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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei einem solchen Verfahren wird auf einem ersten Träger ein erstes elektrisches Bauelement angeordnet, auf einem zweiten Träger ein zweites elektrisches Bauelement angeordnet und es werden die beiden Träger miteinander verbunden. Die Reihenfolge der genannten Schritte ist dabei beliebig.
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Der heutige Trend für technische Neuerungen auf dem Gebiet für Elektronikprodukte weist stets in die gleiche Richtung, nämlich in Richtung Erweiterung des Funktionsumfangs bei gleichzeitiger Reduzierung von Größe und Gewicht. Besonders deutlich wird dies bei Produkten wie Mobiltelefonen, Speicherkarten, Digitalkameras oder Spielkonsolen. Gleichermaßen gilt dies jedoch auch für Produkte der Medizin- und PC-Technik allgemein.
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Einer Miniaturisierung elektronischer Baugruppen durch laterale (horizontale) Verdichtung der Bauelemente in einer Ebene (2D) sind Grenzen gesetzt. Die Erschließung der dritten Dimension (z-Achse -> 3D) erweitert diese Grenzen beträchtlich. Voraussetzung dafür ist die Möglichkeit zur 3-dimensionalen Leiterbahnführung und 3-dimensionalen Platzierung der Bauelemente. Obwohl passive Bauelemente den zahlen- und flächenmäßig größten Anteil in heutigen elektronischen Baugruppen einnehmen, ist die dreidimensionale Integration von aktiven Bauelementen, wie z. B. integrierten elektronischen Komponenten (ICs), auch von großer Bedeutung. In allen Bereichen wird die Marktfähigkeit bzw. Akzeptanz der fertigen Module entscheidend von den Herstellungskosten bestimmt.
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Es existieren derzeit verschiedene Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen; diese Verfahren können in drei Gruppen gegliedert werden, nämlich das ”direkte Stapeln der Bauelemente”, das ”Stapeln von Modulen” und Mischformen daraus. Bei einem direkten Stapeln von elektrischen Bauelementen werden die nackten Bauelemente (ohne Gehäuse) in Stapelbauweise übereinander angeordnet und mittels verschiedener Technologien elektrisch kontaktiert und mechanisch verbunden. Bei einem Stapeln von Modulen werden Ein- oder Mehrchip-Module in Stapelbauweise übereinander montiert und mittels verschiedener Technologien elektrisch kontaktiert und mechanisch verbunden.
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Die Herstellung der mechanischen Verbindungen erfordert bei vorbekannten Verfahren eine andere gerätetechnische Ausstattung als die, die für das elektrische Verbinden der Komponenten erforderlich ist. Bezüglich vorbekannter ”Stapelmethoden” sei beispielsweise auf folgende Druckschriften verwiesen:
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Karnezos, M. "3-D Packaging: Where All technologies Come Together", Proc. of the IEEE/SEMI Int'l Electronics Manufacturing Technology Symposium, 2004 [2]
Aschenbrenner, et al., "Process Flow and Manufacturing Concept for Embedded Active Devices", Proc. of IEEE/Electronics Packaging Technology Conference, 2004, pp. 605–609 [3]
Pohl, J. et al., "Package Optimization of a Stacked Die Flip Chip Based Test Package", Proc. of the IEEE/Electronics Packaging Technology Conference, 2004 -
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung anzugeben, das sich besonders einfach und damit kostengünstig durchführen lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwei Träger mit einem elektrisch leitfähige Partikel enthaltenden Klebstoff unter Bildung einer anisotrop leitfähigen Klebeschicht miteinander verklebt werden, wobei mit der Klebeschicht eine elektrische Verbindung zwischen mindestens einer elektrischen Kontaktfläche auf dem ersten Träger und mindestens einer elektrischen Kontaktfläche auf dem zweiten Träger hergestellt wird.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass sich mit einem einzigen Herstellungsschritt, nämlich dem Verkleben der beiden Träger mittels der anisotrop leitfähigen Klebeschicht, sowohl eine stabile mechanische Verbindung der Träger als auch gleichzeitig eine sehr gute elektrische Verbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen der beiden Träger herstellen lässt. Der anisotrop leitfähige Klebstoff kann nämlich unstrukturiert und flächig, beispielsweise ganzflächig, zwischen den beiden Trägern platziert werden, wobei dennoch eine elektrische Verbindung ausschließlich zwischen solchen elektrischen Kontaktflächen hervorgerufen wird, die – zumindest näherungsweise – einander gegenüberliegen.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Abstandshaltefunktion, die durch die Partikel im Klebstoff bzw. in der Klebeschicht gewährleistet wird. Die Partikel garantieren einen vorgegebenen Spalt zwischen den beiden Trägern, so dass der Verklebungsprozess beim Verkleben der beiden Träger sehr toleranzunempfindlich ist.
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Ein dritter wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass beim Verkleben der Träger gleichzeitig eine Verkapselung der zwischen den Trägern befindlichen Bauelemente erfolgen kann, wenn diese in die anisotrop leitfähige Klebeschicht eingebettet werden.
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Das Befestigen und elektrische Kontaktieren der elektrischen Bauelemente auf den Trägern kann in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise in Flip-Chip Technologie.
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Um eine besonders gute Leitfähigkeit zwischen den Trägern zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Träger derart aufeinander gedrückt werden, dass der Abstand zwischen den Trägern und damit die Dicke der zwischen den Trägern befindlichen Klebeschicht maximal der Partikelgröße der in dem Klebstoff enthaltenen Partikel entspricht oder kleiner als diese Partikelgröße ist.
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Die Leitfähigkeit des Klebstoffs als solchem ist vorzugsweise kleiner als die Leitfähigkeit der leitfähigen Partikel. Besonders bevorzugt ist der Klebstoff nicht leitend oder zumindest sehr schlecht leitend; die Leitfähigkeit der Partikel sollte vorzugsweise mindestens zehnmal größer als die des Klebstoffs sein. Bei den elektrisch leitfähigen Partikeln kann es sich beispielsweise um Lotpartikel oder lötfähige Partikel handeln.
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Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn eine thermische Behandlung der Klebeschicht während und/oder nach einem Zusammendrücken der beiden Träger durchgeführt wird. Durch eine thermische Behandlung lässt sich der Klebstoff aushärten und gleichzeitig auch eine Verringerung des Kontaktwiderstands zwischen Partikeln und Kontaktflächen erreichen.
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Um Platz zu sparen und um eine möglichst kompakte Anordnung zu schaffen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zumindest eines der elektrischen Bauelemente zwischen den zwei einander zugewandeten Trägerflächen in der Klebeschicht eingebettet wird.
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Vorzugsweise wird ein Klebstoff mit Partikeln verwendet, dessen Partikelgröße größer als die Gesamthöhe des höchsten zwischen den Trägern angeordneten elektrischen Bauelements ist (Gesamthöhe = Bauelementhöhe zuzüglich Anschlussdicke der elektrischen Kontakte zum Anschluss an den jeweiligen Träger). In diesem Falle üben die Partikel eine Abstandshaltefunktion (fachsprachlich ”Spacerfunktion”) aus, die ein zu enges Zusammendrücken der Träger aufeinander erschwert.
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Besonders bevorzugt wird ein Klebstoff mit elastisch und/oder plastisch deformierbaren Partikeln verwendet. Dies ermöglicht es, die elektrisch leitfähigen Partikel, die im Bereich zwischen der Bauelementoberseite der in der Klebeschicht eingebetteten Bauelemente angeordnet sind, stärker plastisch und/oder elastisch zu deformieren als diejenigen elektrisch leitfähigen Partikel, die sich in demjenigen Bereich, in dem sich die zwei einander zugewandeten Trägerflächen unmittelbar gegenüberliegen, befinden.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anordnung mit mindestens zwei Trägern, auf denen jeweils zumindest ein elektrisches Bauelement angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist bezüglich einer solchen Anordnung vorgesehen, dass die zwei Träger mechanisch durch eine anisotrop leitfähige Klebeschicht verbunden sind, die zwei einander zugewandete Trägerflächen der zwei Träger verklebt, und die Klebeschicht eine elektrische Verbindung zwischen mindestens einer elektrischen Kontaktfläche auf dem einen Träger und mindestens einer elektrischen Kontaktfläche auf dem anderen Träger herstellt.
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Die Leitfähigkeitsrichtung der anisotrop leitfähigen Klebeschicht ist vorzugsweise senkrecht zur Schichtebene der Klebeschicht, zumindest näherungsweise senkrecht dazu, ausgerichtet.
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Die Klebeschicht enthält bevorzugt elektrisch leitfähige Partikel, deren Partikelgröße mindestens so groß wie der Abstand zwischen den zwei einander zugewandeten elektrischen Kontaktflächen ist. Die elektrisch leitfähigen Partikel sind vorzugsweise plastisch und/oder elastisch deformiert.
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Das elektrische Bauelement, das auf dem einen Träger angeordnet ist, kann sich beispielsweise zwischen den zwei einander zugewandeten Trägerflächen der zwei Träger befinden. In diesem Falle wird der Abstand zwischen der dem anderen Träger zugewandten Bauelementoberseite des elektrischen Bauelements und der Trägerfläche dieses anderen Trägers kleiner als der Abstand zwischen den zwei einander zugewandeten Trägerflächen der zwei Träger sein. Die elektrisch leitfähigen Partikel, die im Bereich zwischen der Bauelementoberseite des Bauelements und dem anderen Träger angeordnet sind, sind dann vorzugsweise stärker plastisch und/oder elastisch deformiert als die elektrisch leitfähigen Partikel, die in dem Bereich, in dem sich die zwei einander zugewandeten Trägerflächen unmittelbar gegenüberliegen, angeordnet sind.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Anordnung ist vorgesehen, dass die beiden Träger durch jeweils eine zumindest einseitig metallisierte und elektrische Leiterbahnen aufweisende Leiterplatte gebildet sind, wobei zumindest eine Leiterbahn auf der einen Leiterplatte mit zumindest einer Leiterbahn auf der anderen Leiterplatte durch mindestens ein elektrisch leitfähiges Partikel des Klebstoffs mittelbar oder unmittelbar elektrisch verbunden ist.
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Darüber hinaus kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Anordnung einen Trägerstapel mit mindestens drei Trägern aufweist und zwischen den Trägern jeweils eine anisotrop leitfähige Klebeschicht vorhanden ist, mit der die Träger unter Bildung des Trägerstapels verklebt und elektrisch verbunden sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:
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1–3 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren und
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5–9 weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Anordnungen, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen lassen.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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In der 1 erkennt man einen ersten Träger 10, der beidseitig metallisiert und strukturiert ist und auf seiner oberen Trägerfläche 20 elektrische Leiterbahnen 30 aufweist. Bei dem ersten Träger 10 kann es sich beispielsweise um eine elektrische Leiterplatte handeln.
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Auf der oberen Trägerfläche 20 befinden sich elektrische Anschlüsse 40, die mit elektrischen Kontakten 50 eines ersten elektrischen Bauelementes 60 elektrisch verbunden werden. Die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 50 und den Anschlüssen 40 kann beispielsweise durch Löten oder Kleben mit leitfähigem Kleber hergestellt werden.
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Das mechanische Aufbringen des elektrischen Bauelements 60 auf der oberen Trägerfläche 20 des ersten Trägers 10 sowie das elektrische Verbinden der elektrischen Kontakte 50 mit den Anschlüssen 40 ist in der 1 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen A visualisiert.
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Wie sich in der 1 darüber hinaus erkennen lässt, weist der erste Träger 10 auf seiner unteren Trägerfläche 70 Kontaktflächen 80 auf, die über Durchkontaktierungen 90 oder über in dem Träger integrierte bzw. vergrabene Leiterbahnen 100 mit den Leiterbahnen 30 oder den Anschlüssen 40 auf der oberen Trägerfläche 20 in Verbindung stehen. Die integrierten Leiterbahnen 100 können beispielsweise – zumindest näherungsweise – in der Trägermitte des ersten Trägers 10 eingebracht sein.
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In der 1 erkennt man darüber hinaus einen zweiten Träger 200, der ebenfalls beidseitig metallisiert und strukturiert ist und auf seiner unteren Trägerfläche 210 mit Leiterbahnen 220 ausgestattet ist. Auf der oberen Trägerfläche 230 befinden sich Kontaktflächen 240 sowie elektrische Anschlüsse 250. Die Kontaktflächen 240 und die Anschlüsse 250 können mit den Leiterbahnen 220 über Durchkontaktierungen 255 in Verbindung stehen. Die elektrischen Anschlüsse 250 dienen zum Anschluss des zweiten Trägers 200 an ein zweites elektrisches Bauelement 260, das mit seinen elektrischen Kontakten 270 auf die elektrischen Anschlüsse 250 des zweiten Trägers 200 aufgesetzt wird. Die elektrischen Kontakte 270 des zweiten Bauelements 260 können mit den elektrischen Anschlüssen 250 auf der oberen Trägerfläche 230 beispielsweise verlötet werden.
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Der Prozessschritt des mechanischen und elektrischen Verbindens des zweiten elektrischen Bauelements 260 mit dem zweiten Träger 200 ist in der 1 mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen B gekennzeichnet.
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Die 2 zeigt beispielhaft, wie sich die beiden mit Bauelementen bestückten Träger 10 und 200 nachfolgend miteinander verbinden lassen. Beispielsweise wird auf die obere Trägerfläche 230 des zweiten Trägers 200 ein Klebstoff 310 aufgebracht, der elektrisch leitfähige Partikel 300 aufweist und ansonsten elektrisch nicht leitet oder vorzugsweise zumindest schlechter als die Partikel 300 leitet. Anschließend wird die untere Trägerfläche 70 des ersten Trägers 10 auf den Klebstoff 310 aufgesetzt und in Richtung auf den zweiten Träger 200 gedrückt. Bei diesem Zusammendrücken wird mit den Partikeln 300 sowie dem Klebstoff 310 eine anisotrop leitfähige Klebeschicht 320 gebildet.
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Die Prozessschritte des Verklebens der beiden Träger 10 und 200 mit dem Klebstoff 310 ist in der 2 mit Pfeilen mit dem Bezugszeichen C gekennzeichnet.
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Die nach dem Verkleben der beiden Träger 10 und 200 entstandene Anordnung ist beispielhaft in der 3 gezeigt. Man erkennt, dass die Dicke D der zwischen den Trägerflächen angeordneten Klebeschicht 320 so klein ist, dass die in dem Klebstoff 310 befindlichen leitfähigen Partikel 300 zwischen den Kontaktflächen 80 auf der unteren Trägerfläche 70 des ersten Trägers 10 und den Kontaktflächen 240 auf der oberen Trägerfläche 230 des zweiten Trägers 200 eine elektrische Verbindung herstellen. Vorzugsweise ist die Dicke D der Klebeschicht 320 derart gewählt, dass die Partikel, die eine elektrische Leitfähigkeit zwischen gegenüberliegenden Kontaktflächen der Träger herstellen, zumindest leicht plastisch oder elastisch deformiert sind. In der 3 sind diejenigen Partikel, die deformiert sind und eine leitfähige Verbindung zwischen den beiden Trägern herstellen, mit dem Bezugszeichen 300a gekennzeichnet.
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In der 3 erkennt man darüber hinaus weitere Partikel, die mit dem Bezugszeichen 300b gekennzeichnet sind. Diese Partikel sind zwar leitfähig, jedoch verbinden sie keine Kontaktflächen der gegenüberliegenden Trägerflächen 70 und 230, so dass sie elektrisch keine Funktion haben bzw. inaktiv sind.
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Darüber hinaus sind in der 3 Partikel mit dem Bezugszeichen 300c gekennzeichnet. Diese Partikel sind zwischen der Bauelementoberseite 360 des zweiten elektrischen Bauelements 260 derart eingeklemmt, dass sie sehr stark plastisch oder elastisch deformiert sind. Elektrisch spielen die mit dem Bezugszeichen 300c gekennzeichneten Partikel keine Rolle, da sie keine gegenüberliegenden Kontaktflächen der beiden Träger 10 und 200 miteinander verbinden.
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Zusammengefasst wird durch die leitfähigen Partikel 300a, 300b und 300c eine anisotrop leitfähige Klebeschicht gebildet, also eine Klebeschicht, die lediglich entlang der z-Richtung elektrisch aktiv ist und lediglich entlang der z-Richtung elektrisch leitfähig ist, sofern die Klebeschicht 320 gegenüberliegende Kontaktflächen auf der unteren bzw. oberen Trägerfläche der beiden Träger 10 und 200 verbindet. In der x- und y-Richtung, also in der Schichtebene der Klebeschicht 320, ist die Klebeschicht 320 elektrisch nicht leitend bzw. schlecht leitend, da der Klebstoff 310 der Klebeschicht 320 nicht oder zumindest schlechter leitend als die Partikel 300 ist.
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Im Zusammenhang mit der 4 wird nachfolgend ein zweites Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer elektrischen Anordnung beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 werden die Verfahrensschritte, die in den 1 bis 3 mit den Pfeilen mit den Bezugszeichen A, B und C gekennzeichnet sind, in einer anderen Reihenfolge durchgeführt. Zunächst wird das zweite Bauelement 260 auf der oberen Trägerfläche 230 des zweiten Trägers 200 aufgebracht, wobei die elektrischen Kontakte 270 des zweiten elektrischen Bauelements mit den Anschlüssen 250 auf dem zweiten Träger 200 elektrisch verbunden werden. Das Aufbringen des zweiten elektrischen Bauelements 260 auf dem zweiten Träger 200 ist in der 4 durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet.
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Nachfolgend wird der nicht oder zumindest schlecht leitende Klebstoff 310 mit den elektrisch leitfähigen Partikeln 300 auf die obere Trägerfläche 230 des zweiten Trägers 200 aufgebracht, und es wird der erste Träger 10 mit seiner unteren Trägerfläche 70 auf den Klebstoff 310 aufgesetzt. Das Verkleben der beiden Träger 10 und 200 ist in der 4 durch zwei Pfeile mit dem Bezugszeichen B gekennzeichnet.
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Die beiden Träger 10 und 200 werden nachfolgend zusammengepresst, so dass durch die Partikel 300 und den Klebstoff 310 eine anisotrop leitfähige Klebeschicht 320 gebildet wird, die die beiden Träger 10 und 200 sowohl mechanisch als auch elektrisch verbindet. Bezüglich der elektrischen Verbindung zwischen den beiden Trägern sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der 3 verwiesen.
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In einem weiteren Verfahrensschritt, der in der 4 mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen C gekennzeichnet ist, wird das erste elektrische Bauelement 60 mit seinen elektrischen Kontakten 50 auf die Anschlüsse 40 auf der oberen Trägerfläche 20 des ersten Trägers 10 aufgesetzt. Nach der Fertigstellung des Verfahrensschrittes C ergibt sich eine Anordnung, wie sie in der 3 gezeigt und im Zusammenhang mit der 3 bereits oben beschrieben ist.
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Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit zwei Trägern 10 und 200, die mittels einer anisotrop leitfähigen Klebeschicht 320 miteinander sowohl mechanisch als auch elektrisch verbunden sind. Im Unterschied zu der Anordnung gemäß 3 ist bei der Anordnung gemäß 5 ein drittes elektrisches Bauelement 400 vorgesehen, das an die untere Trägerfläche 210 des zweiten Trägers 200 angeschlossen ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 5 befinden sich elektrische Bauelemente also in drei unterschiedlichen Ebenen, nämlich auf der unteren Trägerfläche 210, zwischen den beiden Trägerflächen 70 und 230 sowie auf der oberen Trägerfläche 20.
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Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung, bei der ein elektrisches Bauelement 500 auf der oberen Trägerfläche 20 des ersten Trägers 10, ein elektrisches Bauelement 510 auf der unteren Trägerfläche 70 des ersten Trägers 10 sowie ein elektrisches Bauelement 520 auf der unteren Trägerfläche 210 des zweiten Trägers 200 angeordnet sind. Zwischen den beiden Trägern 10 und 200 ist eine anisotrop leitfähige Klebeschicht 320 angeordnet, die die beiden Träger 10 und 200 sowohl mechanisch verklebt als auch elektrisch verbindet. Um die in der 6 gezeigte elektrische Verschaltung zu ermöglichen, ist der erste Träger 10 mit vergrabenen Leiterbahnen ausgestattet, die in unterschiedlichen Leiterbahnebenen 530 und 540 angeordnet sind. Der zweite Träger 200 kommt demgegenüber mit einer einzigen vergrabenen Leiterbahnebene aus, die in der 6 mit dem Bezugszeichen 550 gekennzeichnet ist.
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Die 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit insgesamt drei Trägern 600, 610 und 620. Mit den drei Trägern stehen zwei elektrische Bauelemente 630 und 640 in Verbindung, die in anisotrop leitfähigen Klebeschichten 650 und 660 eingebettet sind. Die Anordnung gemäß 7 kann hergestellt werden, wie dies beispielhaft im Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläutert worden ist.
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In der 8 ist ein Ausführungsbeispiel mit drei Trägern 600, 610 und 620 gezeigt, die mittels zweier anisotrop leitfähiger Klebeschichten 650 und 660 miteinander verbunden sind. Mit den drei Trägern stehen insgesamt drei elektrische Bauelemente 630, 640 sowie 670 in Verbindung, von denen zwei, nämlich die mit den Bezugszeichen 630 und 640 gekennzeichneten, in jeweils einer der beiden Klebeschichten 650 bzw. 660 eingebettet sind.
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Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit drei Trägern 600, 610 und 620, die ebenfalls mit drei elektrischen Bauelementen 630, 640 und 670 bestückt sind. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 das mittlere elektrische Bauelement 630 nicht auf der oberen Trägerfläche 700 des Trägers 610, sondern auf der unteren Trägerfläche 710 des Trägers 600. Auch die Struktur gemäß 9 lässt sich herstellen, indem die drei Träger 600, 610 und 620 mit einer anisotrop leitfähigen elektrischen Klebeschicht 650 bzw. 660 miteinander verklebt werden.
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Die beispielhaft im Zusammenhang mit den 1 bis 9 beschriebene Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf, die nachfolgend kurz erläutert werden sollen:
- – Die Herstellung der mechanischen und elektrischen Verbindung(en) zwischen den Bauelementen und den Trägern sowie zwischen den beteiligten Trägern kann mit derselben Technologie, nämlich dem Kleben mit anisotropem Klebstoff, erfolgen. Es kann dabei dieselbe gerätetechnische Ausstattung verwendet werden, wodurch eine Kosteneinsparung erzielt werden kann.
- – Dennoch ist es alternativ möglich, zur Herstellung der mechanischen Verbindungen und der elektrischen Verbindungen zwischen den Bauelementen und den Trägern unterschiedliche Technologien (z. B. FlipChip Löten) einzusetzen.
- – Das Layout der Verdrahtungsstrukturen auf und in den Trägern bzw. Zwischenträgern ist weitgehend unbeschränkt.
- – Es gibt keine wesentlichen Einschränkungen bei der Wahl des Klebstofftyps (Material, Paste oder Film) und Partikeltyps (Material, Größe), der Auftragungsart und der Verarbeitungsbedingungen.
- – Die Herstellung der vertikalen elektrischen Kontakte zwischen den Metallisierungen der Träger ist bei gleichzeitig elektrischer Isolation zwischen den Kontakten in horizontaler Richtung möglich.
- – Es wird durch die Partikel eine Abstandshalter-Funktion (Spacer-Funktion) zur mechanischen und elektrischen Überbrückung des Spaltes zwischen den Zwischenträgern (Überbrückung von Bauelementen) erreicht.
- – Es erfolgt eine Verkapselung der Bauelemente im Spalt zwischen den Trägern.
- – Es ist eine nahezu beliebige dreidimensionale Leiterbahnführung möglich. Bei entsprechendem Layout besteht die Möglichkeit zur Herstellung kurzschlussfreier elektrisch leitfähiger Verbindungen zwischen den Kontakten aller Bauelemente und den entsprechenden Metallisierungen auf der Unterseite des untersten Trägers und/oder Oberseite des obersten Trägers.
- – Beliebige weitere Prozesse, wie zusätzliche Verkapselung, Aufbringung von Lotkugeln oder Vereinzelung sowie die elektrische und mechanische Anbindung an weitere Bauelemente sind möglich.
- – Als elektrisch leitfähige Partikel zur Herstellung der vertikalen elektrischen und mechanischen Verbindungen zwischen den Trägern können quasi alle elektrisch leitfähigen Partikel einschließlich Lotpartikel und lötfähiger Partikel eingesetzt werden.
- – Es besteht die Möglichkeit eines großflächigen Klebstoffauftrags. Dieser muss zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Zwischenträgern also nicht lokal im Bereich der Kontakte platziert und strukturiert aufgetragen werden, sondern kann großflächig auf dem entsprechenden Träger und den mittels der leitenden Partikel zu verbindenden bzw. zu überbrückenden Bauelemente lediglich grob strukturiert aufgetragen werden. Die elektrische und mechanische Verbindung kann während eines einzigen Prozessschrittes hergestellt werden.
- – Die Überbrückung des vertikalen Abstands zwischen den Trägern, bedingt durch die Metallisierungsdicke der Träger sowie die Chip- und Chipkontaktierungsdicke, bedarf keiner zusätzlichen Technologie (z. B. durch Aufbringen sog. ”Abstandselemente” oder Einbringung von Kavitäten in die Zwischenträger im Bereich des Chips), d. h. es können mittels Standard-Leiterplattenprozessen hergestellte Träger, die als Substrate starr oder flexibel sein können, verwendet werden.
- – Besondere Bedeutung erlangt diese Technologie in Verbindung mit der Verwendung sehr dünner Bauelemente (dünne, ultradünne ICs und Substrate). Je geringer die Höhe des zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung zu überbrückenden Spalts, desto kleiner kann der Partikeldurchmesser der leitfähigen Partikel des anisotropen Klebstoffes zur mechanischen und elektrischen Kontaktierung der Zwischenträger gewählt werden. Dies hat zum großen Vorteil, dass der Füllgrad (Partikel/Klebstoffvolumen) erhöht werden kann. Das Rastermaß (= Abstand zwischen den Kontakten + Kontaktbreite) auf den Zwischenträgern kann somit weiter reduziert werden, ohne das Risiko von Kurzschlüssen zu erhöhen. Dies hat zum Vorteil, dass sich der Bedarf der benötigten Fläche bei gleicher Anzahl von Kontakten reduziert.
- – Mittels der beschriebenen Stapeltechnologie können die Signalwege innerhalb des Chipstapels signifikant verkürzt werden. Dies wird durch die Verwendung dünner Bauelemente (Dicke < 10 μm) und dünner Träger unterstützt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erster Träger
- 20
- obere Trägerfläche
- 30
- Leiterbahnen
- 40
- elektrische Anschlüsse
- 50
- elektrische Kontakte
- 60
- erstes elektrisches Bauelement
- 70
- untere Trägerfläche
- 80
- Kontaktflächen
- 90
- Durchkontaktierungen
- 100
- integrierte vergrabene Leiterbahnen
- 200
- zweiter Träger
- 210
- untere Trägerfläche
- 220
- Leiterbahnen
- 230
- obere Trägerfläche
- 240
- Kontaktflächen
- 250
- elektrische Anschlüsse
- 255
- Durchkontaktierungen
- 260
- zweites elektrisches Bauelement
- 270
- elektrische Kontakte
- 300
- elektrisch leitfähige Partikel
- 300a
- Partikel
- 300b
- Partikel
- 300c
- Partikel
- 310
- Klebstoff
- 320
- Klebeschicht
- 360
- Bauelementoberseite
- 400
- drittes elektrisches Bauelement
- 500
- elektrisches Bauelement
- 510
- elektrisches Bauelement
- 520
- elektrisches Bauelement
- 530
- Leiterbahnebene
- 540
- Leiterbahnebene
- 550
- Leiterbahnebene
- 600
- Träger
- 610
- Träger
- 620
- Träger
- 630
- Bauelement
- 640
- Bauelement
- 650
- Klebeschicht
- 660
- Klebeschicht
- 670
- Bauelement
- 700
- obere Trägerfläche
- 710
- untere Trägerfläche
- A
- Pfeil
- B
- Pfeil
- C
- Pfeil
- D
- Dicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Karnezos, M. ”3-D Packaging: Where All technologies Come Together”, Proc. of the IEEE/SEMI Int'l Electronics Manufacturing Technology Symposium, 2004 [0005]
- Aschenbrenner, et al., ”Process Flow and Manufacturing Concept for Embedded Active Devices”, Proc. of IEEE/Electronics Packaging Technology Conference, 2004, pp. 605–609 [0005]
- Pohl, J. et al., ”Package Optimization of a Stacked Die Flip Chip Based Test Package”, Proc. of the IEEE/Electronics Packaging Technology Conference, 2004 [0005]