Teils verbunden ist.
Zwischenelement nach Anspruch 7, bei welchem jeder periphere Teil mehrere Ansätze beinhaltet, die sich von dem dazugehörigen zentralen Teil erstrecken.
Zwischenelement nach Anspruch 9, bei welchem der Rotationskörper einen Abschnitt einer im wesentlichen toroidförmigen Oberfläche beinhaltet.
Zwischenelement nach Anspruch 1, bei welchem die Peripherie jedes Kontaktes nicht kreisförmig ist.
Zwischenelement nach Anspruch 11, bei welchem die Peripherie jedes Flächenkontakts nicht kreisförmig ist.
Zwischenelement nach Anspruch 11, bei welchem jeder Kontakt mehrere Ansätze beinhaltet, die sich radial von dem Leiter weg nach außen erstrecken, wobei jeder der Ansätze eine Spitze hat, die von dem Leiterende entfernt ist.
Zwischenelement nach Anspruch 13, bei welchem die Ansätze jedes dieser Kontakte in einem im wesentlichen symmetrischen Muster um die Verbindungsstelle des Kontaktes und des dazugehörigen Leiters angeordnet sind.
Zwischenelement nach Anspruch 14, bei welchem jeder dieser Kontakte vier dieser Ansätze beinhaltet und das im wesentlichen symmetrische Muster vierblättrig ist.
Zwischenelement nach Anspruch 15, bei welchem die Kontakte in einem im wesentlichen geradlinigen ersten Gitter bzw. Raster mit Reihen und Spalten angeordnet sind und wobei die Ansätze sich im wesentlichen diagonal in Bezug auf die Reihen und Spalten erstrecken.
Zwischenelement nach Anspruch 16, bei welchem die Flächenkontakte in einem im wesentlichen geradlinigen zweiten Gitter bzw. Raster angeordnet sind, das zu dem ersten Gitter versetzt ist.
Zwischenelement nach Anspruch 1, bei welchem jeder Kontakt und jeder Flächenkontakt ein leitendes Bindematerial beinhaltet, das ausgelegt ist, um die elektrische Verbindung der Kontakte und Flächenkontakte mit damit in Eingriff stehenden Pads zu vereinfachen.
Zwischenelement nach Anspruch 1, bei welchem die Kontakte, die Flächenkontakte und die leitende Schicht aus Metall bestehen.
Verfahren zur Herstellung eines Zwischenelements, die Schritte aufweisend. A. Vorsehen eines Körpers, aufweisend: i) eine leitende Schicht (200) mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche und mehreren Öffnungen (212); und ii) eine dielektrische Schicht (218), die an den ersten und zweiten Oberflächen der leitenden Schicht und an den Wänden der Öffnungen (212) derart angeordnet ist, daß die dielektrische Schicht eine obere Oberfläche hat, die oberhalb der ersten Oberfläche angeordnet ist, eine untere Oberfläche, die unterhalb der zweiten Oberfläche angeordnet ist, mehrere Löcher (226) und mehrere Vertiefungen (228), wobei jedes Loch (228) fluch tet mit und beinhaltet ein(r) der Öffnungen, jede Vertiefung (228) durch die dielektrische Schicht zu der leitenden Schicht verläuft und zu einem der Löcher versetzt ist und wobei jedes Loch einen oberen Abschnitt hat, der an der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzt, einen unteren Abschnitt, der an der unteren Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzt und einen Halsabschnitt (214), der an der medialen Ebene (215) der leitenden Schicht angrenzt, wobei der Durchmesser des Halsabschnittes kleiner ist als die Durchmesser der oberen und unteren Abschnitte; B. Ausbilden mehrerer Leiter (233) und Kontakte (250), die integral darin verbunden sind durch Abscheiden eines strukturellen Materials in jedes Loch, derart, daß der Halsabschnitt jedes Loches gefüllt ist und jeder Kontakt sich radial nach außen, über die Oberfläche des Körpers, von dem Leiter weg, erstreckt; und C. Ausbilden mehrerer Flächenkontakte (252) durch Abscheiden eines strukturellen Materials in jede Vertiefung (228).
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem die Schritte des Ausbildens von Kontakten und Ausbildens von Flächenkontakten gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Schritte des Ausbildens von Kontakten und Flächenkontakten die Schritte beinhaltet: a) Abscheiden des strukturellen Materials an der oberen Oberfläche, der unteren Oberfläche, den Löchern und den Vertiefungen der dielektrischen Schicht; b) Auftragen eines Resists über dem strukturellen Material; c) Freilegen und Entwickeln des Resists, um erste Abschnitte des strukturellen Materials abzudecken; d) Abscheiden eines elektrisch leitenden Bindematerials auf den abgedeckten ersten Abschnitten des strukturellen Materials, um die ersten Abschnitte zu beschichten und zum Bilden zweiter Abschnitte des strukturellen Materials, wobei die zweiten Abschnitte nicht maskiert sind mit dem elektrisch leitenden Bindematerial; e) Abstrippen des Resists; und f) Entfernen der zweiten Abschnitte des strukturellen Bindematerials.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem der Schritt des Vorsehens eines Körpers die Schritte umfaßt: 1) Vorsehen einer leitenden Schicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche; 2) Bilden mehrerer Öffnungen in der leitenden Schicht; und 3) Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf den ersten und zweiten Oberflächen der leitenden Schicht und an den Wänden der Öffnungen.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem der Schritt des Abscheidens einer dielektrischen Schicht den Schritt beinhaltet des elektrophoretischen Abscheidens der dielektrischen Schicht.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem die leitende Schicht Metall aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, des weiteren aufweisend den Schritt des Abscheidens eines elektrisch leitenden Bindematerials über jedem Kontakt und jedem Flächenkontakt.
Verfahren nach Anspruch 26, bei welchem das elektrisch leitende Bindematerial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lötmetallen, Hartlötlegierungen, Diffusions verbindungslegierungen, eutektischen Verbindungslegierungen und leitenden Materialien, die Polymere beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem das strukturelle Material Kupfer aufweist.