DE69516725T2

DE69516725T2 - Elektrische verbindungen mit nachgiebigen kontakten

Info

Publication number: DE69516725T2
Application number: DE69516725T
Authority: DE
Inventors: H. Distefano; Joseph Fjelstad; Konstantine Karavakis; Zlata Kovak; W. Smith
Original assignee: Tessera LLC
Current assignee: Adeia Semiconductor Solutions LLC
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: ATE192609T1; AU3138995A; EP0803135A1; WO1996002959A1; DE69532832T2; KR970705201A; EP0803135A4; EP0803135B1; JP3934144B2; DE69532832D1; EP0969706A3; US6274820B1; JP2006032938A; EP0969706B1; US6266874B1; US5590460A; US6239386B1; ATE263477T1; EP0969706A2; KR100327004B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Schaltkreise, und insbesondere auf geschichtete Schaltkreisstrukturen, wie Multi-Layer-Schaltkreisplatten, auf Komponenten und Verfahren, die beim Herstellen von solchen Strukturen verwendet werden, und auf Verfahren, um diese herzustellen.

STAND DER TECHNIK

Elektrische Komponenten werden gewöhnlicherweise auf Schaltkreispanelstrukturen, wie gedruckten Leiterplatten (PCB) montiert. Schaltkreispanele umfassen gewöhnlicherweise ein im allgemeinen flaches Blatt von dielektrischem Material mit elektrischen Leitern, die auf einer flachen Hauptoberfläche des Blattes oder auf beiden Hauptoberflächen angebracht sind. Die Leiter werden gewöhnlicherweise aus metallischen Materialien, wie Kupfer, gefertigt und dienen dazu, die elektrischen Komponenten zu verbinden, die auf der Platte montiert sind. Dann, wenn die Leiter auf beiden Hauptoberflächen des Panels angebracht sind, kann das Panel durchgängige Leiter haben, die sich durch die dielektrische Schicht erstrecken, so dass die Leiter auf gegenüberliegenden Oberflächen verbunden werden. Multi-Layer-Schaltkreispanelanordnungen wurden bislang mit mehreren vereinigten, gestapelten Schaltkreispanelen gefertigt, mit zusätzlichen Schichten aus dielektrischen Materialien, die die Leiter auf wechselweise aufeinandergerichteten Oberflächen von benachbarten Panelen in dem Stapel trennen. Diese Multi-Layer-Anordnungen vereinigen gewöhnlicherweise Verbindungen, die sich zwischen den Leitern auf den verschiedenen Schaltkreispanelen in dem Stapel erstrecken, entsprechend wie es nötig ist, um die verlangten elektrischen Verbindungen vorzusehen.
Elektrische Komponenten, die auf Schaltkreispanelstrukturen montiert werden können, umfassen sogenannte "diskrete" Komponenten und integrierte Schaltkreise, die zahlreiche Transistoren auf einem einzelnen Chip umfassen. Chips dieser Art können auf gewöhnlicherweise als "Chipträger" bezeichneten Strukturen montiert sein, die spezialisierte Schaltkreispanelstrukturen sind. Ein Chipträger kann in einem Paket vereinigt sein, das auf einer größeren Leiterplatte montiert ist und mit den verbleibenden Elementen des Schaltkreises verbunden ist. Alternativ dazu kann der Chip direkt auf dem gleichen Schaltkreispanel montiert sein, das andere Komponenten des Systems trägt. Diese Anordnung wird gewöhnlicherweise als ein "Hybridschaltkreis" bezeichnet. Verhältnismäßig große Schaltkreispanele werden gewöhnlicherweise aus polymerischen Materialien, typischerweise mit Verstärkungen, wie Glas, gefertigt, wohingegen sehr kleine Schaltkreispanele, wie diejenigen, die als Halbleiterchipträger verwendet werden, aus Keramik, Silikon oder ähnlichem gefertigt werden können.
Es bestand ein steigender Bedarf für Schaltkreispanelstrukturen, die hochdichte, komplexe Verbindungen vorsehen. Diese Bedürfnisse werden durch Multi-Layer-Schaltkreispanelstrukturen aufgegriffen. Die Verfahren, die im allgemeinen verwendet werden, um Multi-Layer-Panelstrukturen herzustellen, haben bestimmte ernsthafte Nachteile. Multi-Layer-Panele werden gewöhnlicherweise gefertigt, indem einzelne, doppelseitige Schaltkreispanele mit geeigneten Leitern darauf vorgesehen werden. Die Panele werden dann eines auf das andere laminiert, mit einer oder mehreren Schichten aus nicht ausgehärtetem oder teilweise ausgehärtetem dielektrischen Material, was gewöhnlich als "prepregs" bezeichnet wird, die zwischen jedem Paar von benachbarten Panelen angebracht sind. Solch ein Stapel wird gewöhnlich unter Wärme und Druck ausgehärtet, um eine einheitliche Masse zu bilden. Nach dem Aushärten werden Löcher durch den Stapel an Orten gebohrt, an denen elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Platten gewünscht sind. Die entstehenden Löcher werden dann mit elektrisch leitenden Materialien beschichtet oder gefüllt, typischerweise indem das Innere der Löcher platiert wird, um das zu bilden, was als ein platiertes Durchgangsloch bezeichnet wird. Es ist schwierig, Löcher mit einem hohen Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser zu bohren. Somit müssen die Löcher, die bei Anordnungen verwendet werden, die gemäß diesen Verfahren des Standes der Technik hergestellt sind, verhältnismäßig groß sein und benötigen damit wesentliche Mengen von Raum in der Anordnung. Diese Löcher erstrecken sich gewöhnlich von oben oder von unten vom Stapel. Selbst wenn Verbindungen nicht in den oberen oder Bodenschichten verlangt werden, muss ein Raum für Löcher vorgesehen werden, um durch diese Schichten zu führen, um benötigte Verbindungen in den mittleren Schichten vorzusehen. Entsprechend müssen wesentliche Mengen der verfügbaren Oberfläche auf den Panelen bereitgestellt werden für die Löcher und um Toleranzzonen um die Löcher unterzubringen. Weiterhin tendieren die elektrischen Verbindungen, die gebildet werden, indem leitende Materialien in solche gebohrte Löcher geformt werden, dazu, schwach zu sein. Das Bohrverfahren und die allgemeine Art der Laminate, die dabei verwendet werden, ist z. B. in Doherty, Mr., US-Patent 3,893,469; und Guarracini, US- Patent 3,316,618 beschrieben.
Verschiedene alternative Vorgehensweisen wurden vorgeschlagen. Parks et al., US-Patent 3,541,222; Crepeau, US-Patent 4,249,032; Luttmer, US- Patent 3,795,037; Davies et al., US-Patent 3,862,790, Fox, US-Patent 4,954,878; und Zifcak, US-Patent 4,793,814 beziehen sich alle im allgemeinen auf Strukturen, die metallische oder andere leidende Elemente in verhältnismäßig nahe beabstandeten Orten auf einer dielektrischen Schicht angeordnet haben, wobei die leitenden Elemente durch die dielektrische Schicht in beiden Richtungen vorstehen. Solch eine Schicht kann zwischen ein Paar von Schaltkreisplatten eingebettet sein, und die Schaltkreisplatten können geklemmt oder auf eine andere Art zusammengehalten werden, so dass ein mechanischer Eingriff zwischen leitenden Elementen auf den benachbarten Flächen der Schaltkreisplatten und den leitenden Elementen der Kompositschicht vorgesehen wird. Bei jeder dieser Anordnungen sind die leitenden Elemente, die Kompositschicht oder beide elastisch oder verformbar, so dass ein enger Eingriff zwischen den leitenden Elementen der Kompositschicht und den Leitern auf den Schaltkreisplatten vorgesehen wird.
Beck, US-Patent 3,616,532 und Dube et al., US-Patent 3,509,270 beschreiben Varianten dieser Vorgehensweise, bei denen elastische Elemente mit einem schmelzbaren Lötzinn verwendet werden. Diese Elemente werden auf isolierende Platten montiert, die dann zwischen gedruckte Schaltkreisschichten gestapelt werden. Die Anordnung wird erwärmt, so dass das Lötzinn geschiriolzen wird, wodurch die elastischen Elemente freigelegt werden, so dass die elastischen Elemente und das Lötzinn zusammen eine Verbindung zwischen den benachbarten Schaltkreisplatten bilden.
Evans et al., US-Patent 4,655,519 beschreibt einen Verbinder mit verschiedenen streifenartigen Kontaktfedern, die in Löchern in einem flachen dielektrischen Körper angebracht sind, zusammen mit anderen Federelementen. Die Enden der Streifen stehen von gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers vor. Diese sind geeignet, komprimiert zu werden, wenn elektronische Elemente mit den Körperoberflächen in Eingriff kommen, so dass die Enden der Streifen mit Anschlussflächen auf den elektronischen Elementen in Eingriff kommen. Walkup, US-Patent 5,167,512 beschreibt ein weiteres System, das Federn verwendet, die in Löchern in einem dielektrischen Körper angebracht sind.
Grabbe, US-Patent 5,228,861 beschreibt einen Verbinder, der einen schichtartigen, dielektrischen Körper mit zahlreichen im wesentlichen X- förmigen Federkontaktelementen hat, wobei jedes vier Arme hat, die auf einer ersten Seite der Schicht liegen. Zwei Arme jedes X-förmigen Elements werden nach innen in Richtung auf die Schicht gebogen und erstrecken sich zu Durchgangslöchern in der Schicht, so dass die Spitzen dieser Arme über die zweite, gegenüberliegende Fläche der Schicht vorstehen. Die anderen beiden Arme werden weg von der Schicht gebogen und stehen somit von der ersten Oberfläche vor. Wenn der Verbinder zwischen Schaltkreispanele plaziert wird, wird jedes X-förmige Element zwischen zusammenpassenden Anschlussflächen der Schaltkreispanele komprimiert, was bewirkt, dass die gebogenen Arme abgeflacht werden, und verursacht, dass die Spitzen der Arme die Oberflächen auf den Anschlussflächen berühren. Nach dem Eingriff wird der Kontakt durch die Elastizität der Arme aufrechterhalten.
Bernarr et al., US-Patent 4,548,451 beschreibt einen Verbinder oder Zwischenschalter, der einen schichtartigen, elastomerischen Körper mit zerquetschbaren Vorsprüngen hat, die sich nach außen von gegenüberliegend gerichteten Oberflächen erstrecken. Dorne, die aus einem mit Metall beschichteten, flexiblen Film gebildet sind, erstrecken sich auf beiden Oberflächen des Körpers und liegen über den Vorsprüngen. Die Dornen auf gegenüberliegenden Seiten sind miteinander durch Durchgänge verbunden. Wenn der Zwischenschalter zwischen Schaltkreispanelen in Eingriff ist, werden die Dornen und Stützen zwischen Kontaktanschlussflächen auf gegenüberliegenden Panelen gequetscht, und die Dornen berühren mit Sicherheit die Anschlussflächen für einen effektiveren Kontakt. Die Dornen werden in Eingriff mit den Anschlussflächen durch die Elastizität der elastomerischen Schicht und die Stützen gehalten; es wird dort keine dauerhafte Verbindung gebildet.
Patraw, US-Patente 4,716,049; 4,902,606; und 4,924,353 beschreiben mikroelektronische Verbindungsschemata, die deformierbare Kontakte verwenden, die nach oben von einem Substrat vorstehen. Jeder Kontakt hat eine domartige Spitze und eine Vielzahl von Armen, die sich nach unten von der Spitze auf das Substrat erstrecken. Diese Kontakte werden durch selektive Ablagerung von Aluminium auf einem Untersatz eines flüchtigen Materials, wie Potassium-Chlorid oder eines Fotoresists gebildet, wobei eine geformte Maske verwendet wird. Die Untersätze werden nach der Ablagerung entfernt.
Dery et al., US-Patent 4,729,809 beschreibt die Verwendung eines anisotropisch leitenden haftenden Materials, das zwischen gegenüberliegenden Sublaminaten angebracht wird, wobei die haftende Komposition eine ausreichende Leitfähigkeit über die verhältnismäßig kleinen Räume zwischen Leitern auf benachbarten Schichten hat, um eine elektrische Verbindung dazwischen zu bilden, aber eine niedrige Leitfähigkeit über die verhältnismäßig großen Räume zwischen benachbarten Leitern auf der gleichen Oberfläche hat, so dass sie nicht eine nicht erwünschte seitliche Verbindung entlang einer Oberfläche erzeugt.
Berger et al., US-Patent 4,788,766 verwendet einen Leiter, der ein Schaltkreislaminat trägt, das hohle, ösenartige Durchgangsstrukturen hat, wobei jede solche Durchgangsstruktur einen Rand hat, der vertikal von der umfassenden Struktur vorsteht. Jede solche Durchgangsstruktur ist mit einer dünnen Schicht eines leitenden Verbindungsmaterials versehen. Beim Herstellen der Multi-Layer-Struktur werden dielektrische Verbindungsfilme zwischen die schaltkreistragenden Laminate gelegt. Die dielektrischen Filme haben Öffnungen an Orten, die den Orten der ösenartigen Strukturen entsprechen, in dem benachbarten, schaltkreistragenden Laminat. Somit können die nach oben stehenden Ränder der ösenartigen Strukturen aufeinander lagern, wenn die Anordnung unter Wärme und Druck zusammengebracht wird. Die Schichten von leitendem Verbindungsmaterial auf den Rändern der sich berührenden Ösen sollen Verbindungen zwischen den sich berührenden Ösenstrukturen bilden.
Andere Strukturen zum Bilden von elektronischen Multi-Layer- Anordnungen werden in Dux et al., US-Patent 5,224,265 und Ehrenberg et al., US-Patent 5,232,548 gelehrt, die Sublaminate verwenden, die durch Ablagerung eines dielektrischen Materials auf einer perforierten Metallschicht gefertigt werden, wie durch Polymerisation der Dampfphase oder elektrophoretischer Verbindung, um eine dielektrische Schicht mit Durchgängen zu bilden. Die Durchgänge werden mit einem fließbaren Verbindungsmaterial, wie einem mit Metall bestückten Polymer, gefüllt. Diese Strukturen werden gestapelt und erwärmt, um die Durchgänge in einheitliche vertikale Leiter zu verbinden.
Andere Multi-Layer-Anordnungssysteme, die fließfähige leitende Materialien um die Strukturen in gestapelten Elementen zu verbinden, verwenden, sind in Bindra et al., US-Patent 5,129,142 beschrieben. Noch weitere Verbesserungen sind in US-Patent 5,282,312 von Thomas H. DiStefano et al. beschrieben. Das '312-Patent beschreibt als Hintergrund bestimmte Laminiertechniken oder Verfahren von Herstellen von Multi-Layer- Schaltkreisanordnungen, die fließfähige leitende Materialien verwenden.
Trotz diesen und anderen Anstrengungen im Stand der Technik gibt es Bedarf für noch weitere Verbesserungen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung richtet sich nach diesen Bedürfnissen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht einen Zwischenschalter zum Herstellen von Verbindungen zu elektrischen Kontakten auf der Oberfläche eines mikroelektronischen Elements, wie eines Schaltkreispanels, eines Halbleiterchips oder eines anderen Elements, das eine kontakttragende Oberfläche hat, vor. Der Zwischenschalter umfasst einen Körper, der eine erste Hauptoberfläche hat, so dass der Körper horizontale Richtungen parallel zu der ersten Hauptoberfläche und vertikale Richtungen senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche definiert. Der Zwischenschalter hat ferner eine Vielzahl von Leitern in dem Körper, wie Durchgangsleiter, die sich in oder durch den Körper erstrecken. Der Zwischenschalter umfasst ferner Kontakte an der ersten Hauptoberfläche des Körpers, die integral verbunden sind, und elektrisch mit den Leitern verbunden sind. Jeder Kontakt erstreckt sich über die erste Oberfläche des Körpers im wesentlichen radial nach außen von einer zentralen Achse, die senkrecht zu der ersten Oberfläche ist. Somit erstreckt sich jeder Kontakt in einer Vielzahl von horizontalen Richtungen weg von der Achse und weg von der Verbindung des Kontakts mit dem Leiter. Jeder Kontakt hat einen Umfang, der entfernt von der zentralen Achse ist. Die Kontakte sind geeignet, sich durch die Expansion des Materials, das jeden Kontakt bildet, zu deformieren, im wesentlichen radial nach außen, weg von der Achse, als Antwort auf eine Kraft, die auf den Kontakt aufgebracht wird, die in Richtung auf den Körper gerichtet ist. Bei der Verwendung sind die Kontakte in Eingriff mit entsprechenden Verbindungsanschlussflächen eines Schaltkreispanels oder eines anderen mikroelektronischen Elements, wenn das Element neben der ersten Oberfläche des Zwischenschalters liegt. Das Panel oder das andere Element kann dann in Richtung auf den Körper gedrückt werden, so dass die Anschlussflächen vertikale Kräfte auf die Kontakte aufbringen. Da sich jeder Kontakt nach außen als Antwort auf die vertikale Kraft expandiert, wischt er über die Oberflächen der dazugehörigen Anschlussfläche. Das Wischen entfernt Oxide und andere Verunreinigungen von den dazugehörigen Oberflächen, um eine effektive elektrische Verbindung mit niedrigem Widerstand zwischen den Anschlussflächen und den Kontakten vorzusehen, und, in bevorzugten Ausführungsformen, um das Verbinden der Kontakte und Anschlussflächen zu erleichtern.
Wünschenswerterweise sind die Kontakte angeordnet, dass sie sich so deformieren, dass der Umfang jedes Kontakts sich vertikal nach unten in Richtung auf den Körper bewegt, wenn sich der Umfang radial nach außen bewegt. In dem anfänglichen, nicht deformierten Zustand kann der Umfang jedes Kontakts vertikal über der Oberfläche des Körpers beabstandet sein. Jeder Kontakt kann einen zentralen Bereich umfassen neben der Achse, der in Eingriff mit dem Körper sein kann, wohingegen ein Umfangsbereich des Kontakts sich radial nach außen von dem mittleren Bereich erstrecken kann und vertikal nach oben, weg von dem Körper. Der mittlere Bereich jedes Kontakts kann mit einem Leiter verbunden sein, so dass sich der Kontakt radial nach außen erstreckt, auf der Oberfläche des Körpers, von dem Leiter. Jeder Kontakt kann im wesentlichen in der Form eines Rotationskörpers um die vertikale, mittlere Achse sein. Somit kann der Umfangsbereich eine Schale in der Form einer nach oben und außen kegeligen Topfscheibe der Rotation um die mittlere Achse sein. Bei dieser Form ist das Expandieren des Kontakts ähnlich wie das Setzen einer Niete.
Alternativ dazu kann der Umfang jedes Kontakts nicht kreisförmig sein. Somit kann jeder Kontakt eine Vielzahl von Dornen umfassen, die sich im wesentlichen radial weg von der zentralen Achse erstrecken, wobei jeder solche Dorn eine Spitze entfernt von der Achse und entfernt von dem Leiter hat. Wünschenswerterweise sind die Dornen jedes Kontakts in einem im wesentlichen symmetrischen Muster um die mittlere Achse und um die Verbindung mit dem Leiter angeordnet, so dass die Dornen sich im wesentlichen symmetrisch in radialen Richtungen weg von der mittleren Achse erstrecken, und weg von dem Leiter. Ein bevorzugtes symmetrisches Muster umfasst vier Dornen, die in gleichmäßig beabstandeten Intervallen um die mittlere Achse angebracht sind, so dass die Dornen ein vierblättriges Muster definieren.
Wenn die Spitzen der Dornen durch eine Anschlussfläche auf einem Schaltkreispanel oder einem anderen mikroelektronischen Element in Eingriff gelangen und nach unten in Richtung auf den Körper gedrückt werden, wird die Spitze jedes Dorns nach unten und außen gebogen, weg von der mittleren Achse. Somit entfalten die Dornen des Kontakts sich weg voneinander, um ein wirkungsvolles Wischen gegen die Oberfläche auf der Eingriffsanschlussfläche vorzusehen. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine Theorie des Betriebs beschränkt ist, wird angenommen, dass diese Bewegung nach außen von den Dornenspitzen mindestens teilweise durch das Biegen von jedem Dorn im wesentlichen um das radial Innere oder proximale Ende des Dorns und um die benachbarten Gebiete des Körpers selbst erzeugt wird. Die Körperoberfläche kann Vertiefungen haben, die die mittleren Bereiche der Kontakte beherbergen, und kann ebenso nach außen kegelige Wände haben, die die Vertiefungen umfassen. Jeder Dorn kann bogenförmig sein und der nach außen kegelförmigen Wand entsprechen.
Vorzugsweise umfassen die Kontakte Verbindungsmaterialien, die geeignet sind, das Verbinden der Kontakte mit einer dazupassenden Anschlussfläche, die in Eingriff damit ist, zu erleichtern. Das Verbindungsmaterial kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus Lötzinn, Lötlegierungen, Diffusionsverbindungslegierungen, eutektischen Verbindungslegierungen und leitenden Materialien, die Polymere umfassen, besteht. Die Kontakte können metallisch und integral mit den dazugehörigen Leitern gebildet sein. Der Zwischenschalterkörper ist vorzugsweise eine Lamellenstruktur, wie eine schichtartige oder plattenartige Struktur, und definiert eine zweite Hauptoberfläche, die in Richtung auf die gegenüberliegende Richtung der ersten Hauptoberfläche gerichtet ist. Mindestens einige der Leiter können durchgängige Leiter sein, die zweite Enden neben der zweiten Hauptoberfläche angebracht haben. In diesem Fall hat der Zwischenschalter zweite Endkontakte, die an den zweiten Enden der Leiter angebracht sind. Jeder solche zweite Endkontakt kann auf die gleiche Weise wie die ersten Endkontakte konfiguriert sein, die oben diskutiert werden. Somit kann sich jeder zweite Endkontakt radial nach außen weg von einer mittleren Achse erstrecken, die senkrecht zu der zweiten Oberfläche ist, und kann sich von einem zweiten Ende eines Leiters, der an seinem ersten Ende mit einem der Kontakte auf der ersten Oberfläche verbunden ist, erstrecken. Der Kontakt ist wünschenswerterweise geeignet, sich zu deformieren, so dass der Umfang sich radial nach außen weg von der Achse und von dem zweiten Ende des Leiters als Antwort auf eine vertikale Kraft auf den zweiten Endkontakt expandiert. Solche Zwischenschalter können z. B. zwischen Paaren von Schaltkreispanelen oder anderen mikroelektronischen Elementen verwendet werden.
Die Kontakte und die Leiter können Bereiche von kontinuierlichen, im wesentlichen röhrenförmigen Durchgängen bilden, die sich durch ein Loch in dem Körper erstrecken und nach außen kegelförmig an beiden Enden des Lochs sind. Der Zwischenschalterkörper kann ein durch Wärme aktivierbares Klebemittel haben, ein thermoplastisches oder anderes fließfähiges dielektrisches Material an den Oberflächen des Körpers, so dass der Zwischenschalter eine im wesentlichen von Leere freie, dielektrische Abdichtung mit dem Körper eines Schaltkreispanels oder eines anderen mikroelektronischen Elements bilden kann, das damit in Eingriff ist. Wenn das leitende Verbindungsmaterial auf den Kontakten durch Wärme aktiviert wird, kann das Klebemittel oder das fließfähige dielektrische Material auf dem Körper zur Aktivierung bei näherungsweise der gleichen Temperatur wie das fließfähige leitende Material angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht einen Zwischenschalter für eine mikroelektronische Verbindung vor, der einen Körper mit einer ersten sich horizontal erstreckenden Oberfläche hat, die eine Hauptebene und eine Vielzahl von Kontakten in einer Reihe auf dem Körper auf der Oberfläche angebracht hat. Jeder Kontakt umfasst einen zentralen Bereich und einen Umfangsbereich, der sich nach außen von dem zentralen Bereich erstreckt. Der zentrale Bereich kann vertikal von der Hauptebene der Oberfläche zurück versetzt sein, wohingegen der Umfangsbereich sich zur oder vertikal über die Hauptebene erstrecken kann. Wünschenswerterweise ist der Umfangsbereich jedes Kontakts nicht kreisförmig und kann Dorne, wie vorher erwähnt, umfassen, die weg von dem zentralen Bereich vorstehen. Der Körper kann eine Vielzahl von Vertiefungen in der ersten Oberfläche umfassen, wobei jede solche Vertiefung eine mittlere Achse im wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche und Wände hat, die im wesentlichen radial nach außen, nach oben weg von der mittleren Achse kegelförmig sind, so dass sich die Vertiefung progressiv von der Basis der Vertiefung zur Öffnung der Aussparung auf der Hauptebene aufweitet.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht Verfahren des Herstellens eines Multi-Layer-Schaltkreises vor. Ein Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst wünschenswerterweise den Schritt des Stapelns eines mikroelektronischen Elements, wie eines Schaltkreispanels, und einen Zwischenschalter so, dass die erste Oberfläche des Zwischenschalters auf eine Oberfläche des mikroelektronischen Elements gerichtet ist. Der Zwischenschalter kann ein Zwischenschalter, wie er oben beschrieben ist, sein, der einen Körper hat, der Leiter hat und Kontakte, die integral mit den Leitern verbunden sind, wobei sich jeder Kontakt über die Oberfläche des Körpers erstreckt und radial nach außen von seiner Verbindung mit dem Leiter auf einen Umfangsbereich erstreckt. Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt des Komprimierens des gestapelten mikroelektronischen Elements und des Zwischenschalters, so dass die Umfangsbereiche der Kontakte mit den Anschlussflächen des mikroelektronischen Elements durch Kraft in Eingriff treten, dabei Deformieren durch Expansion des Materials, das jeden Kontakt bildet, radial nach außen, weg von der mittleren Achse und weg von dem zugehörigen Leiter. Somit bewegt sich der Umfangsbereich jedes Kontakts horizontal in Bezug auf die Anschlussfläche in Eingriff und wischt die Oberfläche der Anschlussfläche. Vorzugsweise bewegt sich während des Kompressionsschritts jeder Umfangsbereich auch vertikal nach unten, d. h. in Richtung auf den Körper des Zwischenschalters zu oder in ihn.
Der Stapelschritt kann den Schritt des Stapelns einer Vielzahl von Schaltkreispanelen und eines oder mehrerer Zwischenschalter in verschachtelten, vertikal abwechselnden Anordnungen umfassen, so dass ein Zwischenschalter zwischen jedem Paar von Schaltkreispanelen angebracht ist, und so, dass gegenüberliegend gerichtete erste und zweite Oberflächen jedes Zwischenschalters in Richtung auf die entsprechenden Oberflächen der Panele gerichtet sind. Bei dieser Anordnung umfassen die Leiter jedes Zwischenschalters wünschenswerterweise durchgängige oder Durchgangsleiter, die sich durch den Körper erstrecken und Kontakte an beiden Enden jedes Leiters, auf gegenüberliegenden Oberflächen des Zwischenschalters haben. Die Kontakte auf den gegenüberliegenden Oberflächen treten in Eingriff mit Anschlussflächen auf den zwei benachbarten Schaltkreispanelen auf gegenüberliegenden Seiten des Zwischenschalters. Somit, wenn die Kontakte in Eingriff mit den Anschlussflächen der Schaltkreispanele sind, verbinden die durchgängigen Leiter die Anschlussflächen auf dem benachbarten Schaltkreispanel miteinander. Bei bevorzugten Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Wischen der Kontakte eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den Schaltkreispanelen vor. Weiterhin kompensiert die vertikale Bewegung der Umfangsbereiche des Kontakts Unebenheiten des Schaltkreispanels und Zwischenschalters. Bevorzugte Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung können zuverlässige Verbindungen und zuverlässige Multi-Layer-Strukturen selbst mit sehr kleinen Merkmalsgrößen vorsehen. Die Abstände zwischen benachbarten Anschlussflächen auf den Schaltkreispanelen und zwischen benachbarten Kontakten auf jeder Oberfläche jedes Zwischenschalters kann etwa 1,0 mm oder, weniger sein.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise den Schritt des Verbindens der Kontakte des Zwischenschalters zu den Anschlussflächen auf den Panelen, indem momentan die gestapelten Elemente erwärmt werden, um ein elektrisch leitendes Verbindungsmaterial an Schnittstellen zwischen den Kontakten und Kontakten zu aktivieren. Vorzugsweise umfasst das Verfahren auch einen Schritt des Aktivierens eines fließfähigen dielektrischen Materials, wie eines Klebmittels, so dass es an die Schnittstellen zwischen jeden der Zwischenschalterkörper und die daran angrenzenden mikroelektronischen Elemente oder Panele strömt, um die gestapelten Elemente in eine im wesentlichen einheitliche Masse zu verbinden. Das Fließen des dielektrischen Materials kann zusammen mit dem Fließen des elektrisch leitenden Verbindungsmaterials auftreten. Wenn die Umfangsbereiche der Kontakte über Bereichen des dielektrischen Materials des Zwischenschalterkörpers liegen, tendiert das Aufweichen des dielektrischen Verbindungsmaterials dazu, die vertikale Bewegung der Umfangsbereiche der Kontakte zu vereinfachen. Da das dielektrische Material weich wird, kann der Umfangsbereich jedes Kontakts nach unten in das darunterliegende dielektrische Material verschoben werden.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung umfassen Verfahren zum Herstellen einer Schaltkreisanordnung, umfassend die Schritte des Stapelns von mikroelektronischen Elementen, wie eines Schaltkreispanels und eines Zwischenschalters, in einer vertikal übereinanderliegenden Anordnung, so dass eine erste, sich horizontal erstreckende Oberfläche des Zwischenschalters in Richtung auf eine horizontal sich erstreckende Oberfläche des Schaltkreispanels gerichtet ist, und so, dass eine Vielzahl von elektrisch leitenden Kontakten an der ersten Oberfläche des Zwischenschalters auf Anschlussflächen auf der Oberfläche des Schaltkreispanels gerichtet sind. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Komprimierens der gestapelten mikroelektronischen Elemente und des Zwischenschalters vertikal, so dass die Kontakte mit den Anschlussflächen in Eingriff gezwungen werden, und dass bewirkt wird, dass sich die Kontakte deformieren, so dass mindestens ein Bereich jedes Kontakts, der in Eingriff mit der Anschlussfläche ist, sich horizontal in Bezug auf den Kontakt in Eingriff bewegt und die Oberfläche des Kontakts während des Komprimierschritts wischt, und nachfolgend das Verbinden jedes Kontakts mit der Eingriffsanschlussfläche, wie durch Aktivieren eines Verbindungsmaterials an Schnittstellen zwischen den Kontakten und den Anschlussflächen, in dem momentan die gestapelten Elemente erwärmt werden.
Der Verbindungsschritt kann Diffusionsverbinden, Weichlöten, Hartlöten, eutektisches Verbinden, das Aktivieren eines polymerischen leitfähigen Klebemittels oder ähnliches umfassen. Das Wischen reinigt die Oberflächen, um eine wirkungsvolle Verbindung zu erleichtern.
Noch weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sehen Verfahren des Herstellens von mikroelektrischen Zwischenschaltern vor. 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 Öffnungen darin hat. Ein elektrisch leitfähiges Sturkturmaterial, wie Kupfer oder ein anderes Material, wird in jeder Öffnung abgelagert, so dass eine Schicht des Strukturmaterials sich innerhalb der Öffnung und über mindestens einen Teil der temporären Schicht erstreckt, wodurch Kontakte gebildet werden. Das Verfahren umfasst auch den Schritt des Entfernens der temporären Schicht, das Zurücklassen eines sich nach außen erstreckenden Umfangsbereichs jedes Kontakts, der weg von der Oberfläche des Körpers beabstandet ist, an dem das Strukturmaterial auf der temporären Schicht abgelagert wurde. Wünschenswerterweise hat der Körper Löcher, die sich nach innen von der ersten Oberfläche in Übereinstimmung mit den Öffnungen in der temporären Schicht erstrecken, und das Strukturmaterial wird in den Löchern abgelagert, so dass die Leiter integral mit den Kontakten gebildet werden.
Wenn der Körper gegenüberliegend gerichtete erste und zweite Oberflächen hat, können sich die Löcher in dem Körper von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche erstrecken, und das Verfahren kann den Schritt des Vorsehens einer zweiten temporären Schicht auf der zweiten Oberfläche mit Öffnungen in Übereinstimmung mit den Löchern umfassen. Somit kann der Schritt des Ablagerns des Strukturmaterials den Schritt des Ablagerns des Strukturmaterials in den Öffnungen der zweiten temporären Schicht ebenso umfassen, so dass das Strukturmaterial sich über einen Teil der zweiten temporären Schicht erstreckt. Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Entfernens der zweiten temporären Schicht umfassen, wodurch Kontakte auf der zweiten Oberfläche integral mit den Leitern und mit den Kontakten auf der ersten Oberfläche zurückgelassen werden. Die Löcher und die Öffnungen in den temporären Schichten können so gebildet werden, dass die Wände der Löcher des Körpers im wesentlichen kontinuierlich mit den Wänden der Öffnungen in den temporären Schichten sind. Somit kann der Schritt des Bildens der Löcher in dem Körper nach dem Schritt des Anbringens der temporären Schichten mit ihren jeweiligen Öffnungen durchgeführt werden, wie durch Entfernen von Material von dem Körper, wobei eine oder beide der temporären Schichten als Masken verwendet werden.
Wünschenswerterweise hat jede Öffnung in jeder der temporären Schichten eine mittlere Achse, und die temporäre Schicht definiert eine Wand an jeder Öffnung, die nach außen kegelförmig ist, weg von der mittleren Achse der Öffnung in der Vertikalrichtung nach oben und in der Richtung nach außen und weg von der dazugehörigen Oberfläche des Körpers. Der Schritt des Ablagerns des Strukturmaterials kann den Schritt des Ablagerns einer dünnen Schicht von Metall auf diesen nach außen kegelförmigen Wänden umfassen. Somit, wenn die temporären Schichten entfernt werden, werden die Bereiche des Strukturmaterials, die über den nach außen kegelförmigen Wänden liegen, von der Oberfläche des Körpers beabstandet sein und progressiv nach oben weg von dem Körper in der Richtung radial nach außen von der mittleren Achse kegelförmig sein.
Der Schritt des Vorsehens der temporären Schicht kann den Schritt des Ablagerns des temporären Schichtmaterials als eine nicht perforierte Schicht auf der Oberfläche des Körpers umfassen, und dann das Vorsehen der Öffnungen, in dem die nicht perforierte Schicht maskiert wird, so dass die Maske Öffnungen hat. Die maskierte Schicht kann dann einem isotropen Ätzmittel durch die Öffnungen ausgesetzt werden. Solch eine Behandlung tendiert dazu, eine im wesentlichen becherförmige Oberfläche zu bilden. Das Strukturmaterial ist wünschenswerterweise ein Metall, wie Kupfer, Gold, Nickel und ähnliches, das über die temporäre Schicht plaziert werden kann. Die temporäre Schicht kann aus einem Material gebildet sein, wie Aluminium, Zinn oder Nickel, und die temporäre Schicht kann durch ein Verfahren, wie ein kaustisches Ätzen, entfernt werden, wobei das Strukturmaterial intakt gelassen wird. Alternativ dazu kann die temporäre Schicht eine Schicht eines Polymermaterials, wie eines Abdecklacks oder eines Materials, das entfernt werden kann, ohne das Strukturmaterial zu entfernen, umfassen.
Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung sehen Verfahren des Herstellens von mikroelektronischen Zwischenschaltern vor, die einen Körper verwenden, der eine erste Oberfläche hat, wobei die erste Oberfläche einen im wesentlichen ebenen Bereich und eine Vielzahl von offenen Vertiefungen mit vertikalen Achsen normal zu der Hauptoberfläche und mit Wänden, die nach außen weg von der Achse kegelförmig sind, umfasst. Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfassen wünschenswerterweise den Schritt des Ablagerns eines elektrisch leitfähigen Strukturmaterials in den Vertiefungen, um eine Schicht auf den nach außen kegelförmigen Wänden zu bilden, und das Ausmaß der Schichten in den horizontalen Richtung zu kontrollieren, transversal zu den Achsen, so dass jede Schicht eine Vielzahl von Dornen bildet, die sich im wesentlichen radial von den Achsen erstrecken. Das horizontale Ausmaß der Schichten kann durch selektive Ablagerung während des Ablagerungsschritts kontrolliert werden, oder durch selektives Entfernen, wie Ätzen, nach dem Ablagerungsschritt.
Der Körper hat wünschenswerterweise zwei Hauptoberflächen, wie vorher erwähnt, die in gegenüberliegende Richtungen gerichtet sind. Die Vertiefungen auf den zwei Hauptoberflächen umfassen wünschenswerterweise Paare von koaxial ausgerichteten Vertiefungen, die ineinander übergehen, um kontinuierliche Durchgangslöcher oder durchgängige Löcher zu bilden, die sich durch den gesamten Körper erstrecken. Die Schritte des Vorsehens des Körpers können die Schritte des Vorsehens eines Blatts umfassen, das Löcher darin hat, wie durch Ätzen des Blatts von gegenüberliegenden Seiten, um Löcher zu bilden, die sich zu den engsten Stellen entfernt von den Oberflächen des Blatts zuspitzen, und dann das Ablagern einer Beschichtung von dielektrischem Material auf dem Blatt, und in den Löchern des Blatts, wie durch elektrophoretische Ablagerung. Wie es unten weiter beschrieben wird, sehen die bevorzugten Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung einheitlich gekrümmte Dornen vor.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher von der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die unten ausgeführt wird, im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht im Ausschnitt, die Bereiche eines Zwischenschalters während eines Schritts eines Herstellungsvorgangs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 2, 3 und 4 sind Ansichten, die ähnlich zu derjenigen aus Fig. 1 sind, aber den Zwischenschalter während späteren Schritten des gleichen Vorgangs darstellen.
Fig. 5 ist eine diagrammartige perspektivische Ansicht, die einen durchgängigen Leiter und Kontakte des Zwischenschalters aus Fig. 1 bis 4 darstellt.
Fig. 6 ist eine weitere Ansicht ähnlich zu derjenigen aus Fig. 1 bis 4, aber stellt den vervollständigten Zwischenschalter dar.
Fig. 7 ist eine diagrammartige Seitenansicht, die gestapelte Komponenten am Anfang eines Zusammenfügeprozesses darstellt, wobei der Zwischenschalter aus Fig. 1 bis 6 verwendet wird.
Fig. 8 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht im Ausschnitt, die einen Teil der Komponenten darstellt, die in Fig. 7 am Anfang des Zusammenfügevorgangs dargestellt sind.
Fig. 9 ist eine Ansicht ähnlich zu derjenigen aus Fig. 8, aber stellt die Komponenten in einem späteren Zustand im Zusammenfügevorgang dar.
Fig. 10 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht im Ausschnitt, die Bereiche eines Zwischenschalters während eines Schritts eines Herstellungsvorgangs gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 11 bis 14 einschließlich sind Ansichten ähnlich zu Fig. 10, aber stellen den Zwischenschalter in nachfolgenden, späteren Schritten des Herstellungsvorgangs dar.
Fig. 15 ist eine diagrammartige Draufsicht im Ausschnitt von der Oberfläche des Zwischenschalters, der in der Querschnittsansicht in Fig. 14 gezeigt ist.
Fig. 16 ist eine Ansicht ähnlich zu Fig. 10 bis 15, aber stellt den vervollständigten Zwischenschalter dar.
Fig. 17 ist eine diagrammartige perspektivische Ansicht, die einen durchgängigen Leiter und Kontakte des Zwischenschalters aus Fig. 10 bis 16 darstellt.
Fig. 18 ist eine diagrammartige Draufsicht im Ausschnitt, die Teile von gestapelten Komponenten während eines Zusammenfügevorgangs darstellt, wobei der Zwischenschalter aus Fig. 10 bis 17 verwendet wird.
Fig. 19 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht, die entlang der Linie 19-19 aus Fig. 18 genommen ist.
Fig. 20 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht im Ausschnitt in einem vergrößerten Maßstab, die die Komponenten während eines späteren Schritts des Zusammenfügevorgangs darstellt.
Fig. 21 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht, die einen Zwischenschalter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 22 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht im Ausschnitt, die einen Zwischenschalter in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt, in Verbindung mit anderen Komponenten während eines Schritts eines Zusammenfügevorgangs.
Fig. 23 ist eine Ansicht entlang der Linie 23-23 aus Fig. 22.
Fig. 24 ist eine Ansicht ähnlich zu Fig. 22, aber stellt einen späteren Schritt in dem Zusammenfügevorgang dar.
Fig. 25 ist eine Ansicht entlang der Linie 25-25 aus Fig. 24.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein Vorgang in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung beginnt mit einem Körper 30 in der Form eines Blatts von dielektrischem Material, das eine erste oder obere Oberfläche 32 und eine zweite oder untere Oberfläche 34 hat. Das dielektrische Material sollte ein Material sein, das einen verhältnismäßig hohen Elastizitätsmodul hat, wie ein Polyimidmaterial. Ein geeignetes Polyimid ist unter dem Warenzeichen UPILEX von der Ube Corporation erhältlich. Das Blatt 30 ist wünschenswerterweise etwa 15-50 Mikron ("u") dick, und insbesondere vorzugsweise etwa 25 u dick. Eine Schicht 36 eines temporären Schichtmaterials, das empfänglich für Ätzen durch ein Ätzmittel ist, das den Körper 30 nicht angreift, ist auf die obere Oberfläche des Körpers 30 beschichtet. Das temporäre Schichtmaterial ist wünschenswerterweise ein Metall, wie Aluminium, Zinn oder Nickel, das durch Ätzen entfernt werden kann. Die temporäre Schicht 36 kann etwa 15-100 u oder mehr dick sein, insbesondere wünschenswerterweise etwa 50 u dick. Eine zweite temporäre Schicht 38, ähnlich zu der Schicht 36, ist auf der Bodenoberfläche 34 des Körpers aufgebracht.
Fotoresistschichten 40 und 42 sind auf den temporären Schichten 36 und 38 aufgebracht und werden dann fotografisch ausgesetzt, um Öffnungen 44 und 46 jeweils zu entwickeln. Die Resistschichten 40 und 42 können aus einem gewöhnlichen Fotoresistmaterial gefertigt sein. Trockenfilmfotoresiste werden jedoch bevorzugt. Ein geeignetes Resist ist ein Trockenfilmresist, das etwa 25 u dick ist, der Art, die unter dem Warenzeichen DYNACHEM durch Morton Electrical Materials aus Tustin, Kalifornien, verkauft wird. Die Öffnungen 44 und 46 sind kreisförmig, wenn sie aus Richtungen senkrecht zu den Oberflächen 32 und 34 betrachtet werden. Die Öffnungen 44 und 46 sind auch koaxial miteinander auf einer gemeinsamen Achse 48, senkrecht zu den Oberflächen des Körpers 30. Obwohl nur ein einziges Set von ausgerichteten Öffnungen in der Ansicht im Ausschnitt aus Fig. 1 dargestellt ist, sind ausgerichtete, zahlreiche Sets in einer oder mehreren Reihen, die sich über die Oberflächen des Körpers erstrecken, vorhanden. Die Abstands- oder "pitch"-Abmessung zwischen benachbarten Paaren von Öffnungen wird so ausgewählt, dass sie dem Abstand der Anschlussflächen auf dem Panel oder einem anderen Element, das mit dem Zwischenschalter zusammengefügt wird, entspricht. Bevorzugte Strukturen gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung können mit Abstandsabmessungen von 1,5 mm oder weniger hergestellt werden, vorzugsweise etwa 0,5 bis 1,5 mm. Vorzugsweise ist jeder Satz von ausgerichteten Öffnungen 44 und 46 koaxial miteinander innerhalb einer Toleranz von etwa 10 u. Dieser Ausrichtungsgrad kann durch eine herkömmliche Filmbehandlung und Expositionsvorrichtungen, wie ein herkömmliches zweiseitiges Expositionswerkzeug, erzielt werden. Das Blatt 30 ist typischerweise mit Führungslöchern (nicht gezeigt) in Rahmen entfernt von dem Gebiet versehen, das verwendet wird, um den Zwischenschalter zum Handhaben und Ausrichten des Blatts zu bilden. Eine Ausrichtung basierend auf solchen Löchern ist für diesen Schritt ausreichend.
In dem nächsten Schritt des Vorgangs wird das Blatt mit den temporären Schichten und Fotoresistschichten einem Ätzmittel ausgesetzt, wie einer kaustischen Lösung, die geeignet ist, die temporären Schichten 36 und 38 isotropisch zu ätzen. Das heißt, das Ätzmittel greift die temporären Schichten in im wesentlichen gleichmäßigen Raten in allen Richtungen an, überall dort, wo die temporären Schichten den Öffnungen freigelegt sind. Die Ätzmittel greifen die erste oder obere temporäre Schicht 36 durch die Öffnung 44 progressiv an, bis die erste oder obere Oberfläche 32 des Körpers 30 freigelegt ist. Gleichzeitig hinterschneidet jedoch das Ätzmittel die Fotoresistschicht 40, beginnend von der Kante 50, die durch den Umfang der Öffnung 44 definiert wird und der freigelegten Oberfläche der Schicht 36. Somit bildet der Ätzvorgang eine Öffnung 52 in zunächst der temporären Schicht 36, wobei solch eine Öffnung eine Wand 54 im wesentlichen in der Form einer Rotationsoberfläche um eine mittlere Achse 48 hat. Die Erzeugende der Oberfläche 54 ist im wesentlichen in der Form eines Bogens, der seinen Mittelpunkt näherungsweise an der oberen Oberfläche der Schicht 36 hat, d. h. an der Oberfläche der temporären Schicht 36 entfernt von dem Körper 30. Somit ist die Wand 54 im allgemeinen in der Form eines Bechers oder eines Ausschnitts aus einem Toroid. Die Wand ist radial nach außen kegelförmig, weg von der zentralen Achse 48 in der vertikalen Richtung nach außen oder oben, weg von dem Körper 30, d. h. in Fig. 2 gesehen nach oben. Somit umfasst die erste oder obere temporäre Schicht 36 einen Rand 55, der jedes Loch 52 umfasst. Der Rand 55 hat eine progressiv zunehmende Dicke in der Radialrichtung, weg von der gemeinsamen mittleren Achse 48.
Der gleiche Ätzschritt bildet auch Öffnungen 56 in der zweiten temporären Schicht 38 oder temporären Bodenschicht 38, wobei diese Öffnungen hinsichtlich ihrer Konfiguration und Durchmesser ähnlich den Öffnungen 52 sind. Somit ist die Wand 58 jeder der Öffnungen 56 im wesentlichen in der Form eines Rotationskörpers um eine mittlere Achse 48 und ist radial nach außen kegelförmig, weg von der mittleren Achse in der Vertikalrichtung nach oben, weg von dem Körper 30. So wie er in dieser Beschreibung unter Bezug auf Merkmale, die mit einer Oberfläche eines Körpers in Verbindung sind, verwendet wird, bezeichnet der Ausdruck "nach oben" die Richtung aus solch einer Oberfläche, weg von dem Mittelpunkt des Körpers. Somit ist unter Bezug auf die zweite Oberfläche 34 des Körpers 30 die Richtung "nach oben" die Richtung in Richtung auf den Boden der Zeichnung, wie sie in Fig. 2 zu sehen ist. Die zweite temporäre Schicht 38 umfasst Ränder von progressiv ansteigender Dicke 39, die die Öffnungen 56 umfassen. Jede Öffnung 56 in der zweiten Schicht 38 ist im wesentlichen koaxial mit der entsprechenden Öffnung in der oberen oder ersten Öffnungsschicht 36. Nach herkömmlichen Spül- und Deaktivierungsschritten werden Löcher 60 in dem Körper 30 geformt, indem das Material des Körpers eine Ablation durchmacht. Die Ablation wird ausgeführt, indem Strahlungsenergie auf eine erste Oberfläche 32 durch die Löcher 52 in der oberen oder ersten temporären Schicht gerichtet wird. Die Strahlungsenergie kann aufgebracht werden, indem ein Laser, wie ein KrF Exzimer-Laser mit einer Wellenlänge von 308 nm, verwendet wird. Die temporäre Schicht 36, und insbesondere die Ränder 55, die unmittelbar die Öffnungen umfassen, schützen den Körper 30 von der einfallenden Strahlungsenergie. Somit werden die Löcher 60 in dem Körper 30 gebildet. Jedes Loch 60 ist koaxial mit der entsprechenden Öffnung 52 in einer Schicht 36 und somit mit der gemeinsamen Achse 48 und mit der entsprechenden Öffnung 56 in der Schicht 38. Das Maskieren der oberen Schicht justiert den Durchmesser des Lochs 60 inhärent auf den Durchmesser der Öffnung an dem Scheitel des Rands 55, d. h. den Durchmesser an der Verbindung des Rands 55 mit der oberen Oberfläche 52 des Blatts. Somit sind für jeden Satz von Öffnungen die Umfangswand 54 der Öffnung in der oberen Schicht, die Umfangswand 62 des Lochs 60 und die Umfangswand 58 der Öffnungen in der zweiten oder Bodenschicht 38 im wesentlichen kontinuierlich miteinander. Eine absolute Glattheit oder Kontinuität wird nicht verlangt. Somit kann die Strahlungsenergie nach außen neben dem Rand 55 der ersten temporären Schicht gestreut werden, was bewirkt, dass der Durchmesser des Lochs 60 leicht von der oberen Oberfläche 52 des Körpers 2 zum Boden der Oberfläche 34 variiert. Dies kann zu einer kleinen Furche führen, weniger als einige wenige Mikron hoch, an der Verbindung der Lochoberfläche 62 mit der Öffnungsoberfläche 58 an dem Scheitel des Rands 59. Solche Furchen beeinträchtigen den Vorgang normalerweise nicht.
Nach dem Bilden von Löchern 60 werden zusätzliche Fotoresistschichten 64 und 66 auf die erste oder obere temporäre Schicht 36 und die zweite oder bodentemporäre Schicht 38 jeweils aufgebracht. Diese Schichten überbrücken anfänglich über die Öffnungen in den temporären Schichten und somit ebenso den Löchern 60. Die Resistschichten 64 und 66 können durch ein Trockenfilmresist gebildet werden und können sich über die Öffnungen und Löcher in den darunterliegenden Schichten erstrecken, ohne diese zu füllen. Die Fotoresistschichten werden freigelegt, indem herkömmliche Techniken verwendet werden, so dass Paare von Öffnungen 68 und 70 in der oberen und unteren Resistschicht jeweils in Ausrichtung mit den Löchern 60 und somit koaxial mit den Öffnungen 52 und 56 in den temporären Schichten 36 und 38 gebildet werden. Die Löcher 68 sind kreisförmig und etwas größer als der maximale Durchmesser des entsprechenden Durchmessers der entsprechenden Öffnungen in der Schicht 36, so dass ein kleiner Anschlag 72 um den Umfang jeder Öffnung gebildet wird. In ähnlicher Weise ist jedes Loch 70 etwas größer als der maximale Durchmesser der entsprechenden Öffnung 56.
Ein elektrisch leitendes Strukturmaterial, wie ein Metall, wird dann innerhalb des Lochs 60 und innerhalb der Öffnungen 52 und 56 in der temporären Schicht abgelagert. Der Ablagerungsvorgang kann durchgeführt werden, indem auf den Oberflächen der Löcher und Öffnungen beispielsweise ein Palladiumsalz oder ein anderes ablagerungsvorantreihendes Salz eingeimpft wird, und indem dann das metallische Strukturmaterial durch Platierung über die eingeimpfte Schicht aufgebracht wird. Das Einimpfen wird vor dem Anbringen der Fotoresistschichten 64 und 66 durchgeführt. Das Strukturmaterial kann als eine kontinuierliche, integrale Schicht 74 aufgebracht werden, die die Umfangsoberflächen 62 der Löcher in dem Körper bedeckt und auch die Umfangswände 54 und 58 der Öffnungen in den temporären Schichten. Die Schicht mit Strukturmaterial sollte sich radial nach außen von den Öffnungen erstrecken und die Anschläge 72 bedecken.
Das Strukturmaterial sollte relativ biegsam sein. Metalle, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Gold, Kupfer, Zinn, Nickel und Legierungen und Kombinationen davon besteht, werden bevorzugt. Gold ist insbesondere bevorzugt, wenn die Strukturmaterialschicht nur ein Metall umfasst. Die Strukturmaterialschicht ist wünschenswerterweise etwa 2 bis etwa 20 u dick, insbesondere vorzugsweise zwischen etwa 5 u und etwa 10 u dick. Alternativ dazu kann die Strukturmaterialschicht 74 verschiedene Unterschichten umfassen, wie eine metallische Strukturunterschicht, eine Diffusionsbarriereunterschicht und eine der Korrosion widerstehende Unterschicht. Besonders nützliche Unterschichts-Strukturmetallkombinationen sind wie folgt. TABELLE I
Eine weitere Schicht 76 eines elektrisch leitenden Verbindungsmaterials wird über die Strukturmetallschicht 74 durch einen herkömmlichen Ablagerungsvorgang, wie Elektroplatieren aufgebracht. Das elektrisch leitende Verbindungsmaterial kann ein Weichlot, Hartlot, Diffusionsverbindungsmaterial, eutektisches Verbindungsmaterial oder ein Polymer, das mit elektrisch leitenden Partikeln gefüllt ist, sein. Vorzugsweise ist das Verbindungsmaterial geeignet, aktiv zu werden und bei einer vorbestimmten erhöhten Temperatur zu verbinden. Einige geeignete Verbindungsmaterialkompositionen sind in Tabelle II untenstehend angegeben. In Tabelle II bezieht sich der Eintrag unter der Überschrift "Anschlussflächenoberfläche" auf die bevorzugte Anschlussflächenoberfläche zum Zusammenfügen mit dem speziellen Verbindungsmaterial. Auch können herkömmliche Schutzschichten, wie eine dünne Goldschicht, über die leitende Verbindungsmaterialschicht 76 aufgebracht werden, um diese vor Korrosion vor der Verwendung zu schützen. TABELLE II
Das Strukturmetall 74 und das Verbindungsmaterial 76 bilden somit integrale Durchgänge, wobei jeder solche integrale Durchgang einen durchgängigen Leiter 78 umfasst, der sich durch die Schicht 30 erstreckt, einen Kontakt 80 auf der ersten Seite des Körpers 30 und einen weiteren Kontakt 82 auf der gegenüberliegenden Seite des Körpers. Ein solcher Durchgang ist in Fig. 5 dargestellt. Der erste oder obere Oberflächenkontakt ist im allgemeinen becherförmig und erstreckt sich radial nach außen in horizontalen Richtungen weg von der mittleren Achse 48. Der Kontakt erstreckt sich somit von dem ersten Ende 86 des Leiters 78 zu einem Umfang 84 entfernt von dem Leiter und entfernt von der mittleren Achse 48. Der im wesentlichen becherförmige Kontakt 80 definiert eine Öffnung 88, die nach oben gerichtet ist, vertikal nach außen, weg von dem Leiter 78 und somit weg von dem dielektrischen Körper 30 (Fig. 4). In dieser Ausführungsform ist der gesamte Kontakt ein Rotationskörper um die mittlere Achse 48. Der Kontakt 82 an dem zweiten oder unteren Ende 90 des Leiters 78 hat eine ähnliche Konfiguration, aber öffnet sich nach unten in der gegenüberliegenden Richtung vertikal nach unten oder oben, weg von der zweiten Oberfläche 34 des Körpers.
Nachdem die Durchgänge gebildet sind, werden sie optional mit einem fließfähigen, leitfähigen Füllmaterial 92 gefüllt, wie durch Schablonierung oder Quetschaufbringung über die temporären Schichten und Durchgänge. Das Füllmaterial 92 ist vorzugsweise so angeordnet, dass es fest bei Temperaturen unter der Aktivierungstemperatur des leitfähigen Verbindungsmaterials 76 bleibt. Geeignete Füllmaterialien umfassen Polymere und Polymerprecursor mit leitfähigen Partikeln darin verteilt. Das Polymermaterial kann ein aushärtbares Material, wie ein Epoxid im B-Zustand oder ein teileise ausgehärtetes Epoxid sein, oder ein Thermoplast, wie ein Polyimidsiloxan. Nach dem Füllen werden die temporären Schichten 36 und 38 durch Ätzen mit einer Laugflüssigkeit entfernt. Der Ätzvorgang entfernt auch jeglichen Oberflächenabfall, der von vorangegangenen Schritten zurückgelassen ist. Das Entfernen der temporären Schichten lässt Bereiche der Kontakte vertikal von den Oberflächen des Körpers beabstandet. Somit ist der becherförmige Kontakt 80 vertikal über der ersten Oberfläche 32 des Körpers 30 beabstandet. Der Abstand nimmt progressiv von Null an der Verbindung des Kontakts mit dem Leiter 78 zu einem Maximalwert an dem Umfang 84 des Kontakts zu. In ähnlicher Weise ist der Kontakt 82 auf der gegenüberliegenden vertikal nach außen gerichteten Richtung weg von der zweiten Oberfläche 34 beabstandet, wobei der Abstand von Null an der Verbindung des Kontakts mit dem Leiter 78 zu einem Maximalwert an dem Umfang des Kontakts zunimmt.
Nach dem Entfernen der temporären Schichten werden die Schichten 94 und 96 eines fließfähigen, dielektrischen Haftmittels auf die Oberflächen des Körpers aufgebracht. Das fließfähige, dielektrische Material oder Haftmittel wird auch ausgewählt, so dass es fließt und eine Verbindung mit benachbarten, dielektrischen Materialien bei einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur bildet, die näherungsweise gleich der Aktivierungstemperatur des leitfähigen Verbindungsmaterials 76 ist. Das Haftmittel kann durch Verfahren, wie ein Schirmdrucken (screen printing), das Aufbringen einer Trockenfilmvorform und einer Quetschaufbringung aufgebracht werden. Wünschenswerterweise ist die Dicke der Haftschichten geringer als die vertikale Erstreckung der Kontakte 80 und 82, so dass die Kontakte vertikal über die Haftschichten vorstehen. Das Haftmittel kann ein Material sein, das gewöhnlich als Schnellgreif-Aushärthaftmittel (snap-cure adhesive) bezeichnet wird. In diesem Zustand ist der Zwischenschalter nun fertig zur Verwendung.
Bei einem Verbindungsvorgang gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden eine Vielzahl von Zwischenschaltern 95, wie die Zwischenschalter, die in dem Verfahren der Fig. 1 bis 6 hergestellt sind, in verzahnten, wechselweisen Anordnungen mit einer Vielzahl von Schaltkreisplatten 98 (Fig. 7) gestapelt, so dass ein Zwischenschalter zwischen jedes Paar von benachbarten Schaltkreisplatten angebracht ist, und so, dass die Schaltkreisplatten und Zwischenschalter einer auf dem anderen übereinandergelegt werden. Die Schaltkreisplatten sind gewöhnlicherweise Lamellenstrukturen, d. h. plattenartige oder blattartige Strukturen, die eine Hauptoberfläche mit Kontaktanschlussflächen 100 darauf haben. Die Panele 98 können auch Leiter 10 (Fig. 8) haben, die sich in den horizontalen Richtungen erstrecken (die Richtungen nach links und rechts und in und aus der Ebene der Zeichnungen in Fig. 7 und 8), ebenso wie interne durchgängige Leiter oder Durchgänge (nicht gezeigt), die die Anschlussflächen 100 auf entgegengesetzt gerichteten Hauptoberflächen jedes Panels 98 miteinander verbinden. Der Stapelschritt dient dazu, die Anschlussflächen 100 mit den Kontakten 80 und 82 auszurichten, so dass jede Anschlussfläche in Richtung auf den zugehörigen Kontakt gerichtet ist und dort lagert, in der Nähe des Umfangs davon. Jede Anschlussfläche 100 lagert somit auf dem dazugehörigen Kontakt 80 an Orten entfernt von seiner mittleren Achse 48 und an Orten, an denen der Kontakt vertikal von dem Körper 30 beabstandet ist.
In dem nächsten Schritt des Verfahrens wird der Stapel komprimiert und erwärmt, wie durch Quetschen des Stapels zwischen beheizten Platten (nicht gezeigt). Die Kompression drückt die Kontakte des Zwischenschalters mit den Anschlussflächen der Schaltkreispanele durch Kraft in Eingriff und drückt die Kontakte 80 und 82 vertikal und axial in Richtungen parallel zu der zentralen Achse 48 und in Richtung auf die Mittelebene des Zwischenschalterkörpers. Wenn jeder Kontakt axial komprimiert wird, erstreckt er sich radial nach außen, in horizontalen Richtungen, weg von der mittleren Achse 48. Somit neigen die becherförmigen Kontakte 80 und 82 dazu, sich nach unten zu biegen, in Richtung auf die mittlere Ebene des Körpers und nach außen. Diese Handlung ist im wesentlichen ähnlich zum Stauchen oder Umlegen einer Niete. Wenn sich der Kontakt nach außen dehnt, wischt er über die Oberfläche der dazugehörigen Anschlussfläche 100 auf dem entsprechenden Panel. Dieses Wischen ist insbesondere effektiv, da es unter wesentlichen axialen oder vertikalen Belastungen während des Kompressionsschritts auftritt.
Diese Handlung setzt sich fort, wenn die Panele sich enger aneinander hin bewegen, während des Kompressionsschritts, bis das Zusammenfügen den Zustand erreicht, der in Fig. 9 dargestellt ist. Während dieses Vorgangs füllt das fließfähige, dielektrische Material oder Haftmittel in den Schichten 94 und 96 die Räume zwischen dem Körper 30 jedes Zwischenschalters und den Hauptoberflächen der benachbarten Schaltkreispanele. Das dielektrische Material fließt, dass es die Räume zwischen den Leitern 102 auf den Oberflächen der Panele füllt. Dies bildet eine im wesentlichen gleichmäßige, vielschichtige Struktur, die im wesentlichen frei von Leerräumen ist. Gleichzeitig bildet das elektrisch leitfähige Verbindungsmaterial 76 auf den Kontakten des Zwischenschalters eine metallurgische Verbindung mit den Anschlussflächen 100 der Schaltkreispaneele. Die metallurgische Verbindungshandlung ist in großem Maß unterstützt durch das Wischen, das während des Kompressionsschritts auftritt. Das Füllmaterial 92 innerhalb jedes Kontakts oder jeder Durchgangsstruktur fließt in Eingriff mit den Anschlussflächen 100, die mit solch einer Durchgangsstruktur in Eingriff sind. Das Fließen dieses Füllmaterials wird effektiv durch die umfassenden Wände der Kontkte begrenzt. Entsprechend verunreinigt das Füllmaterial nicht benachbarte Komponenten und bewirkt keinen Kurzschluss.
Ein Zwischenschalterfertigungsprozess gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beginnt mit einer leitfähigen, vorzugsweise metallischen Schicht 200 (Fig. 10), wie 25% hartgerolltes und geglühtes Kupfer, etwa 30 bis 70 u dick, typischerweise etwa 50 u dick, die Metallschicht wird gereinigt, wobei herkömmliche Verfahren, wie ein Schwefelperoxidätzen, verwendet werden, gespült und dann passiviert oder geschützt, indem sie in einem Passivierungsmittel, wie Äthylendiazol, gewaschen wird. Die Resistschichten 202 und 204 werden auf die Oberflächen der Schicht aufgebracht, wie beispielsweise durch Laminieren der Schichten als trockne Filme. Die Resistschichten sind wünschenswerterweise etwa 50 u dick. Das Resist wird gehärtet, wie durch Backen, und dann in einem Muster entwickelt, das zusammenpassende Paare von zylindrischen Löchern 206 und 208 in der oberen und unteren Schicht 202 und 204 jeweils umfasst. Die Löcher jedes Paars sind koaxial auf einer gemeinsamen, mittleren Achse 210. Die Achsen 210 sind in einem regelmäßigen Gittermuster verteilt, in Abständen, wie sie oben beschrieben sind, typischerweise 0,5 bis 1,5 mm. In dem nächsten Schritt wird die Schicht 200 von beiden Seiten geätzt, wobei eine isotrope Ätzlösung verwendet wird. Wenn die Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt ist, kann die Ätzlösung eine Lösung aus CuCl und HCl sein. Wenn das Ätzen die Schicht 200 durch die Löcher in den Resistschichten angreift, durchlöchert sie die Schicht, so dass Löcher 212 gebildet werden, die auf Achsen 210 zentriert sind. Jedes Loch 212 hat einen engsten Punkt oder Hals 214 in der Nähe der mittleren Ebene 215 der Schicht 200, d. h. der Ebene, die in gleichem Abstand von der oberen und unteren Oberfläche der Schicht ist. Jedes Loch 212 hat Wände, die radial nach außen von dem Hals 214 zu den Oberflächen der Schicht geneigt sind. Eine verhältnismäßig langsame Ätzrate, wobei eine gemäßige HCl- Konzentration verwendet wird, wird bevorzugt, um die geneigte Wandkonfiguration zu bilden. Jedes Loch 212 kann einen minimalen Durchmesser von etwa 100 bis etwa 250 Mikron, vorzugsweise etwa 125 Mikron, haben. Die maximalen Durchmesser jedes Lochs an den Oberflächen des Blatts sind typischerweise etwa 125 bis etwa 300 Mikron.
Nachdem die Löcher gebildet sind, werden die Resistschichten 202 und 204 entfernt. Punkte 216 eines weiteren Resists werden auf die obere Oberfläche der Schicht 200 aufgebracht. Jeder solche Punkt kann etwa 50 Mikron bis etwa 100 Mikron Durchmesser haben. Das Resist 216 kann die gleiche Komposition wie die Resistschichten 202 und 204 haben und kann durch einen ähnlichen Vorgang aufgebracht werden. Die Punkte 216 werden in einem regelmäßigen Gittermuster aufgebracht, das von dem Gittermuster der Löcher 212 und den Achsen 210 verschoben ist. Wie weiter unten diskutiert wird, bilden die Orte, die durch die Punkte 216 bedeckt sind, direkt Kontakte, die mit der Schicht 200 verbunden sind, die als ein Ebenenleiter verwendet wird, wie eine Erdungsebene oder eine Leistungsebene in der fertiggestellten Struktur. Entsprechend werden die Punkte 216 in einem Gitter positioniert, das den Erdungs- oder Leistungsebenen- Verbindungsanschlussflächen auf dem Element entspricht, mit dem der Zwischenschalter eingesetzt wird. Nach dem Aufbringen der Resistpunkte 216 wird eine konforme Beschichtung eines dielektrischen Materials 218 über die Schicht 200 aufgebracht. Die konforme Beschichtung bedeckt die Schicht 200, umfassend die Oberflächen innerhalb der Löcher 212. Die Beschichtung hat eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke auf den Oberflächen der Schicht und innerhalb der Löcher. Wünschenswerterweise ist die Beschichtung zwischen etwa 20 u und etwa 50 u dick, vorzugsweise etwa 38 u. Das dielektrische Material wird vorzugsweise durch elektrophoretische Ablagerung aufgebracht.
Bei dem elektrophoretischen Ablagerungsvorgang wird die Schicht 200 elektrisch mit einer Potentialquelle 220 verbunden und mit einer Gegenelektrode in ein Bad einer flüssigen elektrophoretischen Ablagerungsmischung eingetaucht. Das Potential, das durch die Quelle 220 aufgebracht wird, lagert festes Material von der elektrophoretischen Ablagerungsmischung ab. Bevorzugte elektrophoretische Ablagerungsmischungen umfassen Materialien, die unter der Bezeichnung Powercron cationic acrylic (700-900 Serie) oder Powercron cationic epoxy (400-600) durch die PPG Company bereitgestellt werden. Vorzugsweise erstrecken sich die leitfähige Schicht 200 und die Gegenelektrode (nicht gezeigt) horizontal in dem Bad und sind in einem gleichmäßigen Abstand voneinander angebracht, typischerweise etwa 2 cm. Die Gegenelektrode sollte größer als die Schicht sein, so dass sich die Gegenelektrode über die Kanten der Schicht erstreckt. Die Stromdichte während des elektrophoretischen Ablagerungsschritts wird vorzugsweise unter etwa 1 Milliampere pro Quadratzentimeter aufrechterhalten, so dass eine Blasenbildung in der abgelagerten Beschichtung minimiert wird. Wünschenswerterweise wird der Strom während des Ablagerungsvorgangs konstant gehalten. Das Potential, das aufgebracht wird, kann etwa 100 V sein, und der Prozess dauert typischerweise etwa 4 Minuten. Nach dem elektrophoretischen Ablagerungsprozess wird die beschichtete Schicht oder der Körper aus dem Bad entfernt, gewaschen, um hängegebliebene, nicht abgelagerte Lösung zu entfernen, und dann gebacken, um die abgelagerte Beschichtung auszuhärten.
Der abgelagerte, dielektrische Körper 218 hat eine erste oder obere Oberfläche 222 und eine zweite oder untere Oberfläche 224 und hat Löcher 226, die sich insgesamt durch den Körper von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche erstrecken. Die Löcher 226 erstrecken sich durch die Löcher 212 der Schicht 200 und haben Wände in der Form von Rotationsoberflächen um die mittlere Achse 210. Jedes Loch 226 hat einen Hals oder kleinsten Durchmesser in der Nähe der mittleren Ebene des Körpers 218, d. h. näherungsweise in der mittleren Ebene 215 der Schicht 200, und näherungsweise auf halber Strecke zwischen der ersten Oberfläche 222 und der zweiten Oberfläche 224. Die Wände jedes Lochs 226 sind radial nach außen von der mittleren Achse 210 in Richtungen radial nach außen geneigt, weg von der mittleren Ebene 215, so dass der Durchmesser jedes Lochs 226 graduell zu einem Maximalwert an der ersten Oberfläche 222 und zweiten Oberfläche 224 zunimmt. Auf eine andere Weise ausgedrückt umfasst jede Oberfläche 222 und 224 einen ebenen Hauptbereich, und die Löcher bilden Vertiefungen 227 in den Oberflächen 222 und 224, wobei die Vertiefungen ineinander an der mittleren Ebene 215 übergehen. Das Resist 216 wird nach der Deposition des dielektrischen Materials entfernt, typischerweise bevor das dielektrische Material gehärtet wird. Das Entfernen des Resists 216 läßt zusätzliche Vertiefungen 228 zurück, die sich nach innen von der ersten Oberfläche 222 des dielektrischen Körpers zu der metallischen Schicht 200 erstrecken.
In dem nächsten Schritt des Vorgangs wird ein Strukturmaterial, wie die Strukturmaterialien, die obenstehend diskutiert worden sind, auf alle der Oberflächen des dielektrischen Körpers 218 platiert, einschließlich der inneren Oberflächen der Löcher 226 und die Vertiefungen 228. Der Ablagerungsvorgang kann die Schritte des Bestückens der Oberflächen haben, wie durch Exposition an einen flüssigen Bestückungsvorgang oder durch Ablagerung durch Verdampfen. Zum Beispiel kann eine die Adhäsion unterstützende Schicht aus Chrom, typischerweise etwa 0,1 Mikron dick, aufgebracht werden, der eine 1 Mikron-Schicht Kupfer nachfolgt. Die Impfschicht 230 berührt die metallische Schicht 200 in den Vertiefungen 228 und ist somit elektrisch mit der metallischen Schicht verbunden. Der Rest des Strukturmaterials wird dann elektroplatiert über die Impfschicht 230, wie durch Verbinden einer elektroplatierenden Potentialquelle 231 mit einer Metallschicht 200 und durch Tauchen der Anordnung in ein elektroplatierendes Bad mit einer Gegenelektrode (nicht gezeigt). Das Strukturmaterial ist in Übereinstimmung mit der Form des dielektrischen Körpers. Wenn das Strukturmaterial abgelagert ist, füllt es vollständig die Hälse oder engsten Punkte der Löcher 226, so dass es einen festen Leiter 233 bildet, der sich durch jedes Loch 226 erstreckt. Das Strukturmaterial füllt jedoch nicht vollständig diejenigen Bereiche der Löcher oder Vertiefungen neben den Oberflächen 222 und 224 des Körpers. Anstatt dessen wird das Strukturmaterial als eine Schicht auf den nach außen gekrümmten Wänden der Löcher 226 abgelagert, so dass eine nach außen geneigte, hornförmige Schale 232 gebildet wird, integral mit Leiter 233, innerhalb jeder Vertiefung 227 an den Oberflächen 222 und 224. Auf ähnliche Weise werden die Vertiefungen 228 teilweise durch das abgelagerte Material gefüllt, das eine ähnliche nach außen gebogene Schale 234 an der Öffnung jeder solchen Vertiefung auf der ersten Oberfläche 222 bildet. Das Strukturmaterial verbindet auch die nach außen geneigten Schalen 234 mit dem ebenen Leiter oder Schicht 200. Das Strukturmetall bildet zusätzlich ebene Strukturen 236, die die ebenen Hauptbereiche der Oberflächen 222 und 224 des dielektrischen Körpers bedecken.
In dem nächsten Schritt des Vorgangs wird ein zusätzliches Resist 238 über die metallische Strukturschicht aufgebracht. Das Strukturmetall verbindet auch elektrisch jede der nach außen geneigten Schalen 234 mit der Schicht 200. Wiederum kann ein elektrisches Potential durch die Schicht 200 aufgebracht werden und somit auf das Strukturmaterial durch die Schalen der Schichten 234. Zum Beispiel kann dieses Resist bis zu einer Dicke von etwa 25 u abgelagert werden. Ein geeignetes Resist wird unter der Bezeichnung EAGLE elektrophoretisches Resist durch die Shipley Company, Marlborough, Massachusetts, verkauft und kann bis zu der gewünschten Dicke in etwa 3 Minuten bei etwa 200 V abgelagert werden. Dieses Resist wird dann durch Aufbringen einer Cellulosebeschichtung, durch Trocknen und Backen ausgehärtet. Das Resist 238 wird dann freigelegt und auf die herkömmliche Weise entwickelt, wobei eine fotografische Exposition auf beiden Seiten verwendet wird.
Die fotografische Musterung ist so angeordnet, dass sie im wesentlichen X-förmige Öffnungen 240 (Fig. 15) in den Resistschichten 238 vorsieht. Diese Öffnungen sind in Lagegenauigkeit mit den Schalen 232 an den durchgängigen Leitern 233 und in Lagegenauigkeit mit den Schalen der Potentialebene oder den Durchgängen 234. Die Öffnungen 240 an jeder Schale 232 sind symmetrisch um die zentrale Achse 210 der Schale. Jede Öffnung 240 umfasst eine mittlere Zone 241 in der Nähe der zentralen Achse 210 und umfasst ferner Schlitze 242, die sich radial nach außen von dem mittleren Bereich 241, weg von der mittleren Achse 210, erstrecken. Die Resistschicht hat somit Vorsprünge 244, die sich nach innen in Richtung auf die mittlere Achse 210 erstrecken. Diese Vorsprünge beginnen an Orten auf der flachen metallischen Schicht 236 und erstrecken sich radial nach innen zu Orten innerhalb der Schalen 232. Somit erstrecken sich die Resistdornen 244 axial oder vertikal nach unten in Richtung auf die Mittelebene 215 des Zwischenschalterkörpers. Ähnliche X-förmige Öffnungen 240 sind an den Schalen 234 vorgesehen. Wie am besten unter Bezug auf Fig. 15 zu verstehen ist, sind die Durchgangslöcher in dem dielektrischen Körper in einem gleichmäßigen, rechtwinkligen Gittermuster mit Reihen und Spalten angeordnet. Die Schlitze 242 sind auf Diagonalen auf diesem Gitter angeordnet. Ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial, wie dasjenige, das obenstehend diskutiert ist, wird dann auf die Struktur platiert, innerhalb der Öffnungen 240. Das Verbindungsmaterial bedeckt somit Bereiche der Schalen 232 und 234 und bedeckt auch kleinere Bereiche der ebenen Strukturen 236. In diesem Zustand des Vorgangs sind alle Bereiche des Strukturmaterials noch elektrisch kontinuierlich mit der Schicht 200, und somit kann ein elektrisches Potential zum Platieren durch die Schicht 200 zum Elektroplatieren aufgebracht werden.
Das Resist 238 wird dann abgestreift und das Strukturmetall wird geätzt. Während dieses Ätzschritts wirkt das Verbindungsmaterial 246 als eine Ätzmaske. Die Bereiche des Strukturmetalls, die vorher durch Resistschichten 238 bedeckt waren, werden entfernt. Dies legt ebene Teile der ersten Oberfläche 222 und zweiten Oberfläche 224 des dielektrischen Körpers 218 frei und lässt Kontakte 250 zurück, die Formen entsprechend den X-Formen der Fenster 238 haben. Die Kontakte 250 sind an beiden Enden von jedem durchgängigen Leiter 233 vorgesehen. Wie es am besten aus Fig. 17 zu sehen ist, umfasst jeder Kontakt 250 einen im wesentlichen becherförmigen mittleren Bereich 252, der im wesentlichen in der Form eines Rotationskörpers um die zentrale Achse 210 ist, wobei er einen Rand oder eine äußere Kante bei einem Radius Re von der zentralen Achse hat. Der Kontakt umfasst ferner vier Dornen 254, die radial nach außen von dem Rand des becherförmigen mittleren Bereichs vorstehen, wobei jeder solche Dorn eine Spitze 256 an einem Radius Rt von der Achse 210 hat. Für Kontakte, die in einem rechtwinkligen Gitter in einem Abstand oder Kontakt-zu-Kontakt- Abstand entlang den Reihen und Säulen des Gitters zwischen etwa 0,5 und 1,0 mm (eta 20 bis 40 mils) angeordnet sind, ist 1% typischerweise zwischen etwa 100 u und etwa 230 u. Auf eine andere Weise ausgedrückt ist der maximale Durchmesser jedes Kontakts, gemessen über die Spitzen der gegenüberliegend gerichteten Dornen weniger als etwa 0,5 mm und wünschenswerterweise weniger als etwa 400 um. Vorzugsweise ist R~ etwa 40 bis etwa 100 u. Die Breite Wt jedes Dorns ist typischerweise etwa 25 bis etwa 50 u und steigt in Richtung auf den mittleren Bereich des Kontakts hin an. Der mittlere Bereich 252 jedes Kontakts 250 befindet sich innerhalb einer der Vertiefungen 272 in den Oberflächen 222 und 224 des dielektrischen Körpers, wohingegen die Dornen 254 vertikal oder axial nach außen von den mittleren Bereichen vorstehen, und sich nach außen von den Vertiefungen in den Oberflächen zu den umgebenden ebenen Bereichen der Körperoberflächen erstrecken. Die Dornen 254 erstrecken sich entlang der Diagonalen des rechtwinkligen Gitters der Achsen 210. Die Dornen und mittleren Bereiche umfassen eine kontinuierliche Metallstrukturschicht 258, die Bereiche umfasst, die ursprünglich als Schalen 232 gebildet sind, und andere Bereiche, die ursprünglich in den ebenen Strukturen 236 umfasst sind. Die metallische Strukturschicht 258 jedes Kontakts 250 ist kontinuierlich mit dem Strukturmetall des entsprechenden durchgängigen Leiters 233. Die Dornen und die zentralen, becherartigen Bereiche neigen sich radial nach außen, weg von der Achse 210 in der vertikalen Richtung oder der Richtung axial nach außen, weg von der Mittelebene des Körpers. Auf die gleiche Weise werden die Schalen 232 in Ebene-Leiterkontakte 252 (Fig. 16) umgewandelt. Jeder solche Ebene-Leiterkontakt hat im wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die durchgängigen Leiterkontakte 250, aber er ist metallurgisch mit dem Ebenen-Leiter oder der Schicht 200 verbunden.
Der Zwischenschalter aus Fig. 10 bis 17 kann mit Schaltkreispanelen oder anderen mikroelektronischen Komponenten in einem Zusammenfügevorgang ähnlich zu demjenigen, der oben beschrieben wurde, zusammengefügt werden. Bei dem Vorgang des Zusammenfügens wird einer der Zwischenschalter zwischen jedes Paar von Schaltkreispanelen 260 gestapelt. Die Schaltkreispanele 260 haben interne ebene Leiter 261. Die Panele 260 haben auch Signalanschlussflächen 262, die in einem gleichmäßigen, rechtwinkligen Gittermuster entsprechend dem rechtwinkligen Gittermuster der durchgängigen Leiter 232 angebracht sind, Kontaktachsen 210 und Kontakte 250 in dem Zwischenschalter, und haben auch Verbindungsanschlussflächen für ebene Leiter 264, wie eine Erdungs- oder Leistungsebenenanschlussfläche, an bestimmten Orten zwischen den Signalanschlussflächen 262. Die Anschlussflächen 262 und 264 sind im wesentlichen quadratisch. Die Seiten der Anschlussflächen erstrecken sich in der Richtung der Reihen und Spalten der Reihe der Anschlussflächen und somit sind die Diagonalen ausgerichtet mit den Diagonalen der Reihen.
Bei dem Stapelungsvorgang werden die Signalanschlussflächen 262 in Lagepassung mit den Signalkontakten 250 gebracht, wohingegen die Anschlussflächen der Potentialebene 264 mit den Kontakten der ebenen Leiter 252 in Lagepassung sind. Wenn die Anschlussflächen in Lagepassung mit den Kontakten 250 gebracht sind, sind die Anschlussflächen 254 der Kontakte mit den Diagonalen der quadratischen Anschlussflächen 262 ausgerichtet. Ein Kontakt 250 ist durch die unterbrochene Linie in Fig. 18 überlagert auf einer Anschlussfläche 262 dargestellt. Alle der anderen Signalkontakte 250 und ebenen Leiterkontakte 252 sind in ähnlicher Weise auf den zugehörigen Anschlussflächen ausgerichtet. Obwohl nur zwei Panele und ein Zwischenschalter in Fig. 19 dargestellt ist, kann der Stapelungsschritt mit jeder Anzahl von Panelen und Zwischenschaltern, die miteinander überlappen, durchgeführt werden.
Auch bei diesem Verfahren werden die gestapelten Elemente komprimiert und erwärmt. Wünschenswerterweise wird ein Vakuum während des Kompressionsschritts aufgebracht, um Luft zwischen den Panelen und Zwischenschaltern zu entfernen. Wenn die gestapelten Elemente komprimiert werden, lagern die Anschlussflächen 262 der Schaltkreispanele auf den Umgebungen der Kontakte 250, d. h. auf den Dornen 254 in der Nähe deren Spitzen. Wie es am besten in Fig. 20 veranschaulicht ist, tendiert diese Handlung dazu, die Dornen nach unten in Richtung auf die Mittelebene 215 des Zwischenschalters zu biegen, und tendiert dazu, jeden Dorn 254 in die danebenliegende Oberfläche 222 oder 224 des dielektrischen Körpers 218 zu drücken. Die Wärme, die während dieses Vorgangs aufgebracht wird, erweicht den dielektrischen Körper 218 und erleichtert somit das Biegen der Dornen. Wenn sich der Dorn nach unten verbiegt, bewegt sich die Spitze des Dorns radial nach außen von der mittleren Achse 210 des Kontakts. Dies bewirkt wiederum, dass die Oberfläche des Dorns über die Oberfläche der Anschlussfläche in Eingriff wischt. Wie oben herausgestellt wurde, unterstützt das Wischen das Bilden einer wirkungsvollen elektrischen Verbindung. Da die Dornen voneinander an ihren Spitzen getrennt sind, können die Dornen radial nach außen auf diese Weise gebogen werden, ohne das Strukturmaterial zu durchreißen oder wesentlich zu brechen. Weiterhin haben die einzelnen Dornenspitzen verhältnismäßig kleine Oberflächen und können in das darunterliegende dielektrische Material 218 gedrückt werden. Der becherförmige mittlere Bereich 251 jedes Kontakts tendiert dazu, fester zu sein als die Dornen. Da jedoch der mittlere Bereich in einer Vertiefung in der Körperoberfläche angebracht ist, so dass der mittlere Bereich relativ zu den Spitzen der Dornen und relativ zu der Hauptebene der Körperoberfläche ausgespart ist. Der mittlere Bereich kommt daher nicht in Eingriff mit der Anschlussfläche und hindert das Biegen der Dornen nicht wesentlich. Die ebenen Leiterkontakte 252 arbeiten auf die gleiche Weise. Die Wärme, die während des Vorgangs aufgebracht wird, aktiviert auch das leitende Verbindungsmaterial 246, so dass eine dauerhafte Verbindung zwischen den Dornen des Kontakts und der zugehörigen Anschlussfläche gebildet wird.
Das dielektrische Material auf dem Zwischenschalter fließt wünschenswerterweise in einem Ausmaß, das ausreicht, um Räume zwischen den Zwischenschaltern und Panelen zu füllen, einschließlich der Räume um die angehobenen Leiter auf den Paneloberflächen. Das dielektrische Material des Zwischenschalters haftet vorzugsweise auch auf den Materialien des Schaltkreispanels. Um ein Haften zu unterstützen, kann das dielektrische Material nur teilweise während des Zwischenschalterfabrikationsschritts ausgehärtet sein. Das Aushärten des dielektrischen Materials kann während der Kompressions- und Erwärmungsschritte des Zusammenfügevorgangs vervollständigt werden.
Zahlreiche Variationen und Kombinationen der Merkmale, die oben beschrieben sind, können verwendet werden, ohne von der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert wird, abzuweichen. In einer solchen Variante können die Oberflächen der Kontakte, die mit den Anschlussflächen in Eingriff kommen, mit kleinen Wölbungen oder Oberflächenunebenheiten versehen sein, um ein Kratzen während der Wischbewegung vorzusehen. Alternativ dazu oder zusätzlich können Unebenheiten auf den Kontaktanschlussflächen der Schaltkreispanele vorgesehen sein. Die Unebenheiten können aus dem Strukturmaterial gebildet sein, oder vorzugsweise aus dem elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterial auf den Oberflächen dieser Elemente.
Obwohl die Zwischenschalter typischerweise in Eingriff mit Schaltkreispanelen verwendet werden, um Multi-Layer-Schaltkreise zu bilden, können sie auch mit anderen mikroelektronischen Elementen, wie Halbleiterchips, aktiven oder passiven Komponenten, flachen flexiblen Kabeln und ähnlichem eingesetzt werden. Die Komponenten, die die Kontakte bilden, werden bis hierin als "Zwischenschalter" bezeichnet, da die Komponenten, die gewöhnlich zwischen anderen Elementen verwendet werden, aber die Zwischenschalter müssen nicht für solch eine Verwendung konfiguriert sein. Zum Beispiel kann ein Zwischenschalter nur eine Oberfläche haben, die Kontakte lagert, und die Kontakte können mit einem ebenen Leiter, mit durchgängigen Leitern oder anderen Leitern auf oder innerhalb des Zwischenschalters verbunden sein. Der Zwischenschalterkörper kann integral mit dem Körper einer mikroelektronischen Komponente, wie einem Halbleiterchip, einer gedruckten Schaltkreistafel, einer Keramik oder anderen Multichipmodulbasis, einem Flexkabel, einer Chipkapazität oder anderen mikroelektronischen Komponenten sein. Zum Beispiel, wie es in Fig. 21 dargestellt ist, umfasst ein Zwischenschalterkörper 300 eine dielektrische Schicht 302, die auf der vorderen Oberfläche 304 eines Halbleiterchips 306 abgelagert ist. Die dielektrische Schicht 302 ist mit Löchern in Ausrichtung mit den Anschlussflächen 308 des Chips versehen.
Kontakte 310, ähnlich zu den Kontakten 250, die oben unter Bezug auf Fig. 10 bis 20 diskutiert worden sind, sind an den Löchern vorgesehen. Jeder Kontakt 310 ist dauerhaft mit der dazugehörigen Verbindungsanschlussfläche 308 des Chips verbunden und somit mit dem internen elektrischen Leiter 312 des Chips. Zum Beispiel kann der Kontakt metallurgisch mit der Verbindungsanschlussfläche des Chips während eines Ablagerungsvorgangs, der verwendet wird, um den Kontakt zu bilden, verbunden werden. Die freigelegte Oberfläche 314 der dielektrischen Schicht 302 bildet die erste oder kontaktlagernde Oberfläche dieses einseitigen Zwischenschalters. Bei der Verwendung liegt diese erste Oberfläche neben einer Oberfläche eines Substrats oder einer anderen elektrischen Komponente, und die Kontakte sind in Eingriff mit Verbindungsanschlussflächen auf dem Substrat und damit verbunden, wobei ein Verfahren verwendet wird, das im wesentlichen wie das ist, das oben vorgestellt wurde. Die Kontakte in dieser Struktur können ebenfalls elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial umfassen, und die dielektrische Schicht 302 kann fließfähige dielektrische Materialien umfassen, Haftmittel oder ähnliches.
Bei anderen Varianten der Erfindung können Kontakte, die nach außen vorstehende Dornen haben, mehr als vier oder weniger als vier Dornen umfassen. Die Spitzen der Dornen sind auch über der Oberfläche des Zwischenschalterkörpers positioniert, wobei eine Lücke dazwischen ist, um das Nach-unten-Biegen der Dornen zu erleichtern.
Die Strukturen, die in Fig. 22 bis 25 dargestellt sind, haben Kontakte 25, die solche Lücken bilden. Jeder Kontakt 425 umfasst einen mittleren Bereich 451. Jeder solche mittlere Bereich ist im wesentlichen in der Form eines hohlen Rotationskörpers, der eine zentrale Achse 410 hat, die senkrecht zu der Oberfläche 422 des Zwischenschalters ist und eine erzeugende, die sich weg von der mittleren Achse krümmt. Die mittleren Bereiche der Kontakte gehen in röhrenförmige durchgängige Leiter 480 in der Nähe der Mittelebene 415 des Zwischenschalterkörpers über. Ein schmaler Rand 429 erstreckt sich radial nach außen, weg von der Achse 410, an dem oberen Ende des zentralen Bereichs, entfernt von der Mittelebene.
Vier Dornen 454 sind mit dem Rand jedes Kontakts verbunden. Die Dornen erstrecken sich radial nach außen, weg von der zentralen Achse. Jeder Dorn hat eine schmale Erhebung oder Unebenheit 461 neben seiner radial äußersten Spitze 456. Wie es am besten aus Fig. 23 zu sehen ist, sind die Spitzen der Dornen 454 abgerundet, wie es in der Draufsicht zu sehen ist. Die Kanten jedes Dorns neigen sich weg voneinander in der Richtung radial nach innen, weg von der Spitze 456 des Dorns, so dass sich jeder Dorn aufweitet und glatt mit dem Rand 429 des mittleren Bereichs und sich mit dem nächsten benachbarten Dorn verbindet. Somit definieren die Dornen in Zusammenwirkung eine Struktur in der Form einer abgerundeten und glatten X-Form, mit gekrümmten Kanten an Verbindungen zwischen benachbarten Dornen, d. h. an den Verbindungen der Dornen und der Ränder 429. Die Umfangsbereiche jedes Kontakts, einschließlich mindestens der Spitzen der Dornen 454, sind vertikal über den Oberflächen des Zwischenschalterkörpers beabstandet, so dass Lücken 455 unter den Spitzen der Dornen bestehen.
Der Zwischenschalterkörper umfasst eine metallische Schicht oder einen ebenen Leiter 400, ähnlich zu den ebenen Leitern, die oben diskutiert wurden, zusammen mit einer kompositdielektrischen Schicht. Die Kompositschicht umfasst eine erste Schicht 418 eines elektrophoretisch abgelagerten Polymers, wünschenswerterweise eines aushärtbaren Polymers, wie die Epoxidkompositionen, die oben diskutiert wurden, in Kontakt mit dem ebenen Leiter oder Schicht 400. Eine zweite Schicht eines fließfähigen dielektrischen Materials, wie eines verhältnismäßig wärmewiderstandsfähigen thermoplastischen Materials, liegt über der ersten Schicht. Ein solches fließfähiges, dielektrisches Material, das verwendet werden kann, ist ein Polyätherimid, das unter dem eingetragenen Warenzeichen ULTEM verkauft wird.
Strukturen gemäß dieser Anordnung können hergestellt werden, wobei Techniken ähnlich zu denjenigen, die oben diskutiert wurden, verwendet werden. Somit kann der Zwischenschalterkörper gebildet werden, indem die Positionstechniken verwendet werden, ähnlich zu denjenigen, die verwendet werden, um den Zwischenschalterkörper aus Fig. 10 bis 20 zu bilden. Eine temporäre Schicht ähnlich zu derjenigen, die obenstehend unter Bezug auf Fig. 1 bis 9 diskutiert wurde, wird dann auf die Oberflächen des Körpers aufgebracht und nach dem Ablagern des Strukturmaterials der Kontakte und durchgängigen Leiter entfernt. Wie in dem Verfahren, das oben diskutiert wurde, hinterlässt das Entfernen der temporären Schicht die Umgebungsbereiche des Kontakts zurück, in diesem Fall einschließlich der Dornen 454, vertikal beabstandet über den Oberflächen des Zwischenschalterkörpers.
Bei einem Zusammenfügevorgang wird der Zwischenschalter mit Schaltkreispanelen anderer mikroelektronischer Vorrichtungen gestapelt und dann komprimiert. Ein solches Panel oder Element 460 liegt neben jeder Oberfläche des Zwischenschalters. Der Zustand des Zusammenfügens unmittelbar nach dem Stapeln, aber vor dem Komprimieren, ist in Fig. 22 und 23 gezeigt. Wie oben diskutiert wurde, haben die Panele quadratische Verbindungsanschlussflächen 462, und die Dornen 454 liegen entlang der Diagonalen der quadratischen Verbindungsanschlussflächen. Wenn die gestapelten Elemente komprimiert werden, deformieren sich die Kontakte, wie schematisch in Fig. 24 und 25 angegeben ist. Die Dornen 454 deformieren sich radial nach außen, weg von der mittleren Achse 410, und biegen sich auch nach unten in Eingriff mit den benachbarten Oberflächen 422 des Körpers. Dabei wischen die Spitzen 454 des Zwischenschalters und die Unebenheiten 461 auf den Dornen radial nach außen über die Oberflächen der Verbindungsanschlussflächen 462. Das Verbindungsmaterial auf den Kontakten kann somit eine effektive Verbindung zwischen den Dornen und den Verbindungsanschlussflächen bilden. Die Bewegung nach unten oder axial des Umfangs des Kontakts, insbesondere der Dornen 454 kompensiert auch vertikale Toleranzen in der Anordnung. Das heißt, wenn die Verbindungsanschlussflächen 462 der entsprechenden Elemente nicht perfekt koplanar sind, oder wenn die Kontakte selbst leicht in ihrer Höhe variieren, werden die Differenzen durch die Differenzen in der Menge der Deformation in den Dornen aufgefangen. Dies trägt zu der Zuverlässigkeit der Anordnung bei.
Die dielektrischen Materialien des Zwischenschalters, insbesondere das fließfähige, dielektrische Haftmittel 419, füllen jegliche kleineren Räume in der Nähe der Leiter und um die Leiter und die Verbindungsanschlussflächen. Wiederum füllen hier die dielektrischen Materialien auch Räume um Unregelmäßigkeiten auf den Oberflächen der Schaltkreispanele. Zum Beispiel, wenn die Schaltkreispanele Leitungen auf deren freigelegten Oberflächen haben, füllen die dielektrischen Materialien wünschenswerterweise die Räume zwischen solchen Leitern, so dass ein im wesentlichen leerraumfreie Schnittstelle vorgesehen wird.
Bei noch weiteren Varianten kann das Füllmaterial, das in der Ausführungsform von Fig. 1 bis 9 verwendet wird, entfallen, oder umgekehrt, solch ein Füllmaterial kann in der Struktur aus Fig. 10 bis 20 eingebaut werden, wie durch Positionieren des Füllmaterials innerhalb der becherförmigen mittleren Bereiche 251 der Kontakte. Der dielektrische Zwischenschalterkörper kann auch durch andere Techniken hergestellt werden. Zum Beispiel kann das dielektrische Material des Körpers gegossen werden, wie durch Spritzguss, Kompressionsguss, Plastisoltechniken, Lösungsmittelformen oder anderen bekannten Gusstechniken. Das gegossene Teil kann Löcher und Vertiefungen haben, die wie oben beschrieben geformt sind, unter Bezug auf Fig. 10 bis 20. Ein ebener Leiter kann in solch ein gegossenes Teil eingebaut sein, wie durch Einführungsgießen. Da diese und andere Variationen und Kombinationen der Merkmale, die oben diskutiert sind, verwendet werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, sollte die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen als veranschaulichend angesehen werden, anstatt als Begrenzung der Erfindung, wie es in den Ansprüchen beschrieben ist.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Die Erfindung kann verwendet werden beim Herstellen von elektronischen Anordnungen.

Claims

1. Ein Zwischenschalter zur Herstellung von Verbindungen zu elektrischen Kontakten auf einer Oberfläche eines mikroelektronischen Elements, wobei der Zwischenschalter umfaßt:

(a) einen Körper (30), der eine erste Hauptoberfläche (32) hat, wobei der Körper horizontale Richtungen hat, die parallel zu der ersten Hauptoberfläche sind, und vertikale Richtungen, die senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche sind;

(b) eine Vielzahl von Leitern (78, 233) in diesem Körper; und

(c) eine Vielzahl von Kontakten (80, 250, 310, 454) an der ersten Hauptoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Kontakte integral mit einem dieser Leiter verbunden ist und sich radial nach außen über die Oberfläche des Körpers weg von dem Leiter erstreckt, wobei jeder solche Kontakt eine Außenfläche (84, 254) entfernt von dem Leiter hat, jeder dieser Kontakte geeignet ist, sich radial nach außen weg von der Verbindung des Kontakts und dem Leiter durch Deformation des Materials, das den Kontakt bildet, auszudehnen, empfindlich auf eine vertikale Kraft in Richtung auf den Körper, die auf dem Kontakt aufgebracht wird, wodurch diese Kontakte die Anschlußflächen eines mikroelektronischen Elements reiben, wenn das mikroelektronische Element nebeneinandergelegt zu der ersten Oberfläche und in Richtung auf den Körper gedrückt ist.

2. Zwischenschalter nach Anspruch 1, wobei jeder dieser Kontakte geeignet ist, sich zu deformieren, so daß die Außenfläche (84, 254) des Kontakts (80) sich vertikal nach unten bewegt, in Richtung auf den Körper, ebenso wie radial nach außen weg von dem Leiter.

3. Zwischenschalter nach Anspruch 2, wobei die Außenfläche (84, 254) jedes dieser Kontakte vertikal über dem Körper beabstandet ist, wobei eine Lücke zwischen der Außenfläche des Kontakts und dem Körper ist.

4. Zwischenschalter nach Anspruch 3, wobei jeder Kontakt einen mittleren Bereich (86, 252) hat, der an dem zugehörigen Leiter (78, 233) angebracht ist, und einen Außenbereich (84, 254), der sich radial nach außen von dem mittleren Bereich erstreckt.

5. Zwischenschalter nach Anspruch 4, wobei jeder dieser mittleren Bereiche in Eingriff mit dem Körper ist und jeder dieser Außenbereiche sich nach oben weg von dem Körper erstreckt.

6. Zwischenschalter nach Anspruch 4, wobei jeder dieser mittleren Bereiche im wesentlichen in der Form eines Rotationskörpers (86, 252) um eine vertikale Achse normal zu der ersten Oberfläche ist, jeder dieser zentralen Bereiche einen Umschlag entfernt von dem Leiter hat, wobei der Außenbereich (254) jedes dieser Kontakte mit dem Umschlag des mittleren Bereichs verbunden ist.

7. Zwischenschalter nach Anspruch 4, wobei jeder dieser Außenbereiche (254) eine Vielzahl von Dornen umfaßt, die sich von dem zugehörigen mittleren Bereich erstrecken.

8. Zwischenschalter nach Anspruch 7, wobei der Körper eine Vielzahl von Vertiefungen (227) in der ersten Oberfläche umfaßt, die Umschläge der mittleren Bereiche (252) in diesen Vertiefungen angebracht sind und von der ersten Oberfläche des Körpers freigeschafft sind, wobei jeder dieser Dorne (254) sich aus der zugehörigen Vertiefung erstreckt.

9. Zwischenschalter nach Anspruch 7, wobei der Rotationskörper (252) einen Bereich einer im wesentlichen torischen Oberfläche umfaßt.

10. Zwischenschalter nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche (254) jedes dieser Kontakte nicht kreisförmig ist.

11. Zwischenschalter nach Anspruch 10, wobei jeder Kontakt eine Vielzahl von Dornen (254) umfaßt, die sich radial nach außen weg von dem Leiter erstrecken, wobei jeder Dorn eine Spitze (256) entfernt von dem Leiterende hat.

12. Zwischenschalter nach Anspruch 11, wobei die Dorne (254) jedes dieser Kontakte in einem im wesentlichen symmetrischen Muster um die Verbindung des Kontakts und des zugehörigen Leiters (233) angebracht sind.

13. Zwischenschalter nach Anspruch 12, wobei jeder Kontakt vier dieser Dorne (254) umfaßt und das im wesentlichen symmetrische Muster ein viertelspiegeliges Muster (quatrefoil pattern) ist.

14. Zwischenschalter nach Anspruch 13, wobei die Kontakte (80, 250) in einem im wesentlichen geradlinigen Gitter angeordnet sind, das Reihen und Spalten hat, und wobei die Dorne sich im wesentlichen diagonal in bezug auf die Reihen und Spalten erstrecken.

15. Zwischenschalter nach Anspruch 11, wobei die Spitzen (250) der Dorne vertikal beabstandet von dem Körper sind.

16. Zwischenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei jeder Kontakt ein leitendes Verbindungsmaterial (76, 246) umfaßt, das geeignet ist, das elektrische Zusammenfügen der Dorne mit einem Anschlußstück, das damit in Eingriff ist, zu erleichtern.

17. Zwischenschalter nach Anspruch 16, wobei das leitende Verbindungsmaterial (76, 246) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lötzinn, Lötlegierungen, Diffusionsverbindungslegierungen und leitenden Materialien, die ein Polymer enthalten, besteht.

18. Zwischenschalter nach Anspruch 16, wobei die Kontakte metallisch sind.

19. Zwischenschalter nach Anspruch 15, wobei jeder Kontakt integral mit dem zugehörigen Leiter gebildet ist.

20. Zwischenschalter nach Anspruch 19, wobei jeder Leiter sich im wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche erstreckt.

21. Zwischenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Kontakte Aussparungen definieren, die sich vertikal nach oben öffnen, und der Zwischenschalter weiter ein fließfähiges, leitendes Material (92) umfaßt, das in den Aussparungen angebracht ist.

22. Zwischenschalter nach Anspruch 18, wobei das fließfähige, leitende Material (92) ein Polymer umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus teilweise ausgehärteten und nicht ausgehärteten Epoxiden und Thermoplasten besteht, und weiter einen aus Partikeln bestehenden Füller umfaßt, der aus der Gruppe, bestehend aus Silber, Gold, goldplattiertem Nickel und goldplattiertem Glas ausgewählt ist.

23. Zwischenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei jeder Kontakt (80, 250, 310) horizontale Dimensionen hat, die geringer als etwa 400 Mikron sind, vom Mittelpunkt zur Außenseite.

24. Zwischenschalter nach Anspruch 1, wobei der Körper (30, 318) eine zweite Hauptoberfläche definiert, die in der gegenüberliegenden Richtung von der ersten Hauptoberfläche gerichtet ist, mindestens einige der Leiter (78, 233) durchgehende Leiter sind, die erste Enden neben der ersten Hauptoberfläche und zweite Enden neben der zweiten Hauptoberfläche angebracht haben, mindestens einige der Kontakte (80, 250) ständig mit den ersten Enden der durchgehenden Leiter verbunden sind, der Zwischenschalter weiter Zweitendkontakte (82, 250) umfaßt, an der zweiten Hauptoberfläche, die ständig mit den zweiten Enden der durchgehenden Leiter verbunden sind, wobei jeder dieser Zweitendkontakte sich horizontal nach außen von dem zugehörigen Leiter erstreckt, jeder solche Zweitendkontakt eine Außenseite entfernt von dem Leiter hat, jeder dieser Zweitendkontakte geeignet ist, sich zu verbiegen, so daß die Außenfläche des Zweitendkontakts sich radial nach außen weg von dem Leiter ausdehnt, wenn ein mikroelektronisches Element nebenliegend zu der zweiten Oberfläche ist und in Richtung auf den Körper gedrückt wird, wodurch der Zwischenschalter elektrisch zwei mikroelektronische Elemente verbinden kann, wenn der Zwischenschalter zwischen den Elementen angebracht ist.

25. Zwischenschalter nach Anspruch 6, wobei der Rotationskörper, der jeden Kontakt darstellt, einen Generator hat, der sich im wesentlichen schräg zu der Achse erstreckt.

26. Zwischenschalter nach einem der Ansprüche 7 bis 9 oder 10 bis 15, wobei die Dorne (454) der Kontakte obere Oberflächen haben, die nach oben gerichtet sind, weg von dem Körper, und Oberflächenerhebungen (461) auf solchen oberen Oberflächen, wodurch die Oberflächenerhebungen in Eingriff kommen und eine Verbindungsanschlußfläche, die mit dem Kontakt in Eingriff ist, reiben.

27. Verfahren zur Herstellung eines Multilayerschaltkreises, umfassend die Schritte:

(a) Stapeln einer Schaltkreisschalttafel (98, 260) und eines Zwischenschalters (95) so, daß eine erste Oberfläche des Zwischenschalters einer Oberfläche der Schalttafel gegenüber ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenschalter einen Körper (30, 218) und Leiter (78) hat, die Enden neben einer Oberfläche des Körpers haben, und einen Kontakt (80, 82, 250), der integral mit jedem dieser Leiterenden verbunden ist, wobei der Kontakt einen Außenbereich umfaßt, der das zugehörige Leiterende umfaßt, wobei die Außenbereiche der Kontakte Anschlußflächen (100, 252, 254) auf der Schaltkreisschalttafel gegenüber sind; und

(b) Komprimieren der gestapelten Schalttafel und des Zwischenschalters so, daß die Außenbereich der Kontakte mit den Anschlußflächen durch Kraft in Eingriff kommen und jeder Kontakt durch Expansion des Materials, das jeden Kontakt (80, 282, 250) bildet, radial nach außen weg von dem zugehörigen Leiterende deformiert wird, so daß jeder der Außenbereiche sich horizontal bewegt in bezug auf das Anschlußstück in Eingriff und die Oberfläche des Anschlußstücks reibt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei während des Kompressionsschritts sich jeder Außenbereiche (84, 254) vertikal nach unten in Richtung auf den Körper des Zwischenschalters bewegt.

29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Stapelschritt den Schritt des Stapelns einer Vielzahl von Schaltkreisschalttafeln (98, 260) und mindestens einen der Zwischenschalter (95) in verschachtelter, vertikal abwechselnder Anordnung umfaßt, so daß einer der Zwischenschalter zwischen jedem Paar von Schaltkreisschalttafeln angebracht ist, und so, daß entgegengesetzt gerichtete erste (222) und zweite (224) horizontale Oberflächen jeder der Zwischenschalteroberflächen der Schalttafeln gegenüber sind, die Leiter jedes der Zwischenschalter durchgehende Leiter (76, 233) umfassen, die sich durch den Körper des Zwischenschalters erstrecken und die Enden und die Kontakte an der ersten und zweiten Oberfläche haben, wobei Anschlußflächen (100) auf diesen mehreren Schalttafeln miteinander durch die durchgehenden Leiter verbunden werden.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche (27 bis 29), weiter umfassend den Schritt des Verbindens der Kontakte (80, 250) mit den Anschlußflächen.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Verbindungsschritt den Schritt des vorübergehenden Beheizens der gestapelten Schalttafeln und Zwischenschalter umfaßt, um dadurch elektrisch leitendes Verbindungsmaterial (76, 246) an Interfaces zwischen den Kontakten und den Anschlußstücken zu aktivieren.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Verbindungsmaterial auf die Kontakte (80, 250) gebracht wird.

33. Verfahren nach Anspruch 31, wobei der vorübergehende Heizschritt das Erweichen des Körpers (218) bewirkt, wodurch die Vertikalbewegung der Außenbereiche in dem Kompressionsschritt erleichtert wird.

34. Verfahren nach Anspruch 30, weiter umfassend den Schritt des Verursachens, daß ein dielektrisches Verbindungsmaterial an Interfaces zwischen den Zwischenschaltern und den Schalttafeln während des Kompressionsschritts fließt, so daß der Zwischenschalter und die Schalttafeln in eine im wesentlichen einheitliche Masse geschmolzen werden.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Schritt des Bewirkens, daß das Verbindungsmaterial fließt, den vorübergehenden Heizschritt umfaßt.

36. Verfahren nach Anspruch 27, wobei jeder Kontakte eine Aussparung definiert und ein fließfähiges, leitendes Material (92) in der Aussparung angebracht hat, das fließfähige leitende Material mit den Anschlußstücken in dem Stapel und Kompressionsschritt in Eingriff gebracht wird.

37. Verfahren nach Anspruch 27, wobei jeder Kontakt eine Vielzahl von Dornen umfaßt, die sich im wesentlichen radial nach außen weg von dem zugehörigen Leiterende erstrecken, und wobei während des Kompressionsschritts jeder Dorn so gebogen wird, daß eine Spitze jedes Dorns entfernt von dem zugehörigen Leiterende sich nach unten in Richtung auf den Zwischenschalterkörper und horizontal weg von dem Leiterende bewegt.

38. Verfahren nach Anspruch 27, weiter umfassend den Schritt des Verbindens jedes Kontakts mit dem Anschlußstück in Eingriff.

39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei der Verbindungsschritt den Schritt des Aktivierens eines Verbindungsmaterials (76, 246) an Interfaces zwischen den Kontakten und den Anschlußstücken umfaßt, indem vorübergehend der gestapelte Zwischenschalter und die Schalttafel geheizt werden, wobei das Verbindungsmaterial auf den Kontakten, den Anschlußstücken oder beiden vor dem Stapelschritt vorhanden ist.

40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Zwischenschalter eine dielektrische Schicht (94, 96) umfaßt an der sich horizontal erstreckenden Oberfläche, jeder Kontakt einen Bereich in Kontakt mit der dielektrischen Schicht umfaßt und während des Kompressionsschritts auf dem Kontakt in Eingriff lagert, wobei die vorübergehende Beheizung die dielektrische Schicht erweicht, um die Deformation der Kontakte zu vereinfachen.

41. Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Zwischenschalters, gekennzeichnet durch die Schritte:

(a) Vorsehen eines Körpers (30), der eine erste Oberfläche definiert;

(b) Vorsehen einer ersten temporären Schicht (36) auf der Oberfläche, wobei die temporäre Schicht in ihr Öffnungen hat;

(c) Anbringen einer Schicht (74) eines elektrisch leitenden Strukturmaterials in jeder der Öffnungen, so daß sich das Strukturmaterial über die temporäre Schicht erstreckt, um dadurch Kontakte zu bilden;

(d) Verbinden der Kontakte mit Leitern (78) innerhalb des Körpers; und

(e) Entfernen der temporären Schicht, wobei die Kontakte mit sich nach außen erweiternden Außenbereichen (84), die vertikal über der Oberfläche des Körpers beabstandet sind, zurückgelassen werden.

42. Verfahren nach Anspruch 41, wobei der Körper Löcher (60) hat, die sich nach innen von der Oberfläche in Lagegenauigkeit mit den Öffnungen in der temporären Schicht erstrecken, der Schritt des Verbindens der Kontakte mit den Leitern den Schritt des Bildens der Leiter (78) durch Anbringen des Strukturmaterials (74) in den Löchern während des Schritts des Anbringens des Strukturmaterials in den Löchern umfaßt, so daß die Leiter integral mit den Kontakten gebildet werden, der Körper eine zweite Oberfläche entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche definiert, die Löcher (60) in dem Körper (30) sich von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche erstrecken, das Verfahren weiter durch den Schritt des Vorsehens einer zweiten temporären Schicht (38) auf der zweiten Oberfläche mit Öffnungen in Lagegenauigkeit mit den Löchern gekennzeichnet ist, der Aufbringschritt den Schritt des Aufbringens des Strukturmaterials in den Öffnungen der zweiten temporären Schicht umfaßt, so daß sich das Strukturmaterial auf der zweiten temporären Schicht erstreckt, so daß Kontakte (82) auf der zweiten Oberfläche integral mit den Leitern, und den Kontakten auf der ersten Oberfläche gebildet werden, wobei der Entfernungsschritt den Schritt des Entfernens der zweiten temporären Schicht (38) umfaßt.

43. Verfahren nach Anspruch 42, wobei der Schritt des Bildens der Löcher (60) in dem Körper durchgeführt wird nach dem Schritt des Anbringens der temporären Schichten (36, 38) mit den Öffnungen auf dem Körper, durch Entfernen von Material von dem Körper, während die temporären Schichten als Masken verwendet werden.

44. Verfahren nach Anspruch 42 oder Anspruch 43, wobei jede der Öffnungen eine zentrale Achse (48) und Wände (54, 58) hat, die sich horizontal nach außen erweitern, weg von der zentralen Achse in der vertikalen Richtung nach oben weg von der ersten Oberfläche, der Schritt des Anbringens des Strukturmaterials den Schritt des Anbringens des Strukturmaterials auf den sich nach außen erweiternden Wänden umfaßt.

45. Verfahren nach Anspruch 42 oder Anspruch 43, wobei jede der temporären Schichten (36, 38) aus einem Metall gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminium, Weißblech und Nickel besteht, wobei der Schritt des Vorsehens der temporären Schicht die Schritte des Anbringens des Metalls als eine Schicht auf der Oberfläche des Körpers umfaßt und des Bildens der Öffnungen, in dem die aufgebrachte Metallschicht maskiert wird, so daß die Maske Öffnungen hat, und die maskierte Schicht einem isotropen Ätzmittel durch die Öffnungen ausgesetzt wird.

46. Verfahren nach Anspruch 42 oder Anspruch 43, wobei die temporäre Schicht (36, 38) ein Fotoresist umfaßt.

47. Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Zwischenschalters, umfassend die Schritte:

(a) Vorsehen eines Körpers, der eine erste Oberfläche (222) hat, umfassend einen Hauptbereich mit offenen Vertiefungen (227) darin, wobei jede Vertiefung eine zentrale Achse (210) im wesentlichen normal zu dem Hauptbereich der Oberfläche und eine Wand im wesentlichen in der Form einer Rotationsoberfläche hat, die sich nach außen weg von der zentralen Achse erweitert und mit dem Hauptbereich der Oberfläche verschmolzen ist, wobei der Körper ein dielektrisches Material umfaßt, das die erste Oberfläche definiert;

(b) Anbringen eines elektrisch leitenden Strukturmaterials in den Vertiefungen, so daß eine Schicht (232) auf den Wänden gebildet wird; und

(c) Kontrollieren der horizontalen Ausdehnung von jeder der Schichten, so daß jede der Schichten eine Vielzahl von Dornen (254) bildet, die sich radial nach außen von der zentralen Achse erstrecken.

48. Verfahren nach Anspruch 47, wobei der Schritt des Vorsehens des Körpers den Schritt des Vorsehens des Körpers mit einer zweiten Oberfläche (222) umfaßt, die entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche gerichtet ist, die zweite Oberfläche ebenfalls Vertiefungen (227) hat, die Vertiefungen der zweiten Oberfläche mit den Vertiefungen der ersten Oberfläche ausgerichtet und verbunden sind, jedes Paar von verbundenen Vertiefungen kontinuierliche Löcher bildet, die sich nach außen an beiden Oberflächen erweitern und einen engen Hals entfernt von der ersten und zweiten Oberfläche haben, der Aufbringschritt den Schritt des Aufbringens des Strukturmaterials als einen kontinuierlichen Körper (233) von der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche innerhalb jedes der Löcher umfaßt.

49. Verfahren nach Anspruch 47, wobei der Schritt des Vorsehens eines Körpers die Schritte des Vorsehens eines Blatts (200) umfaßt, das Löcher (212) darin hat, und das Aufbringen einer Beschichtung eines dielektrischen Materials (218) auf dem Blatt, so daß die Beschichtung mit dem Blatt übereinstimmt.

50. Verfahren nach Anspruch 49, wobei der Schritt des Vorsehens des Blattes den Schritt des Ätzens des Blattes von entgegengesetzten Seiten umfaßt, um die Löcher zu bilden, so daß die Löcher sich zu den engsten Punkten in einer mittleren Ebene verjüngen, entfernt von den Oberflächen des Blattes.

51. Verfahren nach Anspruch 49 oder Anspruch 50, wobei das Blatt elektrisch leitend ist und der Schritt des Aufbringens einer Beschichtung den Schritt des elektrophoretischen Aufbringens des dielektrischen Materials durch Anwenden eines Potentials auf das Blatt umfaßt.