DE69533063T2

DE69533063T2 - Mikroelektronische kontakte und zusammenbauten

Info

Publication number: DE69533063T2
Application number: DE69533063T
Authority: DE
Inventors: Joseph Fjelstad; W. John SMITH; H. Thomas DISTEFANO; Christian A. Walton; James Zaccardi
Original assignee: Tessera LLC
Current assignee: Adeia Semiconductor Solutions LLC
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2015-06-08
Also published as: US5980270A; JP2004006862A; EP1424748A3; EP1424748A2; EP0764352B1; EP0764352A1; WO1995034106A1; DE69533063D1; EP0764352A4; AU2777395A; JPH10501367A; US5615824A; JP3449559B2; ATE267474T1

Description

TECHNISCHES FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Kontakte und Bauelemente, die für die Montage von Halbleiterchips und verwandten elektronischen Bauelementen nützlich sind; und sie betrifft Baugruppen, die mit solchen Bauelementen hergestellt sind sowie Verfahren zur Herstellung solcher Kontakte, Bauelemente und Baugruppen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mikroelektronische Schaltungen benötigen sehr viele Verbindungen zwischen den Elementen. Zum Beispiel kann ein Halbleiterchip mit einer kleinen Leiterplatte oder mit einem Substrat verbunden sein, wobei das Substrat seinerseits mit einer größeren Leiterplatte verbunden sein kann. Die Zwischenverbindungen vom Chip zum Substrat, d. h. die Zwischenverbindungen "erster Ebene", benötigen eine große Anzahl von einzelnen elektrischen Eingangs- und Ausgangs ("E/A") sowie Stromversorgungs- und Masseverbindungen. Mit der ständig zunehmenden Komplexität der Chips ist die Anzahl der E/A-Verbindungen pro Chip gewachsen, so daß mitunter hunderte, oder noch mehr, von Verbindungen für einen einzigen Chip benötigt werden. Um eine kompakte Baugruppe zu erzielen, müssen alle diese Verbindung innerhalb einer relativ kleinen Fläche hergestellt werden, möglichst innerhalb einer Fläche etwa gleich der Flächengröße des Chips selbst. Deshalb müssen die Verbindungen dicht gepackt sein, vorzugsweise in einer Anordnung von Kontakten auf einem regelmäßigen Gitter, welches als "Bump Grid Array, BGA" (Stoßgitteranordnung) bekannt ist. Der bevorzugte Mittenabstand der Kontakte (contact pitch) für Chiphalterungen beträgt etwa 1,5 mm oder weniger bzw. in manchen Fällen nur 0,5 mm. Es wird erwartet, daß diese Kontaktabstände noch kleiner werden. Auch die Chipmontage-Substrate und andere Leiterplatten, die in der Mikroelektronik verwendet werden, sind zunehmend miniaturisiert worden, mit zunehmender Anzahl elektrischer Leiterbahnen pro Flächeneinheit. Die Verbindungsvorrichtungen für diese miniaturisierten Leiterplattenstrukturen weisen vorzugsweise auch einen sehr kleinen Kontaktabstand auf. Die Verbindungen von Chipmontage-Substraten mit anderen Elementen werden als Zwischenverbindungen "zweiter Ebene" bezeichnet.
In manchen Fällen können die Verbindungen auch permanente metallurgische Verklebungen der zusammengefügten Kontakte aufweisen, mittels Weich- oder Hartlöten, thermischer Kompression, thermisch-akustischer Verklebungen, Schweißen und anderer derartiger Verfahren. Beispielsweise können die elektrischen Kontakte an einem Halbleiterchip mit den entsprechenden Lötkontakstellen eines Substrats verlötet werden. Als Alternative können die Verbindungen so gestaltet werden, daß der mechanische Eingriff der zusammengeführten Kontakte die elektrische Leitungskontinuität gewährleistet. Eine solche Verbindung kann in der Regel geöffnet werden, so daß die miteinander verbundenen Elemente wieder getrennt werden können. Zum Beispiel können die Kontakte an einem Chip vorübergehend mit den Kontakten einer Prüfvorrichtung unter mechanische Belastung zusammengebracht werden.
Mikroelektronische Verbindungen müssen viele, oftmals gegensätzliche Bedingungen erfüllen. Wie oben bereits erwähnt wurde, ist ein wesentliches Problem durch die kleinen Abmessungen der Vorrichtungen gegeben. Außerdem sind die Verbindungen oftmals zyklischen thermischen Spannungen ausgesetzt, infolge der Temperaturänderungen in der Baugruppe. Die elektrische Verlustleistung innerhalb eines Chips oder sonstigen mikroelektronischen Elements führt zur Aufheizung des Elements, so daß die Temperatur der in Eingriff befindlichen Kontaktelemente steigt und fällt beim jeweiligen Ein- bzw. Ausschalten der Vorrichtung. Die verschiedenen verbundenen Elemente expandieren und kontrahieren im verschiedenen Umfang bei den Temperaturänderungen, so daß eine Tendenz zur Bewegung der Kontakte eines Elements relativ zu den entsprechenden Kontakten des anderen Elements gegeben ist. Veränderungen der Umgebungstemperatur können ähnliche Auswirkungen verursachen.
Die Verbindungen müssen auch die Herstellungs-Toleranzen der Kontakte selbst und der verbundenen Elemente vertragen können. Diese Toleranzen verursachen Fehlausrichtungen unterschiedlichen Umfangs. Außerdem können Verunreinigungen der Oberflächen der verbundenen Kontaktteile zu Störungen der Verbindungen führen. Dies kann in metallurgisch verklebten und insbesondere in mechanisch miteinender in Eingriff stehenden Kontakverbindungen auftreten. Deshalb müssen die Kontaktsysteme so gestaltet werden, daß sie solchen Verunreinigungen entgegenwirken.
Außerdem müssen bei der Herstellung gelöteter Verbindungen die gebildeten Oxide und andere Verunreinigungen mittels Flußmittel entfernt werden. Diese Flußmittel ihrerseits können das fertige Produkt kontaminieren. Die Flußmittel können zwar in zusätzlichen Reinigungsschritten entfernt werden oder so konzipiert werden, daß nachteilige Auswirkungen auf das fertige Produkt minimiert werden, jedoch wäre es wünschenswert, gelötete Verbindungen herzustellen, die den Bedarf für solche Flußmittel minimieren oder ganz eliminieren. Alle diese Forderungen, zusammen betrachtet, sind eine sehr schwere Herausforderungen für den Ingenieur.
Außerdem, trotz aller Sorgfalt und Bemühungen bei der Herstellung der Chips, werden einige Chips defekt sein. Diese Defekte können in vielen Fällen erst festgestellt werden, wenn der Chip mit Stromversorgung in einer Prüfvorrichtung oder in einer Baugruppe betrieben wird. Ein einziger defekter Chip kann eine größere Vorrichtung, die viele Chips und andere wertvolle Bauteile enthält, wertlos machen, oder aufwendige Prozeduren erfordern, um den defekten Chip aus der Baugruppe zu entfernen. Deshalb sollten die Chips und die in einem Chip-Zusammenbausystem verwendeten Teile eine Prüfung der Chips ermöglichen, bevor die Chips permanent mit einem Substrat verbunden werden. Die Kosten für den Chip und für die Substrat-Baueinheit sind auch ein Hauptproblem.
Es wurden zuvor bereits verschiedene Versuche gemacht, um Zwischenverbindungs-Strukturen auf der ersten ebene zu erzielen und dabei diese Probleme zu lösen. Gegenwärtig beruhen die gebräuchlichsten primären Zwischenverbindungs-Verfahren auf Drahtverbindungstechniken, auf automatisierte Bandverbindungstechniken "TAB = Tape Automated Bonding" und auf der Chipwende-Verbindungstechnik (flip-chip).
In der Drahtverbindungstechnik werden dünne Drähte zwischen den Stirnkontakten des Chips und den Kontaktflächen auf einem Substrat angeschlossen. Die Drahtverbindungstechnik sieht keine Vorprüfung des Chips vor. Deshalb müssen die nackten Chips mit separaten Einrichtungen vor dem Drahtverbindungs-Verfahren geprüft werden. Das Prüfen eines nackten Chips unterliegt vielen praktischen Schwierigkeiten. Es ist schwierig, zuverlässige elektrische Verbindungen niedriger Induktivität gleichzeitig mit allen Kontakten auf dem Chip herzustellen. Die US-Patentschriften Nr. 5,123,850 und 4,783,789 offenbaren Chip-Prüfvorrichtungen, in welchen leitende Elemente auf einer flexiblen Vorrichtung gegen die elektrischen Kontakte des Chips gedrückt werden.
Im TAB-Verfahren wird ein Polymerband mit dünnen Schichten eines metallischen Materials, welches Leiterbahnen auf einer ersten Oberfläche des Bandes bildet, verwendet. Die auf dem Chip befindlichen Kontakte werden fest mit den Leiterbahnen auf dem Band verbunden. Die US-Patenschriften Nr. 5,597,617 und Nr. 5,053,922 offenbaren Varianten des TAB-Verfahrens, in welchen die äußeren Enden der Leitungen auf dem Band durch mechanischen Druck, statt mittels metallurgischem Verschweißen, mit dem Substrat in Kontakt gebracht werden.
In der Chipwende-Verbindungstechnik werden die Kontakte auf der vorderen Fläche des Chips mit Stoßanschlüssen versehen, beispielsweise mit Lotperlen, die auf der vorderen Chipfläche hervorstehen. Das Substrat weist Kontaktflächen auf in einer Anordnung, die der Anordnung der Kontaktstellen auf dem Chip entspricht. Der Chip, mit den Lotperlen, wird umgedreht, so daß seine Vorderfläche der oberen Fläche des Substrats zugewiesen ist, wobei jeder Kontakt und jede Lotperle auf dem Chip auf der entsprechenden Kontaktfläche des Substrats positioniert ist. Die Anordnung wird dann erhitzt, so daß das Lötzinn schmilzt und jeden Kontakt auf dem Chip mit dem gegenüberliegenden Kontakt des Substrats fest verbindet. Die Chipwende-Verbindungstechnik eignet sich sehr gut für Chips, die sehr viele E/A-Kontakte aufweisen. Jedoch sind Zusammenbauten, die mittels der Chipwende-Verbindungstechnik hergestellt wurden, gegenüber thermischer Beanspruchung relativ empfindlich. Die Lötverbindungen sind ziemlich starr, so daß sehr große mechanische Spannungen entstehen können infolge unterschiedlicher thermischer Expansion des Chips und des Substrats. Diese Schwierigkeiten sind in relativ großen Chips besonders ausgeprägt. Außerdem sind Schwierigkeiten aufgetreten beim Prüfen eines Chips mit einer flächigen Kontaktanordnung vor dem festen Verbinden des Chips mit dem Substrat.
Die US-Patentschriften Nr. 4,893,172 und Nr. 5,086,337 offenbaren Varianten des Chipwende-Verfahrens mit flexiblen, federartigen Elementen, die zwischen einem Chip und einem Substrat angeschlossen werden. Die US-Patenschrift Nr. 5,196,726 offenbart eine Variante des Chipwende-Verfahrens, in welcher nicht-schmelzbare Stoßkontakte auf der Oberfläche des Chips in napfförmigen Buchsen auf dem Substrat aufgenommen werden und dort mit einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt fest verbunden werden. Die US-Patentschrift Nr. 4,975,079 offenbart eine Prüfbuchse für Chips, in welcher kalottenförmige Kontakte auf dem Prüfsubstrat in konischen Führungen angeordnet sind.
Die US-Patentschrift Nr. 4,818,728 offenbart ein erstes Substrat, beispielsweise als ein Chip mit Bolzen oder Stoßanschlüssen, die nach außen hervorstehen, und ein zweites Substrat mit Vertiefungen, die Lötzinn enthalten, zum Verbinden mit den Stoßanschlüssen. Die US-Patentschrift Nr. 5,006,792 sowie Nolan et al, "A Tab Tape-Based Bare Chip Test and Burn Carrier" (Ein TAB-basierter Träger zum Prüfen und Einbrennen nackter Chips), 1994, ITAP and Flip Chip Proceedings, Seiten 173–179, offenbart Buchsen mit freitragenden Kontaktfingern zum Eingreifen mit den Kontakten auf einem Chip. Hill et al, Mechnical Interconnection System for Solder Bump Dice (mechanisches Zwischenverbindungssystem für Lötstoßkontak-Würfel), 1994, ITAP and Flip Chip Proceedings, Seiten 82–86, offenbart eine Prüfbuchse für Chipwende-Vorrichtungen mit Lötzinn-Stoßkontakten. Die Buchse weist rauhe dendritische Strukturen auf den Kontakstellen auf; auch hier wird der Chip mit den darauf befindlichen Lötzinn-Stoßkontaktstellen mechanisch zum Eingriff mit den rauhen dendritischen Strukturen gezwungen, um den vorübergehenden Kontakt zum Prüfen herzustellen.
Der Hinweis "MCM to Printed Wiring Board (Second Level) Connection Technology Options" (MCM zu Leiterplatte (zweite Ebene) Verbindungstechnologie-Optionen) von Alan D. Knight, (in Multichip Module Technologies and Alternatives (Mehrchip-Technologien und Alternativen), editiert von Daryl Ann Doane und Paul D. Franzon, Van Nostrand, 1993, Seiten 504–509 und Seiten 521–523), zusammen mit den US-Patentschriften Nr. 4,655,519; Nr. 5,228,861; Nr. 5,173,055; Nr. 5,152,695 und Nr. 5,131,852, sowie US-Petentschriften Nr. 4,716,049; Nr. 4,902,606 und 4,924,353, offenbaren weitere Verbindungssysteme mit deformierbaren Kontakten. Verbindungsvorrichtungen des Typs mit einem Körper mit vielen Löchern sowie mit diesen Löchern zugeordneten Kontakten wurden offenbart in den US-Patentschriften Nr. 4,950,173; Nr. 3,275,736; Nr. 3,670,409 und Nr. 5,181,859 sowie im veröffentlichten Aufsatz "Quieting Connectors Down" (Ruhe besorgen auf dem Gebiet der Anschluß-Vorrichtungen), in Electronic Buyers' News, Ausgabe 867, 16. August, 1993. Diverse Anschluß-Vorrichtungen mit Stoß- oder aufgerauhten Kontaktelementen wurden in den US-Patentschriften Nr. 5,046,953; Nr. 4,486,704; Nr. 3,818,415; Nr. 5,006,517 und Nr. 5,207,587 offenbart.
Trotz aller dieser Bemühungen auf diesem Gebiet besteht immer noch ein Bedarf für verbesserte Elemente zum Anschließen von Halbleiterchips und anderen mikroelektronischen Bauteilen sowie für verbesserte Verfahren zum Verbinden solcher Chips und Bauteile und für verbesserte Systeme, welche die verbundenen Chips und Bauteile enthalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich nach diesen Bedürfnissen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ergibt ein blattförmiges Buchsen-Bauteil zum Montieren eines mikroelektronischen Elements, z. B. ein Halbleiterchip oder ein sonstiges Element, auf einem Substrat. Das blattförmige Buchsenbauteil oder die Anschlußvorrichtung gemäß diesem Aspekt der Erfindung, wie im Anspruch 1 definiert, enthält vorzugsweise einen flachen oder blattförmigen dielektrischen Körper mit erster und zweiter Oberfläche sowie eine Mehrzahl offener Löcher auf der ersten Oberfläche. Die Löcher sind in einem Muster angeordnet, die der Anordnung der Stoßkontakte auf der zu montierenden Vorrichtung entspricht. Die Anschlußvorrichtung enthält außerdem eine Anordnung federnder, auf der ersten Oberfläche des dielektrischen Körpers befestigter Kontakte, die gegenüber den Löchern so ausgerichtet sind, daß sich jeder solche Kontakt gegenüber einem Loch befindet. Jeder Kontakt ist so adaptiert, daß er mit einem in das entsprechende Loch eingeführten Stoßkontakt federnden Kontakt macht. Die Anschlußvorrichtung weist außerdem Anschlußklemmen auf, die elektrisch mit diesen Kontakten verbunden sind. Typisch sind die Anschlußklemmen in einer Anordnung auf der zweiten Oberfläche des dielektrischen Körpers angeordnet. Somit können die Anschlußklemmen mit den zugeordneten Kontakten verbunden werden mittels Leitungen, wie Hohlfässer oder Durchführungen, die sich durch den dielektrischen Körper erstrecken. Ein Chip oder ein sonstiges mikroelektronisches Element mit Stoßkontakten darauf kann mit einem Substrat verbunden werden. Die Anschlußklemmen auf der Anschlußvorrichtung werden an der elektrischen Schaltung des Substrats angeschlossen. Das mikroelektronische Element wird auf dem dielektrischen Körper der Anschlußvorrichtung so aufgesetzt, daß das mikroelektronische Element über der ersten Oberfläche liegt, und so, daß die Stoßanschlüsse auf dem Element in die Löcher hineinragen und von den federnden Kontakten erfaßt werden. Bevorzugte Verbindungs-Bauteile gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellen die elektrischen Verbindungen mit den Stoßkontakten durch mechanisches Eingreifen der Stoßkontakte in den Gegenkontakten her.
Jeder Kontakt kann eine Struktur aufweisen, wie beispielsweise ein Ring eines blattartigen metallischen Kontaktmaterials, welches über der ersten Oberfläche des dielektrischen Körpers liegt und die Öffnung des betreffenden Lochs umgibt, und jeder Kontakt kann auch eine oder mehrere Projektionen aufweisen, die in einem Stück mit dem Ring hergestellt sind und sich davon nach innen über das Loch erstrecken. Vorzugsweise wird eine Mehrzahl solcher Projektionen vorgesehen an Positionen, die auf dem Umfang um das Loch verteilt sind. Diese Projektionen sind so angeordnet, daß wenn ein Stoßkontakt in das Loch hineinkommt, er die Projektionen nach außen drückt, weg voneinander, und dabei den Stoßkontakt im Loch zentriert. Wie weiter unten diskutiert wird, können solche Anordnungen zuverlässige elektrische Verbindungen der Stoßkontakte mit den Gegenkontakten herstellen. Der Chip oder das sonstige mikroelektronische Bauteil kann mit dem Substrat zuverlässig verbunden werden, indem der Chip einfach gegen die Anschlußvorrichtung in richtiger Ausrichtung gegenüber den Löchern gedrückt wird. Diese zuverlässige Zwischenverbindung kann benutzt werden entweder als vorübergehende Zwischenverbindung für Prüfzwecke oder als permanente Verbindung zwischen dem Chip und dem Substrat. Vorzugsweise bewirkt die Bewegung der Stoßkontakte beim Eintritt in die Löcher, wenn das mikroelektronische Element mit der Verbindungsvorrichtung in Eingriff gebracht wird, ein Abschaben der Kontaktstellen, so daß Verunreinigungen, Oxide und andere Kontaminierungen von den Oberflächen der Stoßkontake und der Gegenkontakte entfernt werden. Besonders bevorzugt werden die Kontakte mit hervorstehenden Rauhstellen versehen, wobei jede Rauhstelle eine scharfes Merkmal, wie eine scharfe Kante oder Spitze, aufweist. Die scharfen Markmale der Rauhstellen scheuern auf den Stoßkontakten während des Abschabvorgangs. Die Stoßkontakte auf den Chips können im wesentlichen kugelförmig sein, beispielsweise Bälle, die mit Lötzinn oder mit einem anderen Verschweißungsmaterial beschichtet sind, oder sie können zylindrisch-konisch oder sonstige Projektionen auf der Oberfläche des mikroelektronischen Elements sein. Zusätzlich können die Kontakte zum Verschweißen mit den Stoßkontakten auf dem Chip adaptiert sein. Somit kann der Kontakt selbst ein thermisch aktivierbares Verschweißmaterial wie eine eutektische Legierung, Lötzinn, eine Diffusionsschweiß-Legierung oder ein ähnliches Material so angeordnet tragen, daß es sich mit den Stoßkontakten verschweißt. Als Alternative oder zusätzlich können die Kontakte aus einem Material hergestellt sein, welches kompatibel ist mit einem auf den Stoßkontakten getragenen Schweißmaterial. Solche Verschweißungen stellen permanente metallurgische Verbindungen her. Somit kann der Chip im mechanischen Eingriff mit der Anschlußvorrichtung und dem Substrat gebracht und geprüft werden mit den mechanisch hergestellten elektrischen Verbindungen. Wenn das Ergebnis zufriedenstellend ist, können die permanenten metallurgischen Verbindungen hergestellt werden. In einer insbesondere bevorzugten Anordnung werden die Stoßkontakte aus einem thermisch erweichbarem Verschweißmaterial, beispielsweise aus Lötzinn, hergestellt. Wenn Wärme angewendet wird, nachdem die Stoßkontakte mit den Kontakten in Eingriff gebracht wurden, springen die Spitzen der Kontakte zurück und dringen in den Lötzinn ein, so daß sich die Spitzen im unkontaminierten Lötzinn befinden. Dies ermöglicht das Verlöten ohne Flußmitte.
Der Blattartige Verbindungskörper der Blattbuchse darf nur weniger als etwa 1 mm dick sein, und die Löcher im Körper können sich ganz durch den Körper, von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche, erstrecken. Somit trägt die Anschlußvorrichtung unwesentlich zur Dicke des Zusammenbaus bei; der Abstand zwischen dem Chip oder dem anderen Element und dem darunterliegenden Substrat bleibt ungefähr derselbe, der beim direkten Verschweißen der Stoßkontakte mit dem Substrat im Chipwende-Verfahren entsteht. Die Löcher können dicht nebeneinander angeordnet werden, im Abstand von weniger als etwa 2,5 mm, vorzugsweise weniger als etwa 1,5 mm sowie noch bevorzugter im Abstand von 1,0 mm oder weniger.
Die Löcher können sich durch den Körper erstrecken, so daß jedes Loch ein Ende auf einer ersten Oberfläche und ein Ende auf einer zweiten Oberfläche aufweist. Jede Anschlußklemme kann auf der zweiten Oberfläche des Körpers der Anschlußvorrichtung am Ende eines solchen Lochs auf der zweiten Oberfläche angeordnet sein. Die Anschlußvorrichtung kann außerdem Durchführungsleitungen aufweisen, die sich in jedem Loch erstrecken. Der Kontakt am Ende von jedem Loch auf der ersten Oberfläche kann mit der Anschlußklemme am Ende des Lochs auf der zweiten Oberfläche verbunden sein mittels der Durchgangsverbindung, die sich innerhalb des Lochs erstreckt. Am meisten bevorzugt ist jede solche Durchgangsverbindung als eine hohle leitende Beschichtung, die im wesentlichen die Wand des entsprechenden Lochs bekleidet. Diese Anordnung ergibt eine außerordentlich kompakte Vorrichtung. Der Abstand zwischen den Löchern kann von der Größenordnung des Dreifachen, bevorzugter des Zweifachen des Durchmessers der aufzunehmenden Stoßkontakte, oder noch geringer, sein. Diese Anordnung kann zwar mit jedem Abstandsmaß verwendet werden, sie ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn der Abstand 1,5 mm oder weniger beträgt.
Am meisten bevorzugt ist jede Durchgangsbeschichtung aus Metall hergestellt und weist einen Kontak-Stützabschnitt auf, der sich nach außen öffnet, weg vom Mittelpunkt des zugeordneten Lochs am Ende des Lochs auf der ersten Oberfläche. Jeder Kontakt weist vorzugsweise eine ringförmige Struktur eines laminaren metallischen Kontaktmaterials auf, wobei der Ring auf dem Kontaktstütz-Abschnitt der zugeordneten Durchgangsbeschichtung liegt und die Öffnung des Lochs auf der ersten Oberfläche umgibt. Jeder Ring ist vorzugsweise verbunden mit der Kontaktstütze, die sich fern von Loch befindet, d. h. neben dem Rand der Kontaktstütze. Jeder solche Kontakt kann auch wenigstens eine Projektion, vorzugsweise eine Mehrzahl von Projektionen, aufweisen, die in einem Stück mit dem Ring hergestellt sind und sich davon nach innen erstrecken, so daß sich die Projektionen über das Loch erstrecken. Jede Kontaktstütze kann ein Befestigungsmittel aufweisen, beispielsweise eine Mehrzahl plattierter Durchgangsverbindungen oder Pfosten, die nach oben ragen, weg von der Kontaktstütze auf dem Körper der Anschlußvorrichtung, und den Kontakt elektrisch und mechanisch mit der Kontaktstütze verbinden in Positionen, die fern vom Loch sind. Jede Befestigungsvorrichtung kann eine verriegelnde Projektion aufweisen, die über dem Ringabschnitt des zugeordneten Kontakts liegt, um den Ring mit der Kontaktstütze zu verriegeln. Die Ringe und die Kontaktstützen haben vorzugsweise polygonale Form, am meisten bevorzugt quadratische Form, und die Durchführungen oder Pfosten aus Metall sind neben den Ecken der Polygone angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ergibt ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen an einem mikroelektronischen Element, welches Stoßkontakte an sich aufweist. Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß der Definition im Anspruch 19 umfaßt vorzugsweise den Schritt des Eingriffs des mikroelektronischen Elements mit einer Blattbuchsen-Verbindungsvorrichtung, die einen blattförmigen dielektrischen Körper aufweist und Kontakte auf einer ersten Hauptfläche davon aufweist, die sich über die Löcher im Körper erstrecken. Der Eingreifschritt wird so ausgeführt, daß die erste Hauptfläche des Körpers der Anschlußvorrichtung sich gegenüber dem mikroelektronischen Element befindet, so daß die Stoßkontakte auf dem mikroelektronischen Element in die Löcher im Körper der Anschlußvorrichtung hineinragen und somit durch die erste Oberfläche über dem Körper der Anschlußvorrichtung, und so daß die Stoßkontakte die Kontakte der Anschlußvorrichtung deformieren und damit eingreifen. Am meisten bevorzugt liegt der Körper der Anschlußvorrichtung dicht über einem Substrat vor dem zuvor erwähnten Eingreifschritt, so daß die Anschlußvorrichtung einen Teil der Montagebaugruppe bildet, und so daß die erste Oberfläche des Körpers der Anschlußvorrichtung eine exponierte Montagefläche der Montagebaugruppe darstellt. Außerdem, vor dem Eingriffschritt, werden die Kontakte auf der Anschlußvorrichtung vorzugsweise elektrisch mit dem Substrat verbunden, so daß, wenn sich das mikroelektronische Element mit der Anschlußvorrichtung in Eingriff befindet, es sowohl physisch der Montagebaugruppe gegenüberliegt und auch elektrisch mit ihr verbunden ist. Das Verfahren kann außerdem den Schritt des Verschweißens der Stoßkontakte mit den Gegenkontakten umfassen, wobei ein elektrisch leitendes Verschweißmaterial an den Schnittstellen zwischen den Stoßkontakten und den Gegenkontakten aktiviert wird, beispielsweise durch kurzzeitiges Aufheizen des mikroelektronischen Elements und der Anschlußvorrichtung, so daß das bereits auf den Gegenkontakten und/oder auf den Stoßkontakten vorhandene Verschweißmaterial eine flüssige Phase an den Schnittstellen zwischen den Stoßkontakten und den Gegenkontakten bildet.
Das Verfahren umfaßt vorzugsweise den Schritt des elektrischen Prüfens des zusammengebauten mikroelektronischen Elements, der Anschlußvorrichtung und des Substrats vor dem verschweißenden Schritt, indem das mikroelektronische Element mittels elektrischer Schaltungstechnik auf dem Substrat und über die Verbindungen zwischen den Stoßkontakten und den Gegenkontakten betrieben wird. Somit kann der Zusammenbau erfolgen, indem das mikroelektronische Element in situ auf der Blattbuchsen-Anschlußvorrichtung positioniert auf dem Substrat montiert und dann geprüft wird. Wenn der Zusammenbau die Prüfung besteht, können die permanenten metallurgischen Verbindung ohne Trennung des mikroelektronischen Elements von der Anschlußvorrichtung hergestellt werden. Die zusammengebaute Baugruppe kann so verwendet werden, wie sie ist, ohne die metallurgisch verschweißten Verbindungen herzustellen, wobei die mikroelektronischen Elemente permanent mechanisch und elektrisch mit der Blattbuchsen-Anschlußvorrichtung in Eingriff bleiben. Wenn der Zusammenbau die Prüfung nicht besteht, kann das mikroelektronische Element vom Rest des Zusammenbaus abgetrennt und durch ein anderes Exemplar des mikroelektronischen Elements ersetzt werden. Oder, wenn andere Teile des Zusammenbaus defekt sind, kann das mikroelektronische Element zur anderweitigen Wiederverwendung entnommen werden.
Die gegebene Möglichkeit, den kompletten Zusammenbau zu prüfen und defekte Bauteile zu ersetzen, bevor die metallurgisch verschweißten Verbindungen hergestellt werden, ist besonders nützlich, wenn eine Vielzahl mikroelektronischer Bauteile mit einem gemeinsamen Substrat verbunden werden sollen, beispielsweise in einer komplexen Hybridschaltung oder in einem komplexen Modul. Am meisten bevorzugt enthält der Eingriffschritt den Schritt des Eingreifens einer Vielzahl mikroelektronischer Elemente mit der Anschlußvorrichtung, und somit mit dem Substrat, in der gleichen Weise wie oben beschrieben, indem die Stoßkontakte von jedem der Bauteile in die Löcher in der ersten Oberfläche der Anschlußvorrichtung gezwungen werden, so daß die Stoßkontakte mit den Kontakten der Anschlußvorrichtung in Eingriff kommen. Nachdem der gesamte Zusammenbau als Einheit geprüft wurde und die Prüfung bestanden hat, können die metallurgisch verschweißten Verbindungen zu allen Stoßkontakten aller dieser Bauteile in einem einzigen Verschweißschritt hergestellt werden, beispielsweise durch Erwärmen der gesamten Baugruppe. Als Alternative kann die Baugruppe ohne den Schritt des Bildens der metallurgisch verschweißten Verbindungen zwischen den mikroelektronischen Elementen und der Anschlußvorrichtung betrieben werden.
Diese Aspekte der vorliegenden Erfindung erbringen eine sehr große Vielseitigkeit und die Fähigkeit, viele verschiedene Vorrichtungen zu verbinden. Diese Vielseitigkeit kann erweitert werden, indem Unterbaugruppen mit einer oder mehreren elektronischen Vorrichtungen vorgefertigt werden auf einem Träger mit einer im allgemeinen flachen unterseitigen Fläche, und die Vorrichtungen auf dem Träger angeschlossen werden über Stoßkontakte, die von der unteren Fläche des Trägers hervorstehen, um somit das zusammengesetzte mikroelektronische Element zu bilden. Solch ein Element kann mit der Anschlußvorrichtung und dem Substrat in den oben beschriebenen Verfahren verbunden werden. In weiteren Erweiterungen des Verfahrens kann dieselbe Blattbuchsen-Anschlußvorrichtung verwendet werden, um das Substrat mit einem Kabel, mit einer Prüfvorrichtung, mit einem anderen Substrat oder mit einer größeren Hauptplatine zu verbinden, indem geeignete Zwischenanschluß-Vorrichtungen, beispielsweise Stecker, verwendet werden, die mit der Anschlußvorrichtung in gleicher Weise wie die mikroelektronischen Elemente verbunden werden. Somit bietet die vorliegende Erfindung ein komplettes System, welches für die Verbindung elektronischer Elemente in unterschiedlichsten Konfigurationen eingesetzt werden kann. Außerdem kann das System im wesentlichen mit beliebigen Abständen zwischen den Stoßkontakten eingesetzt werden; die Löcher in den Anschlußvorrichtungen werden mit den entsprechenden, zum Standardabstand passenden Abständen vorgesehen.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet eine elektronische Baugruppe oder ein elektronisches System gemäß der Definition im Anspruch 33. Das System enthält vorzugsweise eine Montageeinheit wie oben erwähnt und wenigstens ein mikroelektronisches Element. Jedes solches mikroelektronische Element weist eine untere Fläche und eine Mehrzahl von Stoßkontakten auf, die aus der unteren Fläche hervorstehen. Jedes solches mikroelektronisches Element wird auf der Montageeinheit montiert, wobei die untere Fläche des Elements einer Montagefläche der Montageeinheit gegenüberliegt, wobei die Stoßkontakte des Elements in die Löcher der Montageeinheit auf der Montagefläche hineinragen, und in elektrischen Kontakten auf der Montageeinheit an diesen Löchern eingreifen, so daß die Stoßkontakte mit Leitungen der Montageeinheit über die Kontakte elektrisch verbunden sind. Ein solches System bzw. eine solche Baugruppe enthält vorzugsweise mehrere mikroelektronische Elemente, die miteinander über die Leitungen der Montageeinheit verbunden sind. Die Stoßkontakte können entweder mit den Kontakten der Montageeinheit verschweißt werden, oder sie können in trennbarer Weise mit mechanischem Eingriff mit den Kontakten verbunden werden. Baueinheiten gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung können einfach mit hoher Zuverlässigkeit in ausgezeichnet kompakter Weise hergestellt werden.
Ein weiteres Beispiel bietet einen Kontakt für eine mikroelektronische Vorrichtung. Der Kontakt gemäß diesem Beispiel weist einen Basisabschnitt auf, der eine Basisfläche definiert, und eine oder mehrere Rauhstellen, die vorzugsweise in einem Stück mit dem Basisabschnitt hergestellt werden und von der Basisfläche nach oben ragen bis zu einer Höhe von weniger als etwa 40 Mikron, bevorzugt weniger als etwa 25 Mikron. Jede solche Rauhstelle weist eine Spitzenfläche fern von der Basisfläche auf, und eine im wesentlichen scharfe Kante als Begrenzung der Spitzenfläche. Jede Rauhstelle weist vorzugsweise eine Säule eines ersten Metalls auf, die sich von der Basisfläche nach oben erstreckt. Jede Rauhstelle kann auch eine Kappe aus einem zweiten Metall aufweisen, welche die scharfe Kante und die Spitzenfläche definiert. Das zweite Metall ist bevorzugt ein im wesentlichen ätzresistentes Metall und darf härter als das erste Metall sein. Das zweite Metall kann aus der Gruppe gewählt werden, die Gold, Osmium, Rhenium, Platin, Palladium sowie Kombinationen und Legierung dieser Metalle umfaßt. Als Alternative oder zusätzlich können die Spitzenflächen der Rauhstellen elektrisch leitende Verschweißmaterialien tragen, die zur Bildung metallurgischer Verschweißungen mit elektrischen Gegenelementen adaptiert sind. Bevorzugt sind die Spitzenflächen der Rauhstellen im wesentlichen Flach, so daß sie eine signifikante Flächengröße zum Tragen des Verschweißmaterials bieten. Das erste Metall kann gewählt werden aus einer Gruppe, die Kupfer und kupferhaltige Legierungen umfaßt. Der Basisabschnitt von jedem Kontakt kann eine oder mehrere Metallschichten wie Kupfer oder kupferhaltige Legierungen aufweisen und enthält bevorzugt ein Metall mit federnden Eigenschaften, beispielsweise Beryllium-Kupfer oder Phosphorbronze. Als Alternative kann der Basisabschnitt von jedem Kontakt auch eine polymerisch strukturierte Schicht zusätzlich zur leitenden, bevorzugt metallischen Schicht.
Jede Rauhstelle kann im wesentlichen zylindrisch sein, am meisten bevorzugt eine rechtwinklig-kreisförmige Zylinderform aufweisend, und jede der zuvor erwähnten scharfen Kanten kann im wesentlichen die Form einer Kreises aufweisen, der die Spitze der Rauhstelle umgibt. Der Basisabschnitt von jedem Kontakt kann auch einen Ankerbereich sowie wenigstens eine Lasche oder Projektion aufweisen, die in einem Stück mit dem Ankerbereich hergestellt ist. Die Rauhstelle oder Rauhstellen können auf jeder Lasche fern von Ankerbereich angeordnet sein. Im Einsatz wird der Ankerbereich eines solchen Kontakts am Körper einer Anschlußvorrichtung oder an einer anderen Stütze befestigt, wobei die Lasche frei zum Verbiegen ist. Wenn eine Leitung, eine Kontaktfläche oder ein anderes elektrisches Gegenelement mit der Lasche in Eingriff kommt, verbiegt sich die Lasche, und das Gegenelement und die Lasche bewegen sich relativ zueinander in abschabender Weise. Die federnde Wirkung der Lasche führt dazu, daß die scharfe Kante der Rauhstelle das Gegenelement unter Druck berührt und dieses abschabt. Der Ankerbereich von jedem Kontakt kann Teil eines im wesentlichen ringförmigen gemeinsamen Ankerbereichs sein. Eine Kontakteinheit kann einen solchen gemeinsamen Ankerbereich und eine Mehrzahl von Laschen aufweisen, die sich vom ringförmigen Ankerbereich nach innen zu einem gemeinsamen Mittelpunkt erstrecken. Solche Kontakteinheiten können in den oben beschriebenen Anschlußvorrichtungen und Verfahren eingesetzt werden.
Weitere Beispiele umfassen Anschlußvorrichtungen, die die oben beschriebenen Kontakte aufweisen. So kann eine Anschlußvorrichtung gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Kontakt aufweisen, der einen Basisabschnitt und darauf eine oder mehrere Rauhstellen aufweist, wobei jede Rauhstelle eine Spitzenfläche und eine im wesentlichen scharfe, die Spitzenfläche umgebende Kante aufweist, wobei der Kontakt so auf dem Körper montiert ist, daß, wenn ein Gegenelement mit dem Kontakt in Eingriff kommt, das Gegenelement unter Druck über die Rauhstelle gestreift wird, so daß die scharfe Kante der Rauhstelle das Gegenkontakt-Element abschabt. Bevorzugt wird der Ankerbereich des Kontakts am Körper befestigt, so daß die Projektion sich frei verbiegen kann. In dieser Anordnung bringt die Federkraft der Projektion die Rauhstelle in Eingriff mit dem Gegenelement. Wenn eine Kontakteinheit einen ringförmigen Ankerbereich aufweist und sich davon mehrere Laschen nach innen erstrecken, kann die Kontakteinheit so auf dem Körper der Anschlußvorrichtung montiert werden, daß sich der ringförmige Ankerbereich um ein Loch erstreckt, und so, daß sich die Laschen nach innen über das Loch erstrecken, wobei die Rauhstellen allgemein nach oben, weg vom Körper, weisen. Wenn das Gegenelement in das Loch gezwungen wird, verbiegen sich die Laschen nach unten, und die Rauhstellen kommen in Eingriff mit dem Gegenelement.
Ein weiteres Beispiel bietet eine Anschlußvorrichtung mit einer Mehrzahl von Kontakt-Basisabschnitten, wobei diese Basisabschnitte in einem regelmäßigen Kontaktmuster angeordnet sind. Jeder Kontakt-Basisabschnitt weist eine Basisfläche auf. Außerdem weist die Kontakteinheit eine Mehrzahl von Rauhstellen auf, wobei jede solche Rauhstelle von der Basisfläche des zugeordneten Kontakt-Basisabschnitts nach oben ragt. Jede solche Rauhstelle weist fern von der Basisfläche eine Spitze auf, mit einem im wesentlichen scharfem Merkmal an dieser Spitze. Die Rauhstellen können in einem regelmaßigem vorgegebenem Muster der Rauhstellen angeordnet sein. Das Muster der Rauhstellen entspricht dem Muster der Kontakte, so daß wenigstens eine Rauhstelle jedem Kontakt-Basisabschnitt zugeordnet ist. Die Kontakt-Basisabschnitte können im wesentlichen miteinander identisch sein, und die Rauhstellen können sich im wesentlichen an derselben Stelle auf jedem solchen Kontakt-Basisabschnitt befinden.
In Anschlußvorrichtungen gemäß diesem Beispiel gewährleistet die reguläre Verteilung der Rauhstellen auf den Kontakt-Basisabschnitten, daß die Reuheiten auf den meisten oder allen Kontaktabschnitten vorhanden sind, auch wenn der Abstand zwischen benachbarten Rauhstellen groß ist relativ zur Größe der Kontaktabschnitte selbst. Anders ausgedrückt, es ist nicht erforderlich, die ganze Oberfläche mit dicht angeordneten Rauhstellen zu belegen, um zu gewährleisten, daß jeder Kontaktabschnitt eine Rauhstelle aufweist. Entsprechend kann jede Rauhstelle von der Basisfläche emporragen, ohne von den umgebenden Rauhstellen behindert zu werden. Dies fördert das wirksame Abschaben, insbesondere im Fall von sehr kleinen Kontakten und Rauhstellen.
Ein weiteres Beispiel bietet Verfahren zum Eingreifen eines mikroelektronischen Elements mit einer Anschlußvorrichtung. Solche Verfahren umfassen den Schritt des Bewegens des mikroelektronischen Elements relativ zum Körper der Anschlußvorrichtung, so daß die auf den Kontakten in der Anschlußvorrichtung getragenen Rauhstellen die elektrischen Elemente, beispielsweise Leitungen oder Kontaktflächen, abschaben, indem die scharfen Kanten an den Spitzen der Rauhstellen die Kontaktelemente der mikroelektronischen Vorrichtung erfassen und abschaben. Bevorzugt weisen die Kontaktabschnitte flexible Laschen auf, und die Rauhstellen befinden sich auf den flexiblen Laschen. Während des Eingriffschritts werden die Laschen beim Eingreifen in elektrischen Gegenelementen verbogen, so daß die Projektionen die Rauhstellen in Eingriff mit den Kontaktelementen zwingen. Das Verfahren gemäß diesem Beispiel kann außerdem den Schritt der Bildung einer permanenten metallurgischen Verschweißung zwischen den Kontakten und den Anschlüssen des mikroelektronischen Elements umfassen. Der Verschweißungsschritt kann ausgeführt werden, indem ein auf den Kontakten oder auf den erfaßten Elementen der mikroelektronischen Vorrichtung getragenes, elektrisch leitendes Material aktiviert wird. Als Alternative oder zusätzlich kann das Verfahren den Schritt der Inbetriebnahme des mikroelektronischen Elements mittels Anlegen von Signalen über die Kontakte und den in Eingriff befindlichen Elementen der mikroelektronischen Vorrichtung umfassen, ohne Herstellung einer metallurgischen Verschweißung oder vor der Bildung einer solchen Verschweißung. So kann das mikroelektronische Element und sein Eingriff mit den Kontakten vor der permanenten Verschweißung geprüft werden. Auch hier fördert die schabende Wirkung der scharfen Merkmale auf den Rauhstellen den zuverlässigen Kontakt vor der Verschweißung, und zuverlässiges Verschweißen.
Weitere Beispiele bieten Verfahren zum Herstellen der mikroelektronischen Kontakte. Ein Verfahren gemäß diesem Beispiel umfaßt vorzugsweise den Schritt des Auftragens eines ätzresistenten Materials an einer Mehrzahl von Stellen auf einer oberen Fläche von einem Blatt, welches ein erstes Metall auf der oberen Fläche aufweist, wonach das erste Metall in einem ersten Ätzverfahren weggeätzt wird, so daß wenigstens ein Teil des ersten Metalls abgetragen wird in Bereichen anders als die genannten Stellen, so daß die geätzten Bereiche eine Basisfläche definieren, und so daß die abgedeckten Stellen die Rauhstellen bilden, die von der Basisfläche nach oben ragen. Die Schritte des Auftragens und des Wegätzens bilden Spitzen auf den Rauhstellen entfernt von der Basisfläche, und sie bilden auch im wesentlichen scharfe Begrenzungskanten der Spitzen. Das ätzresistente Material kann ein zweites Metall sein, und das zweite Metall kann wenigstens teilweise die scharfen Kanten der Spitzen bilden. Das zweite Metall kann aus der Gruppe von Metallen gewählt werden, die Gold, Osmium, Rhenium, Platin, Palladium sowie Legierungen und Kombinationen dieser Metalle umfaßt, wobei das erste Metall bevorzugt aus der Gruppe gewählt wird, die Kupfer und kupferhaltige Legierungen umfaßt.
Das Blatt kann eine Schicht eines Stoppmetalls aufweisen, welches gegenüber dem zum Ätzen des ersten Metalls verwendeten Äizmittel beständig ist. Die Stoppschicht kann aus einem Metall wie Nickel gebildet sein, welches gegenüber dem Ätzen mit bestimmten Lösungen wesentlich beständiger als das erste Metall ist. Wie weiter unten diskutiert wird, kann die Stoppschicht mit anderen Losungen oder Verfahren geätzt werden. Der Ätzschritt kann fortgesetzt werden, bis das Stoppmetall in den geätzten Bereichen exponiert ist, so daß die Stoppmetallschicht die Basisfläche definiert. Bevorzugt umfaßt das Verfahren außerdem den Schritt des Unterteilens des Blatts in eine Mehrzahl von Kontakteinheiten, wobei jede solche Kontakteinheit einen oder mehrere Kontakte aufweist, wobei die Schritte des Unterteilens und Ätzens so ausgeführt werden, daß sich wenigstens eine Rauhstelle auf jedem solchen Kontakt befindet. Der Unterteilungsschritt kann ein weiteres Ätzverfahren umfassen. Dieses weitere Ätzverfahren kann den Schritt des Ätzens des Blatts an einer unteren Fläche, gegenüber der oberen Fläche, umfassen.
Noch ein weiteres Beispiel bietet ein Verfahren zum Herstellen eines mikroelektronischen Kontakts einschließlich der Schritte des Ätzens eines Blatts, welches ein erstes Metall auf der oberen Fläche aufweist, so daß wenigstens ein Teil des ersten Metalls abgetragen wird, mit Ausnahme der Stellen in einem vorgegebenem Muster der Rauhstellen. Somit definieren die geätzten Bereiche eine Basisfläche, und die Rauhstellen ragen von der Basisfläche nach oben an den Stellen des Musters der Rauhstellen. Der auf die obere Fläche angesetzte Ätzschritt wird so ausgeführt, daß Spitzen auf den Rauhstellen fern von der Basisfläche und scharfe Kanten an jeder solchen Spitze gebildet werden. Das Verfahren gemäß diesem Beispiel weist bevorzugt auch den Schritt des Unterteilens des Blatts auf, um eine Mehrzahl von Kontakteinheiten zu bilden, wobei jede dieser Kontakteinheiten einen oder mehrere Kontakte aufweist, wobei das Unterteilungsmuster und das Muster der Rauhstellen so aufeinander ausgerichtet sind, daß sich wenigstens eine Rauhstelle auf jedem Kontakt befindet. Das Unterteilungsverfahren kann mittels Ätzen, wie oben bereits erwähnt wurde, ausgeführt werden.
Noch ein weiteres Beispiel bietet ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung. Ein Verfahren gemäß diesem Beispiel umfaßt bevorzugt den Schritt des mechanisch erzwungenen Eingriffs eines ersten Elements, welches eine oder mehrere Massen eines elektrisch leitenden, schmelzbaren Verschweißmaterials trägt, beispielsweise ein Lötzinn oder eine sonstige schmelzbare Zusammensetzung, mit einem zweiten Element, welches einen oder mehrere federnde, elektrisch leitende Kontakte trägt, so daß der Kontakt auf der Oberfläche der Masse schabt, und so daß der Kontakt deformiert wird und gegen die geschabte Oberfläche drückt. Das Verfahren umfaßt außerdem den Schritt des Aufheizens des Kontakts und der Masse auf eine erhöhte Verschweißtemperatur, die ausreicht, um das schmelzbare Verschweißmaterial zu erweichen, so daß der Kontakt unter seiner eigenen Federkraft in die Masse eindringt, und dann des Abkühlens der in Eingriff befindlichen Kombination des Kontakts und der Masse. Der Aufheizschritt erfolgt typisch nach dem Schritt des mechanischen Eingriffs, während welchem die Lötmasse kalt und fest ist. Am bevorzugtesten wird der Schritt des mechanischen Eingriffs so ausgeführt, daß die Kontakte die Oberflächen der Massen während des Eingriffschritts abschaben. Am bevorzugtesten weist jeder Kontakt eine oder mehrere Rauhstellen auf seiner Oberfläche auf. Typisch werden die Aufheiz- und Abkühl-Schritte ausgeführt, indem die gesamte Baueinheit, einschließlich beider Elemente, aufgeheizt und abgekühlt wird.
Wenn das schmelzbare Material aufgeheizt und erweicht ist, dringen die Kontakte in die Massen ein, wobei jeder Kontakt im wesentlichen mit reinem schmelzbarem Material in Berührung kommt. Zum Beispiel, wenn das schmelzbare Material ein Lötzinn ist, kommt jeder Kontakt mit im wesentlichem reinem Lötzinn in Berührung, der frei von Oxiden und sonstigen Verunreinigungen, die sich auf den Oberflächen von Lötzinnmassen befinden, ist. Dies erleichtert die Bildung einer einwandfreien metallurgischen Verschweißung zwischen dem Lötzinn und dem Kontakt. Flüßmittel werden nicht benötigt, um die Verunreinigungen von den Öberflächen der Lötzinnmassen zu entfernen. Die Kontakte können oxidations-resistente Materialien aufweisen an den Regionen, die während des Verfahrens in den Lötzinn eindringen. Dies begünstigt weiterhin die einwandfreie Bildung der Lötverbindung ohne Einsatz von Flußmitteln.
Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch ein bestimmtes Prinzip der Betriebsweise eingeschränkt ist, ist davon auszugehen, daß die Abschabwirkung den Oxidfilm bzw. die Oxidschicht, die sich auf den Oberflächen der Lötzinnmassen befinden kann, aufbricht und somit das Eindringen der Kontakte in den darunterliegenden, reinen Lötzinn während der nachfolgenden Schritte des Aufheizens und Erweichens erleichtert. Diese Kontakte werden bevorzugt mit Rauhstellen versehen, die scharfe Merkmale aufweisen in der Region, die auf den Oberflächen der Lötmassen schabt.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt verschweißte Artikel. Ein Artikel gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein erstes Element, welches eine Struktur aufweist mit wenigstens einem darauf befindlichen Anschluß, Massen eines Verschweißmaterials wie Lötzinn und ein zweites Element mit einem oder mehreren darauf befindlichen Kontakten, wobei jeder solche Kontakt einen Ankerabschnitt aufweist, der am Körper befestigt ist und wenigstens eine Lasche aufweist, die sich vom Ankerabschnitt erstreckt und ein davon entferntes Distalende aufweist. Das Distalende von jeder solchen Lasche erstreckt sich in eine Masse des Verschweißmaterials hinein auf dem ersten Element und ist damit verschweißt. Bevorzugt ist das Verschweißmaterial ein Lötzinn, und das Distalende von jeder Lasche ist metallurgisch mit der Masse verschweißt. Jede Lasche ist bevorzugt mit einem Teil der Masse verschweißt, der sich am weitesten von der Oberfläche der Masse entfernt befindet. Am bevorzugsten weist jeder Kontakt einen ringförmigen Ankerbereich auf, der eine zentrale Achse und eine Mehrzahl von Laschen definiert, die nach innen zur zentralen Achse ragen. Jede Masse wird innerhalb des ringförmigen Ankerabschnitts von einem solchen Kontakt aufgenommen, und die sich radial nach innen an einem solchen Kontakt erstreckenden Laschen dringen in die Masse ein. Bevorzugt dringen die Laschen in vielen Richtungen in jede Masse ein. Wie weiter unten diskutiert wird, bilden die Verbindungen gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung besonders feste Zwischenverbindungen, auch wenn die einzelnen Laschen ziemlich klein und deshalb ziemlich zerbrechlich sind.
Die oben beschriebenen und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch klarer ersichtlich an Hand der unter aufgeführten, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, zusammen mit den begleitenden Figuren.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine diagrammatische perspektivische Ansicht einer Montageeinheit und Anschlußvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Teilgrundrißansicht, die einen Teil einer in 1 dargestellten Anschlußvorrichtung darstellt.
3 ist eine weitere Teilgrundrißansicht mit vergrößertem Maßstab, die einen kleineren Teil der gleichen Anschlußvorrichtung darstellt.
4 ist eine diagrammatische Querschnittsansicht entlang der Linien 4-4 in 3.
5 und 6 sind Teilquerschnittsansichten ähnlich wie 4, sie stellen jedoch die Anschlußvorrichtung, die Montageeinheit und einen Chip während eines Zusammenbauvorgangs dar.
7 ist eine Ansicht ähnlich wie 1, jedoch stellt sie eine fertiggestellte elektronische Baueeinheit dar, die mit Hilfe der Montageeinheit und Anschlußvorrichtungen gemäß 1 hergestellt wurde.
8 ist eine Teilquerschnittsansicht ähnlich wie 4, sie stellt jedoch eine Anschlußvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar.
9 ist eine Teilgrundrißansicht, die einen Teil einer Anschlußvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
10 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Teil der Anschlußvorrichtung von 9 zusammen mit einem mikroelektronischen Bauteil darstellt.
11 ist eine Teilgrundrißansicht ähnlich wie 3, sie stellt jedoch einen Teil einer Anschlußvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dar.
12 ist eine Teilgrundrißansicht, die einen Teil einer Anschlußvorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
13 ist eine Teilquerschnittsansicht, die die Funktionsweise der Anschlußvorrichtung gemäß 12 während des Zusammenbaus mit einem mikroelektronischen Element darstellt.
14 ist eine diagrammatische perspektivische Teilansicht, die Teile einer Kontakeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist eine diagrammatische Teilquerschnittsansicht mit vergrößertem Maßstab entlang der Linien 15-15 in 14.
16 ist eine Ansicht ähnlich wie 15, sie stellt jedoch die Anschlußvorrichtung während des Eingriffs mit dem mikroelektronischen Element dar.
17 ist eine Ansicht ähnlich wie 16, sie stellt jedoch die Anschlußvorrichtung dar während eines Zustands eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Ansicht ähnlich wie 17, sie stellt jedoch eine spätere Stufe des gleichen Verfahrens dar.
19–23 sind diagrammatische Teilquerschnittsansichten, die Teile der Anschlußvorrichtung der 14–18 in Stufen eines Herstellungsverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
24, 25 und 26 sind partielle Teilquerschnittsansichten, die eine Anschlußvorrichtung darstellen in sukzessiven Stufen des Herstellungsverfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27 ist eine diagrammatische perspektivische Teilansicht einer Anschlußvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
28 bis 32 sind diagrammatische Teilquerschnittsansichten, die Teile einer Anschlußvorrichtung während sukzessiver Stufen der Herstellung und des Einsatzes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
33 ist eine Teildraufsicht einer in 28-32 dargestellten Anschlußvorrichtung.
34 ist eine Aufriß-Teilansicht, die Komponenten darstellt, die in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Montageeinheit 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt allgemein ein flaches Substrat 21, welches eine obere Fläche 23 mit einer ersten, darauf angeordneten Anschlußvorrichtung 24, und eine gegenüberliegende, untere Fläche 25 mit einer zweiten Anschlußvorrichtung 26 auf der unteren Fläche aufweist. Das Substrat 21 in dieser Anordnung ist eine mehrschichtige laminierte Leiterplatte mit zahlreichen elektrischen Leiterbahnen 28, von welchen nur einige wenige angedeutet sind. Die Leitungen 28 erstrecken sich in gegenseitigen, rechtwinklig zueinander angeordneten horizontalen Richtungen parallel zur oberen und zur unteren Fläche. Der gebräuchlichen Praxis in der Halbleiterindustrie entsprechend, werden die horizontalen Richtungen die "x"-Richtungen und die "y"-Richtungen genannt. Außerdem weist das Substrat Leitungen 56 in vertikaler bzw. "z"-Richtung auf, welche als Zwischenverbindungen für die diversen horizontalen Verbindungen 28 dienen. Einige der Leitungen der "z"-Richtung liegen auf der oberen Fläche 23 frei. Diese exponierten Leitungen sind in einem rechtwinkligen Gitter mit einheitlichem Abstand in den x- und y-Richtungen angeordnet. Die exponierten Leitungen 56 können beispielsweise schmelzfähige leitende Materialien wie Lötzinne, eutektische Verweißlegierungen, polymere Materialien mit Metallfüllungen und ähnliche Substanzen aufweisen, und sie können auch Strukturen, wie beispielsweise sich vertikal erstreckende Durchgangverbindungen, aufweisen. Das Substrat besteht im wesentlichen aus einem dielektrischen, Material, welches die Leitungen trägt und isoliert. Das Substrat 21 kann auch andere, in mehrschichtigen Leiterplatten gebräuchliche Elemente Umfassen, beispielsweise Masse- und Stromversorgungs-Ebenen und dergleichen.
Die Anschlußvorrichtung 24 umfaßt einen blattförmigen dielektrischen Körper 30 der Anschlußvorrichtung, welche eine erste, weg von Substrat 21 nach oben weisende Fläche 32, und eine zweite Fläche 34, die nach unten, dem Substrat zugewandt ist. Der Körper 30 der Anschlußvorrichtung weist zahlreiche Löcher 36 auf (2 und 4), die sich durch ihn von der ersten Fläche 32 zur zweiten Fläche 34 erstrecken und sich somit nach unten zur oberen Fläche des Substrats erstrecken. Der Körper 30 der Anschlußvorrichtung ist vorzugsweise dünner als etwa 1 mm, noch besser zwischen etwa 0,5 und etwa 1,0 mm dick. Wie weiter unter diskutiert wird, sollte die Dicke des Körpers der Anschlußvorrichtung etwa gleich oder etwas größer als die Strecke sein, um welche die Stoßkontakte der mikroelektronischen Elemente über der Oberfläche hervorstehen. Die Löcher 36 weisen bevorzugt einen Durchmesser von etwa 0,75 bis 0,80 mm auf. Wie in 3 und 4 dargestellt, ist jedem Loch 36 eine längliche Kontaktlasche 38 aus Metall zugeordnet. Jede Kontaktlasche liegt über der ersten Fläche 32 des Körpers der Anschlußvorrichtungen. Jede Kontaktlasche weist an einem Ende eine ringförmige Struktur 40 auf, welche die Öffnung des Lochs 36 umgibt, und eine Mehrzahl von Projektionen 42, die sich vom ringförmigen Element nach innen erstrecken, wobei die Projektionen über die Öffnung des Lochs 36 ragen. Die Projektionen 42 sind voneinander mittels Schlitze 44 getrennt. Die Projektionen 42 von jeder Kontaktlasche bilden zusammen einen aktiven Kontakt 45, der über dem Loch 36 liegt und die zentrale freie Öffnung 46 umgibt.
Wie in 4 ersichtlich ist, erstreckt sich jede Kontaktlasche zu einer hohlen Durchgangsverbindung 48 aus Metall, die sich durch den Körper der Anschlußvorrichtung zur zweiten Fläche 34 davon erstreckt. Jede solche Durchgangsverbindung bildet einen Anschluß 50 auf der zweiten Fläche 34 der Anschlußvorrichtung. Wie in 2 ersichtlich ist, sind die Löcher 36 und die aktiven Kontakte 45 in Reihen, die sich in der X-Richtung erstrecken, und in Spalten, die sich in der Y-Richtung erstrecken, angeordnet. Jede Kontaktlasche 38 ist in einem schrägen Winkel von 45 Grad relativ zur X-Richtung angeordnet (somit auch 45 Grad relativ zur Y-Richtung), so daß jede Durchgangsverbindung 48 und somit jeder Anschluß 50 einen Offset in dieser schrägen Richtung relativ zum aktiven Kontakt 45 und zum Loch 36 aufweist. Folglich liegen die Durchgangsverbindungen 48 und die Anschlüsse 50 an den unteren Enden der Durchgangsverbindungen ebenfalls in einer rechtwinkligen Anordnung von Reihen und Spalten, die sich in den X- und Y-Richtungen erstrecken, jedoch weist diese Anordnung einen Offset relativ zur Anordnung der Löcher 36 und der aktiven Kontakte 45 auf. Andere Schrägwinkel können verwendet werden.
Die rechtwinkligen Anordnungen können im wesentlichen jeden Abstand zwischen den benachbarten Elementen aufweisen. Jedoch ist der Elementabstand in jeder Anordnungen vorzugsweise ein Abstand, der mit dem Kontaktabstand auf den Oberflächen der mikroelektronischen Elemente übereinstimmt, beispielsweise auf einem Halbleiterchip mit einer "flächigen" Kontakteanordnung. Die gegenwärtigen Standardkontake haben normalerweise einen Abstand P von etwa 2,5 mm oder weniger, noch typischer etwa 1,5 mm, zwischen den benachbarten Elementen, gemessen entlang einer Reihe oder entlang einer Spalte. Der Abstand der Anordnung der Durchgangskontakte und der Anschlüsse sollte ebenfalls mit dem Abstand der Anordnung der exponierten Leitungen 58 auf dem Substrat übereinstimmen.
Die Kontaktlaschen 38 und die darin enthaltenen Projektionen 42 sind normalerweise laminar. Der Begriff "laminar" wird in dieser Offenbarung im Sinn von blattförmig oder plattenförmig verwendet. Das heißt, eine laminare Struktur weist zwei entgegengesetzt gerichtete Hauptflächen sowie Kanten auf, wobei die Oberflächengrößen der Hauptflächen wesentlich größer als die Oberflächengrößen der Kanten sind. Eine laminare Struktur muß nicht notwendigerweise flach sein. Die Kontaktlaschen 38 können aus metallischen Materialien hergestellt sein, vorzugsweise aus solchen, die wesentliche federnde Eigenschaften, gute elektrische Leitfähigkeit und gutes Verarbeitungsverhalten in Ätz- und Plattierungsverfahren aufweisen, die für mikroelektronische Bauteile gebräuchlich sind. Die Materialien, die verwendet werden können, umfassen Kupfer und kupferhaltige Legierungen wie Berylliumkupfer und Phophorbronze. Das Metall der Kontaktlasche und der Projektion ist vorzugsweise zwischen etwa 10 Mikron und etwa 50 Mikron dick. Standardverfahren können zur Herstellung der Kontaktlaschen eingesetzt werden. Jedoch sind besonders adaptierte Verfahren zur Herstellung von Projektionen, die sich über Löcher in einer dielektrischen Schicht erstrecken, in der US-Patenschrift Nr. 5,148,266 dargestellt, insbesondere in der darin enthaltenen 13, und diese Offenbarungen sind hierin einbegriffen durch Bezugnahme. Die Abmessungen der Komponenten variieren etwas, in Abhängigkeit vom gewählten Abstand der Elemente und von der Art der mit der Anschlußvorrichtung in Eingriff zu bringenden mikoelektronischen Komponenten. In einem System mit etwa 1,5 mm Elementabstand ist die Breite W jeder Kontaktlasche etwa 0,9 mm, wobei die Länge L zwischen dem Mittelpunkt des aktiven Kontakts 45 und dem Loch 36, und dem Mittelpunkt der zugeordneten Durchkontaktierung 48 etwa 1,0 mm betragen kann. Die radiale Erstreckung von jedem Schlitz 44, zu und weg vom Mittelpunkt der freien Region 46, beträgt bevorzugt etwa 0,63 mm, während jeder Schlitz 44 etwa 0,06 mm breit sein kann. Die freie Zentralregion 46 kann einen Durchmesser von etwa 0,08 mm aufweisen, während der Durchmesser D des aktiven Kontakts, gemessen über zwei radial gegenüberliegende Schlitze 44, etwa 0,63 mm betragen kann.
Durchkontaktierungen 48 können metallische oder sonstige leitende Materialien von den Typen aufweisen, die zur Herstellung der Durchkontaktierungen auf Leiterplatten gebräuchlich sind. Solche Materialien umfassen Metalle, die in galvanischen und nichtgalvanischen Verfahren aufgetragen werden können, beispielsweise Kupfer, Nickel, Gold und Legierungen solcher Metalle, und ähnliche Materialien. Die Anschlüsse 50 können zusammen mit den Durchkontaktierungen in einem standardmäßigen Plattierungsverfahren gebildet werden. Die Anschlußvorrichtung 20 ist auf der oberen Fläche des Substrats 21 angeordnet, so daß die zweite Fläche 34 des dielektrischen Körpers 30 der Anschlußvorrichtung dicht auf der oberen Fläche 23 des Substrats liegt. Die Anordnung der Anschlüsse 50 auf der zweiten Fläche des Körpers der Anschlußvorrichtung ist gegenüber der Anordnung der exponierten Leitungen 56 ausgerichtet, so daß jeder Anschluß 50 mit einer exponierten Leitung auf dem Substrat in Eingriff kommt. Die Anschlüsse 50 und exponierten Leitungen 56 sind elektrisch miteinander verbunden. Jede exponierte Leitung 56 ist mit der internen Schaltung innerhalb des Substrats 21, beispielsweise mit den Leitungen 28 in der X- und in der Y-Richtung, verbunden. Die interne Struktur der Leiterplatte kann jede geeignete Form aufweisen, darunter auch, ohne Einschränkung, die Strukturen, die in der veröffentlichten Internationalen Patentschrift Nr. 92/11395, eingereicht am 30. Dezember 1992, hiermit durch Bezugnahme hierin einbegriffen, offenbart sind. Jede internationale Anwendung offenbart auch Verfahren zum verbinden der Leiterbahnschichten miteinander mittels schmelzfähiger leitender Materialien. Diese Verfahren können eingesetzt werden, um die Anschlußvorrichtung 24 mit dem Substrat zu verbinden.
Die Anschlußvorrichtung 26 auf der unteren Fläche 25 des Substrats hat genau die gleiche Struktur wie die Anschlußvorrichtung 24 auf der oberen Fläche des Substrats. Auch in dieser Instanz weist die Kontakte tragende, erste Fläche des dielektrischen Körpers der Anschlußvorrichtung in die Richtung weg vom Substrat 21, d. h. nach unten, weg von der unteren Fläche 25. So werden die Anschlüsse der zweiten Anschlußvorrichtung 26 auf der unteren Fläche elektrisch verbunden mit weiteren exponierten Leitungen (nicht dargestellt). Das Substrat 21 und die Anschlußvorrichtungen 24 und 26 bilden zusammen eine Montageeinheit 20 mit exponierten Montageflächen, die mit den ersten Flächen der beiden Anschlußvorrichtungen definiert sind, und mit Löchern, die sich von den Flächen in die Montageeinheit hinein erstrecken, wie beispielsweise die Löcher 36 der ersten Anschlußvorrichtung. Die über diesen Löchern liegenden Kontakte sind mit Leiterbahnen innerhalb des Substrats elektrisch verbunden. Die Montageeinheit enthält außerdem auch eine dielektrische Maskenschicht 60 (7), die über Teile der exponierten ersten Fläche 32 der oberen Anschlußvorrichtung 24 liegt. Die Maskenschicht bedeckt einige der Kontakte und einige der Löcher auf der oberen Anschlußvorrichtung. Die Maskenschicht weist jedoch Öffnungen 62, 64 und 66 auf. Die Positionen der Öffnungen werden wie benötigt gewählt, um die gewünschten Montagepositionen der diversen Bauteile, die mit der Montagevorrichtung zusammengebaut werden sollen, unterzubringen. Die Schicht 60 mit ihren Öffnungen kann gebildet werden entweder mittels Formschneiden oder mittels Ätzen einer Platte dielektrischen Materials, oder sie können gebildet werden, indem eine lithographisch gebildete Platte von dielektrischem Material als Trockenfilm auf die erste Fläche der Anschlußvorrichtung laminiert wird. Bevorzugt wird die Schicht 60 aus einem Material mit der Bezeichnung "Coverlay" gebildet, welches eine dielektrische Polyimid-Schicht und eine Klebstoffschicht aufweist, um die dielektrische Schicht auf der Anschlußvorrichtung zu befestigen.
In einem Anschlußverfahren wird ein mikroelektronisches Bauteil, beispielsweise ein Halbleiterchip 68, mit der Anschlußvorrichtung in Eingriff gebracht. Das mikroelektronische Element 68 weist eine Mehrzahl von Stoßanschlüssen 70 auf. Wie am besten in 5 ersichtlich ist, ragt jeder Stoßanschluß 70 von der flachen unteren Fläche 72 des Elements 68 hervor. Die Stoßleitungen sind in einem rechtwinkligen Gitternetz angeordnet, welches den gleichen Abstand der Elemente aufweist, wie das Gitternetz der aktiven Kontakte 45 und Löcher 36 (2). In dieser Hinsicht, obwohl die Stoßleitungen nur an den Stellen angeordnet sein sollten, die durch das Gitternetz definiert sind, besteht keine Notwendigkeit, daß ein Stoßkontakt an jeder solchen Stelle vorhanden sein muß. Dies bedeutet, daß nicht alle Gitternetzstellen für die Stoßkontakte besetzt sein müssen. Zum Beispiel können die Stoßkontakte nur an jeder zweiten, oder an jeder dritten Stelle, usw., vorhanden sein, so daß der effektive Abstand der Kontakte das Zweifache, das Dreifache oder ein sonstiges, ganzzahliges Vielfaches des Abstands der Löcher in der Anschlußvorrichtung beträgt.
Jeder Stoßkontakt 70 hat die Form eines allgemein kugelförmigen Balls, der mit der internen Schaltung 74 des Elements 68 elektrisch verbunden ist. Die Stoßkontakte dieser im allgemeinen kugelförmigen Konfiguration werden auch manchmal "Ballkontakte" genannt. Jeder Ballkontakt umfaßt eine interne Kugel als Kern 76 aus einem elektrisch leitfähigen, relativ festem Metall wie Kupfer oder Nickel. Jede Kugel 76 ist wiederum mit einer Schicht 78 eines elektrisch leitfähigen, thermisch aktivierbarem Verschweißmaterial, beispielsweise ein Lötzinn, beschichtet.
Das mikroelektronische Element 68 wird mit der Montageeinheit 20 in Eingriff gebracht, und mit der oberen Anschlußvorrichtung 24, indem das Element so der Montageeinheit gegenüber gebracht wird, daß die Kontakte tragende Fläche 72 des mikroelektronischen Elements der exponierten oder ersten Kontakte tragenden Fläche 32 der Anschlußvorrichtung gegenübersteht, d. h. so, daß die Kontakte tragende Fläche des mikroelektronischen Elements an die exponierte Montagefläche der Montageeinheit kommt, die mit der ersten Fläche 32 der Anschlußvorrichtung definiert ist. Das mikroelektronische Element wird so positioniert, daß die Stoßkontakte 70 auf die aktiven Kontakte 45 und Löcher 36 der Anschlußvorrichtung ausgerichtet sind. Das Element 68 und die Montageeinheit 20 werden aneinander gedrückt, indem das Element 68 nach unten gedrückt wird. In dieser Operation kommen die Stoßkontakte 70 mit den Projektionen 42 von jedem Kontakt in Eingriff und dringen in die Löcher 36 ein. Mit der Fortsetzung dieser Aktion dringen die Stoßkontakte tiefer in die Löcher ein. Dabei drücken die Projektionen 42 der Kontakte gegen die exponierten Flächen der Stoßkontakte 70 unter ihrer eigenen Federkraft, so daß die Projektionen die exponierten Flächen der Stoßkontakte abschaben, während die Stoßkontakte in die Löcher eintreten. Diese Aktion entfernt Verunreinigungen und Oxide von den Oberflächen der Stoßkontakte und von den Oberflächen der Projektionen.
Die nach unten gerichtete Bewegung des mikroelektronischen Elements 68 relativ zur Montageeinheit und relativ zur Anschlußvorrichtung setzt sich fort, bis die Teile die in 6 dargestellte Position erreichen. In dieser Position erreicht die Kontakte tragende Fläche 72 des Elements 68 die Bodenstellung auf der exponierten Fläche 32 der Anschlußvorrichtung, d. h. auf der Montagefläche der Montageeinheit. Ebenfalls in dieser Position liegt der Mittelpunkt von jedem Ball, der einen Stoßkontakt darstellt, unter der ersten Fläche 32 der Anschlußvorrichtung und unter den Projektionen 42, so daß die Projektionen 42 den Stoßkontakt in dieser Position festhalten. In diesem Zustand ist das mikroelektronische Element 68 jedoch noch nicht untrennbar mit der Montageeinheit verbunden. Trotzdem sorgen die federnden Projektionen 42 dafür, daß ein zuverlässiger elektrischen Kontakt mit jedem Stoßkontakt 70 besteht.
Andere Komponenten werden in gleicher Weise mit der Montageeinheit verbunden. Zum Beispiel kann ein weiteres, relativ kleines Substrat oder ein solcher Träger 82, mit weiteren mikroelektronischen Elementen 84 auf dem Substrat 82 mittels eines beliebigen bekannten Verfahrens montiert werden, beispielsweise Montage auf der Oberfläche mit Verbindungsdrähten oder ähnlichen Vorrichtungen. Somit kann die obere oder exponierte Flache 86 des Trägers 82 eine beliebige gewünschte Konfiguration aufweisen, die mit den zur Befestigung der Komponenten 84 verwendeten Montagevorrichtungen kompatibel ist. Die gegenüberliegende oder untere Fläche des Trägers (die Fläche, die zum Substrat 21 weist) ist jedoch im allgemeinen Flach und weist Stoßkontakte 88 auf, die identisch wie die oben beschriebenen Stoßkontakte 70 beschaffen sind. Auch hier sind die Stoßkontakte wieder an den Punkten eines rechtwinkligen Gitternetzes angeordnet, entsprechend dem Gitternetz der Löcher 36 in der Montagefläche des Körpers der Anschlußvorrichtung, d. h. entsprechend der Löcher in der Montagefläche der Montageeinheit. Somit wirkt der Träger 82 als Adapter, der das Montieren von Vorrichtungen mit unterschiedlichen Kontaktarten auf der Montageeinheit ermöglicht. Der Träger 82 kommt mit den Kontakten der Montageeinheit 20 in genau der gleichen Weise wie das Element 68 in Eingriff. Ähnlich wird ein Stecker 90 vorgesehen mit einer im wesentlichen flachen unteren Fläche sowie mit Stoßkontakten 92, die sich von dort aus erstrecken. Die Stoßkontakte sind mit den Adern eines Flachbandkabels 94 elektrisch verbunden. Der Stecker 90 kann an der Montageeinheit 20 in der gleichen Weise wie der Träger 82 und das mikroelektronische Element 68 angeschlossen werden. Außerdem kann der Flachbandkabel-Stecker Durchgangsloch-Leitungen aufweisen, so daß weitere Stecker auf dem ersten Stecker angeschlossen werden können, um einen Stapel von Steckern zu bilden, wobei die entsprechenden Kontakte von jedem Stecker elektrisch parallel geschaltet sind. Eine oder mehrere weitere mikroelektronische Element(e) 96 sind mechanisch und elektrisch an der Montageeinheit 20 angeschlossen, indem Stoßkontakte (nicht dargestellt) am Element 96 mit den von der unteren Anschlußvorrichtung 26 der Montageeinheit getragenen Kontakten in Eingriff gebracht werden. Weitere Elemente (nicht dargestellt) können mit der unteren oder der oberen Anschlußvorrichtung in Eingriff gebracht werden. Wie dargestellt, jede Komponente, die mit der oberen Anschlußvorrichtung in Eingriff ist, befindet sich in einer der Öffnungen 62, 64, 66. Der übrige, nicht benutzte Platz und die übrigen nicht benutzten Löcher sind mit einer "Coverlay"-Schicht 60 und mit einer ähnlichen Schicht auf der unteren Anschlußvorrichtung abgedeckt.
In diesem Zustand sind alle Komponenten vollständig miteinander verbunden und können mit normalen Taktgeschwindigkeiten betrieben werden. Die Prüfoperation kann ausgeführt werden, indem die Stromversorgung und Prüfsignale über das Kabel 94 angelegt werden. Als Alternative oder zusätzlich kann die Montageeinheit 20 einen speziellen Prüfanschlußbereich (nicht dargestellt) aufweisen, um dort die Stromversorgung und die Prüfsignale anzulegen. So können die gesamte Baugruppe und die Komponenten, wie das mikroelektronische Element 68, einfach geprüft werden in einem installierten, eingerasteten Zustand auf der Montageeinheit, wobei die Signale und die Stromversorgung über das Substrat und über die Anschlußvorrichtung angelegt werden. Wenn die Baugruppe in einer solchen Prüfung ordnungsgemäß funktioniert, besteht sehr gute Aussicht, daß sie auch im vorgesehenen Einsatz richtig funktionieren wird. Diese Prüfung erfordert nicht den Eingriff des Chips oder der Stoßkontakte mit einem besonderen Prüfsockel. Nach der Prüfung der Baugruppe wird die besondere Prüfverbindung von der Baugruppe abgenommen.
Wenn ein Fehler festgestellt wird, kann die defekte Komponente bzw. können die defekten Komponenten aus der Montageeinheit herausgenommen werden, indem einfach die Komponente von der Montageeinheit weggezogen wird, so daß die Stoßkontakte auf der Komponente von den Gegenkontakten abgetrennt werden. Die Kontakte können von der nächsten Komponente wiederverwendet werden. Wenn kein Fehler festgestellt wird, kann die Baugruppe im vorgesehenen Einsatz ohne weitere Bearbeitung der Verbindungen verwendet werden. Der federnde Eingriff der Kontaktprojektionen mit der Stoßkontakten bewirkt eine dauerhafte elektrische Verbindung mit langer Lebensdauer. Bevorzugt werden jedoch die Stoßkontakte nach dem Prüfschritt metallurgisch mit den Gegenkontakten verschweißt. Dies kann getan werden, indem die Baugruppe erwärmt wird, um das Verschweißmaterial auf den Stoßkontakten zu aktivieren, so daß sich die metallurgischen Verschweißungen zwischen den Stoßkontakten und den Gegenkontakten bilden. Es ist dabei nicht erforderlich, die mikroelektronischen Elemente oder andere Komponente von der Montageeinheit abzunehmen, oder den Eingriff zwischen den Stoßkontakten und den Gegenkontakten zwischen dem Prüfschritt und dem Verschweißschritt zu verändern. Entsprechend ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß, wenn die Baugruppe ein akzeptables Prüfergebnis im Prüfschritt erbrachte, daß sie nach dem Schritt der metallurgischen Verschweißung weiterhin akzeptabel funktionieren wird. Im Einsatz können sich die Durchkontaktierungen 48, die Kontaktlaschen 38 und die federnden Kontaktprojektionen 42 ausreichend deformieren, um etwas Bewegung der Stoßkontakte in den X- und Y-Richtungen relativ zum Substrat zu ermöglichen. Dies fördert den Ausgleich der thermischen Ausdehnung.
Eine Anschlußvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 8 teilweise dargestellt. In diesem Fall weist der dielektrische Körper 130 der Anschlußvorrichtung ein blattförmiges leitendes, flaches Potentialausgleichelement 137 auf zwischen der ersten Fläche 132 und der zweiten Fläche 134 des Körpers der Anschlußvorrichtung. Das Element 137 kann aus einem leitenden Material, wie Kupfer oder ein anderes Metall, hergestellt sein, und es kann elektrisch mit Massepotential oder Stromversorgungsanschlüssen (nicht dargestellt) verbunden sein, um eine platzsparende Masse- oder Stromversorgungsebene zu gestalten. Die Löcher 136 im Körper 130 der Anschlußvorrichtung erstrecken sich durch Öffnungen 139 im flachen Potentialausgleichelement 137, so daß die Stoßkontakte elektrisch isoliert gegenüber dem Potentialausgleichelement bleiben, wenn sie in die Löcher eindringen. Die Durchkontaktierungen oder Durchgangsleitungen 148 erstrecken sich durch andere Öffnung 141 im Potentialausgleichelement. Jede Durchkontaktierung ist eine zusammengesetzte Struktur, die einen Zentralkörper 149 aus leitendem Material und ein Paar Blinddurchgänge 151 und 153 aufweist, die sich in den Zentralkörper 149 hinein erstrecken von der ersten bzw. der zweiten Fläche des Körpers der Anschlußvorrichtung. Der Blindurchgang 153 definiert den Anschluß 150 auf der zweiten Fläche 134 des Körpers der Anschlußvorrichtung.
Der aktive Kontaktbereich 145 der Kontaktlasche umfaßt federnde Projektionen 142, die sich radial nach innen erstrecken über das Loch 136 an der Öffnung des Lochs auf der ersten Fläche 132. Projektionen 142 sind in einem ähnlichen Muster wie oben beschrieben angeordnet und mit einer ringförmigen Region der Kontaktlasche 138 verbunden, die das Loch 136 umgibt. In dieser Ausführungsform erstrecken sich jedoch die Projektionen 142 nach unten in das Loch 136 hinein, von der ersten Fläche 132 in Richtung zur zweiten Fläche 134 hin, so daß die Spitze von jeder Projektion unter der ersten Fläche eingezogen ist. Somit, obwohl jede Projektion im wesentlichen laminar ist, definieren die Projektionen 142 kooperativ eine konische Leit- oder trichterartige Struktur an jedem Loch. Diese Strukturen unterstützen die Ausrichtung der mikroelektronischen Komponente relativ zur Anschlußvorrichtung während des Zusammenbaus; dadurch weisen die Stoßkontakte eine Tendenz auf, sich zum Mittelpunkt der trichterartigen Strukturen hin zu bewegen, und somit in Richtung zur Mitte der Löcher. Die Projektionen 142 werden typisch gebildet als Abschnitte eines flachen Blatts mit Ringregionen 138 und mit den anderen Teilen der Kontaktlaschen, wobei die Projektionen der federnden Kontakte permanent und plastisch gegenüber ihrem ursprünglich flachen Zustand in den in 8 dargestellten Zustand mittels eines Prägeverfahrens deformiert werden.
Außerdem weisen die Projektionen 142 ein Basismetall 147 und ein Verschweißmaterial 143 über dem Basismetall auf. Das Basismetall 147 ist bevorzugt ein Metall oder eine Legierung der oben im Zusammenhang mit den Kontaktlaschen beschriebenen Art. Das Verschweißmaterial 143 kann ein Lötzinn, eine Lötpaste, ein bei niedriger Temperatur schmelzendes eutektisches Verschweißmaterial, ein Festkörper-Diffusionsverschweißmaterial, ein zusammengesetztes Polymer-/Metall-Verschweißmaterial oder ein sonstiges, thermisch aktivierbares Verschweißmaterial sein. Zum Beispiel wird eine Lötpaste wie Koki RE4-95K, ein Lot mit 63% Zinn – 37% Blei, mit 20–50 Mikron Größenverteilung in einem reinigungsmaterial-freien Flußmittel bevorzugt für Verschweißungen an einem eutektischen Löt-Stoßkontakt. Das Polymer-/Metall-Verschweißmaterial kann eine Dispersion eines Metalls, beispielsweise Silber- oder Goldteilchen in einem thermoplastischen Polymermaterial, wie Ultem, sein oder ein thermisch aushärtbares Polymermaterial wie ein Epoxyharz. Diffusions-Verschweißmaterialien können Schichtstrukturen von Gold auf Nickel, Legierungen von Gold und Zinn, beispielsweise 80% Gold und 20% Zinn, und Legierungen von Zinn und Silber, beispielsweise 5% Silber und 95% Zinn, sein. Lötmittel können Legierungen von Zinn und Blei oder von Zinn, Indium und Silber sein. Eutektische Verschweißmaterialien können aus der Gruppe gewählt werden, die Legierungen von Gold-Zinn, Gold-Germanium, Gold-Silizium oder Kombinationen dieser Metalle umfaßt, wobei die Gold-Zinn-Legierungen bevorzugt werden. Wie gemäß dem Stand der Technik wohlbekannt ist, wird jeder Typ des Verschweißmaterials normalerweise eingesetzt, um Strukturen zu verschweißen, die mit dem Verschweißmaterial kompatibel sind. Zum Beispiel werden eutektische Verschweißmaterialien und Diffusions-Verschweißmaterialien eingesetzt mit Kontakt-Basismetallschichten und mit zugeordneten Stoßkontakten aus Metallen wie Gold, adaptiert zur Bildung von Legierungen mit dem Verschweißmaterial. In dieser Anordnung ist eine Beschichtung der Stoßkontakte an den Komponenten mit einem Verschweißmaterial nicht erforderlich.
Diese Anschlußvorrichtung weist außerdem auf der ersten Fläche 132 eine Schicht 177 eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf, vom Typ, der gewöhnlich als "snap-cure" (schnapp-härtend) bezeichnet wird. Wenn die Baugruppe erwärmt wird, um das Verschweißmaterial 143 auf dem Kontakt zu aktivieren, befestigt der Klebstoff 177 den Chip oder die Komponente auf der Montageeinheit in einer Weise, die eine hohlraumfreie Schnittstelle ergibt. Außerdem bildet der Klebstoff eine Versiegelung um jeden Kontakt und jedes Loch, so daß die Innenräume der Löcher und der Schnittstellen zwischen den Stoßkontakten und den Gegenkontakten isoliert sind gegenüber Kontaminationen in der Umgebung. Ein geeignetes "snap-cure"-Mittel wird unter dem Handelsnamen ABLEBOND von der Firma Ablestik Electronic Materials & Adhesives Company in Rancho Dominguez, Kalifornien, vertrieben. Als Alternative kann eine thermoplastische Schicht 177 auf der ersten Fläche 137 des Blattsockels als Klebstoff verwendet werden, um den Chip mit dem Sockel zu verkleben, wobei der Chip aus dem Sockel wieder entnommen werden kann, wenn erwärmt wird, um das thermoplastische Material wieder zu erweichen. Ein bevorzugtes thermoplastisches Material für diese lösbare Klebstoffschicht ist Polyimid-Siloxan. Mit anderen Worten, die Anschluß-Vorrichtung von 8 wird in der gleichen Weise verwendet, wie die oben diskutierten Komponenten mit Hinweis auf die 1 bis 7.
Wie in 9 dargestellt ist, kann eine aus Metall hergestellte Kontaktlasche 238 einen aktiven Anschlußabschnitt 245 aufweisen, einschließlich eines ringförmigen Bereichs 240, der eine zentrale Öffnung 246 umgibt. Projektionen 242 erstrecken sich spiralförmig vom ringförmigen Abschnitt zur Mitte dieser Öffnung. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Projektionen jedoch nicht direkt radial nach innen, sondern sie erstrecken sich sowohl radial nach innen wie auch in Umfangsrichtung um die Mitte der Öffnung 246. Solche Projektionen weisen eine wesentliche radiale Nachgiebigkeit auf. Das heißt, die Projektionen 242 können sich in Richtungen transvers zu ihrer Längsachse bewegen, so daß sie sich radial nach außen bewegen können.
10 zeigt eine Anschlußvorrichtung der in 9 dargestellten Art, die in Eingriff mit einem mikroelektronischen Element oder mit einem Halbleiterchip 268 in Eingriff gebracht wird. Die Stoßkontakte 270 des Chips 268 sind nicht kugelförmig wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen, sondern sie sind abgeschnittene konische Gebilde. Während jeder solche Stoßkontakt in die Öffnung 246 eintritt und sich nach unten in des Loch 236 im Körper der Anschlußvorrichtung hinein bewegt, wird die Umfangsfläche des Stoßkontakts von den Projektionen 242 des Gegenkontakts erfaßt und abgeschabt. Auch hier können entweder die Gegenkontakte oder die Stoßkontakte, oder beide, mit Verschweißmaterialien versehen werden.
Wie in 11 dargestellt ist, kann eine Kontaktlasche 338 eine ringförmige Struktur 340 aufweisen, die eine nicht-kreisförmige Öffnung definiert, und sie kann nur eine einzige Projektion 342 aufweisen, die sich in diese Öffnung hinein von einer Seite davon aus erstreckt. Diese Struktur kann asymmetrisch angeordnet sein, mit der zugeordneten Öffnung 336 im dielektrischen Körper der Anschluß-Vorrichtung so angeordnet, daß ein in das Loch 336 eintretender Stoßkontakt 370 zwischen der Projektion 342 und der Seitenwand des Lochs gefangen wird.
Ein Kontakt gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in den 12 und 13 schematisch dargestellt. Der Kontaktkörper 438 weist wiederum eine ringförmige Struktur 440 auf, die eine Öffnung 446 definiert. In dieser Struktur enthält die Struktur jedoch eine laminare, im wesentlichen flache Brückenstruktur 444, die sich zwischen zwei Punkten 448 und 450 auf gegenüberliegenden Seiten der Öffnung erstreckt. Die Brückenstruktur 440 ihrerseits enthält eine erste federnde laminare Spirale 452, die sich vom Punkt 442 zu einem zentralen Punkt 454 erstreckt, und eine zweite federnde laminare Spirale 456, die sich von einem Punkt 450 zum zentralen Punkt 454 erstreckt. Die Spiralen 452 und 456 haben die gleiche Händigkeit und sind miteinander verwunden. Wie in 13 dargestellt ist, können die Spiralen nach unten abgelenkt werden, wenn eine Kraft F von einem Stoßkontakt ausgeübt wird. Jede der Spiralen verhält sich im wesentlichen wie eine Spiralfeder. Außerdem wickeln sich die abgelenkten Spiralen um die Seiten des Stoßkontakts 470 und schaben dabei auf der Oberfläche des Stoßkontaks. Diese Anordnung weist die Fähigkeit auf, federnden Eingriff mit Kontakten in einem weiten Größenbereich zu erzielen.
Eine Anschlußvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine Mehrzahl gegenseitig unabhängiger elektrischer Kontakteinheiten 529. Jede Kontakteinheit weist vier metallische Kontakter 520 auf. Jeder Kontakt 520 weist eine kleine metallische Lasche auf, die eine Basisschicht 522 (15) aufweist, die eine nach oben weisende Basisfläche 524 definiert. Der Basisabschnitt von jedem Kontakt wird bevorzugt aus einem federnden Metall gebildet, welches aus der Gruppe selektiert wird, die Kupfer, kupferhaltige Legierungen, Edelstahl und Nickel umfaßt. Beryllium-Kupfer wird besonders bevorzugt. Der Basisabschnitt kann vorzugsweise zwischen etwa 10 und etwa 25 Mikron dick sein. Eine Schicht 525 eines Ätzmetalls wie Nickel wird im Kontaktbildungs-Verfahren wie weiter unten beschrieben verwendet und kann auf der Basisfläche 524 aufgetragen sein. Die Schicht 525 ist vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und 2,0 Mikron dick. Jede solche Lasche ist mit einem im allgemeinen quadratischen, ringförmigen Ankerabschnitt 526 verbunden, der mit der Lasche integriert ist. Jede Lasche hat eine Spitze 528 am Ende der Lasche, welche vom Ankerabschnitt entfernt ist.
Vier Laschen erstrecken sich von jedem Ankerabschnitt 526 nach innen, wobei die Laschen durch Kanäle 523 voneinander getrennt sind. Jeder Kontakt oder jede Lasche 520 hat eine Rauhstelle 530, die von der Basisfläche 524 nach oben ragt neben der Spitze 528 der Lasche. Jede Rauhstelle umfaßt eine Säule 532 eines ersten oder Basismetalls integriert mit dem Basisabschnitt 522 und enthält außerdem eine Kappe 534, die über der Säule 532 liegt an der äußersten Spitze der Rauhstelle, fern von der Basisfläche 524. Jede Säule 532 hat allgemein eine zylindrische oder eine Kegelstumpfform, so daß die Spitze von jeder Säule im wesentlichen kreisförmig ist. Die Kappe von jeder Säule definiert eine flache, runde Spitzenfläche und eine im wesentliche scharfe Kante 536, die die Spitzenfläche umgibt. Jede Rauhstelle ragt vorzugsweise, von der Basisfläche ausgehend, um weniger als etwa 50 Mikron nach oben, bevorzugt zwischen etwa 5 Mikron und etwa 40 Mikron, und noch bevorzugter zwischen etwa 12 Mikron und etwa 25 Mikron. Jede Rauhstelle kann einen Durchmesser zwischen etwa 12 Mikron und etwa 35 Mikron aufweisen, bevorzugt etwa 12 bis etwa 35 Mikron. Das Kappenmetall 534 kann aus der Gruppe gewählt werden, welche die Metalle umfaßt, die Ätzresistent sind gegenüber den Ätzmitteln, mit welchen das erste oder Basismetall geätzt wird. Kappenmetalle werden aus der bevorzugten Gruppe gewählt, die Gold, Silber, Platin, Palladium, Osmium, Rhenium und deren Kombinationen umfaßt. Wie weiter unten diskutiert wird, unterstützen solche ätzresistente Metalle die Bildung der scharfen Kanten 536. Außerdem fördern die härteren ätzresistenten Metalle, insbesondere Osmium und Rhenium, die Erhaltung der Kante während des Einsatzes.
Die Kontakteinheiten sind auf der oberen Fläche 538 eines Anschlußkörpers 540 mit einem solchen gegenseitigen Anstand angeordnet, daß Schlitze 542 zwischen benachbarten Kontakteinheiten vorhanden sind. Der Anschlußkörper 540 weist ein blattförmiges Element 544 aus Metall auf, in welchem Löcher 546 vorhanden sind. Die Metallschicht ist mit einer unteren dielektrischen Schicht 548 und mit einer oberen dielektrischen Schicht 550 bedeckt, die miteinander verbunden sind in den Löchern 546, so daß die dielektrische Schicht zusammenwirkend auch die Löcher auskleidet. Eine elektrisch leitende metallische Durchkontaktierung 552 erstreckt sich durch jedes Loch 546 von der oberen Fläche 538 des Anschlußkörpers zur gegenüberliegenden, unteren Fläche 554. Jede Durchgangskontaktierung 552 erweitert sich an der unteren Fläche radial nach außen, weg von der zentralen Achse 556 des zugeordneten Lochs, um einen ringförmigen Anschluß 558 an dieser unteren Fläche zu bilden. Jede Durchgangskontaktierung erweitert sich an der oberen Fläche 538 auch nach außen, weg von der zentralen Achse, um eine Kontakt-Tragstruktur 560 zu bilden. Der Umfang von jedem Kontaktträger ist allgemein quadratisch.
Jede Kontakteinheit 529 weist vier Öffnungen 564 auf, die sich durch den ringförmigen Ankerabschnitt 526 von seiner unteren Fläche 521 zur nach oben weisenden Basisfläche 524 erstrecken. Eine Kontakteinheit 529 ist auf jedem Kontaktträger 560 angeordnet, in Bezug auf dessen quadratischen Rand ausgerichtet. Jede Kontakteinheit ist am zugeordneten Kontaktträger mittels vier Pfosten 566 integriert befestigt mit dem Kontaktträger 560 und erstreckt sich nach oben durch das Loch 564 in der Kontakteinheit. Jeder Pfosten 566 hat eine nach außen ragende Wulst, oder einen wulstartigen Abschnitt 568 am vom Kontaktträger entfernten Ende des Pfostens, über der Basisfläche 524. Diese Pfosten und der Wulstabschnitt befestigen somit jede Kontakteinheit 529 am zugeordneten Kontaktträger 560, so daß die einzelnen Kontakte oder Laschen 520, insbesondere die Spitzen 528 davon, radial nach innen ragen zur Achse 556 des zugeordneten Lochs 546 im Anschlußkörper, so daß die Spitzen der Kontakte oder Laschen 520 über dem Loch 546 liegen. Die Pfosten und die Kontaktträger 560 verbinden auch jede Kontakteinheit elektrisch mit der zugeordneten Durchkontaktierung und somit mit dem Anschluß 558 auf der unteren Fläche.
Die Kontakteinheiten 529 und somit die einzelnen Kontakte oder Laschen 520 sind in einem regelmäßigen Muster entsprechend dem Muster der Löcher 546 im Körper 540 angeordnet. Die Rauhstellen 530 an den Kontakten sind ebenfalls in einem regelmäßigen Muster angeordnet, ausgerichtet nach dem Muster der Kontakte 520, so daß die gleiche Anzahl Rauhstellen auf jedem Kontakt vorhanden ist. In den Ausführungsformen gemäß 14 und 15 befindet sich nur eine Rauhstelle auf jedem Kontakt. Da jedoch die Rauhstellen und die Kontakte in regulären Mustern angeordnet sind, sind alle Kontakte mit Rauhstellen versehen. Außerdem befindet sich die Rauhstelle an jedem Kontakt in der gleichen Position, nämlich neben der Spitze der Lasche oder des Kontakts, entfernt von der Ankerregion der Kontakteinheit.
Die Anschlußvorrichtung gemäß 14 und 15 kann sich mit einem größeren Substrat in Eingriff befinden, beispielsweise mit einem mehrschichtigen Substrat 568 mit darin befindlichen Leitungen 569. Jede solche Leitung weist ein exponiertes Ende 571 an der Oberfläche des Substrats auf. Die Anschlüsse 558 der Anschlußvorrichtung, und somit die Kontakteinheiten 529, können elektrisch mit den internen Leitungen 569 des Substrats mittels herkömmlicher Laminierung und/oder Lötverbindungs-Verfahren verbunden sein, oder mittels der Laminierungs- und Zwischenverbindungsverfahren, die in der Internationalen Patenschrift 92/11395 offenbar sind, und diese Offenbarung ist durch Bezugnahme hierin einbegriffen. Nach dem Zusammenbau mit dem Substrat, kommt die Anschlußvorrichtung gemäß 14 und 15 mit einem passenden mikroelektronischen Element 570 in Eingriff, so daß ein Stoßkontakt oder eine Lötzinnkugel 572 in jeder Kontakteinheit 529 eingreift. Entsprechend weist das passende mikroelektronische Element 570 Stoßleitungen 572 auf, in einem Muster, welches dem Muster der Löcher 546 und der Kontakteinheiten 529 entspricht. Das mikroelektronische Element 570 ist der Anschlußvorrichtung 570 so gegenübergestellt, daß eine Stoßleitung oder Lötzinnkugel 572 gegenüber jeder Kontakteinheit und dem darunter liegenden Loch 546 im Anschlußkörper 540 ausgerichtet ist. Das mikroelektronische Element wird dann nach unten gedrückt, zum Anschlußkörper und zu den Kontakteinheiten 529 und den einzelnen Laschen oder Kontakten 520. Diese Bewegung nach unten bringt jede Kugel 572 in Eingriff mit allen vier Kontakten oder Laschen 520 der Kontakteinheit 529 und, insbesondere, bringt die Kugel 572 in Eingriff mit den Rauhstellen 530. Wie in 16 dargestellt ist, bleibt der Ankerabschnitt oder äußere Rand 526 von jeder Kontakteinheit in wesentlichen in fester Position, während die Distalbereiche von jeder Lasche 520, neben den Spitzen 528 der Laschen, sich nach unten biegen, in der Richtung der Bewegung der erfaßten Kugel 572. In diesem Zustand weist ein Teil von jeder scharfen Kante 536 nach oben, in der zur nach unten gerichteten Bewegung des mikroelektronischen Elements 570 und der Kugel 572 entgegengesetzten Richtung. Jede Rauhstelle ist durch die Federkraft der Lasche 520 nach innen vorgespannt, zur zentralen Achse 556 des Lochs hin. Der nach oben weisende Abschnitt von jeder Kante 536 versucht, in die Oberfläche der Kugel 572 einzudringen und schabt die Oberfläche der Kugel, während sich die Kugel nach unten in das Loch 546 hinein bewegt. Folglich schabt die scharfkantige Rauhstelle an jeder Lasche eine Kratzspur entlang der Kugel oder Stoßleitung 572.
Dieser schabende Vorgang entfernt wirksam die Oxiden und sonstigen Kontaminierungen entlang der Kratzspuren. Dies gewährleistet zuverlässige elektrische Verbindungen zwischen den Kontakten 520 und den Kugeln oder Leitungen 572. Insbesondere fördern die Spitzen der Rauhstellen gute Verbindungen mit den Kugeln oder Leitungen 572. Da das Kappenmetall in der Schicht 534 an der Spitze von jeder Rauhstelle ein im wesentlichen gegen Oxidation resistentes Metall ist, befindet sich darauf normalerweise keine signifikante Oxid- oder Verunreinigungsschicht. Folglich bilden die Kugel und die Kontakte eine feste, zuverlässige elektrische Verbindung. Dieser Vorgang wiederholt sich an jeder Kontakteinheit und mit jeder Kugel oder Leitung 572 an der Oberfläche des mikroelektronischen Elements, so daß zuverlässige Zwischenverbindungen gleichzeitig zwischen allen Kugeln oder Leitungen und allen internen Leitungen 569 des Substrats 568 gebildet werden. Diese Verbindungen können als endgültig permanente oder als einstweilig permanente Verbindungen der Baueinheit dienen. Als Alternative kann die durch den mechanischen Eingriff des Elements hergestellte elektrische Verbindung als Prüfanschluß verwendet werden, so daß das mikroelektronische Element 570, seine Verbindungen mit dem Substrat 568 und mit den sonstigen, an gleichen Substrat angeschlossenen Elementen mit angelegter Stromversorgung geprüft und in Betrieb genommen werden können. Wenn eine defekte Verbindung oder Komponente während der Prüfung festgestellt wird, kann diese entfernt und einfach ersetzt werden. Normalerweise können die Anschlußvorrichtung und die Kontakte wiederverwendet werden. Wenn nur eine vorübergehende Verbindung erwünscht ist, kann ein Anschlagelement (nicht dargestellt) zwischen dem mikroelektronischen Element 570 und der Anschlußvorrichtung eingefügt werden, um den Bewegungshub des mikroelektronischen Elements zu begrenzen. Somit werden die Kontakte nur elastisch deformiert, statt permanent verbogen zu werden. Die Anschlußvorrichtung kann mehrfach wiederholt als Prüfsockel verwendet werden.
Nach dem Abschluß der Prüfung kann die Baueinheit permanent verschweißt werden. Jede Stoppleitung 572 enthält ein elektrisch leitendes Verschweißmaterial, welches mit den Materialien der Kontakte 520 kompatibel ist. Alternativ oder zusätzlich können die Kontakte selbst elektrisch leitende Verschweißmaterialien tragen. Verschiedene, dem Fachmann für mikroelektronische Baueinheiten bekannte Verschweißmaterialien können für diese Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel können die Stoßleitungen 572 ganz aus einem Lötzinn, oder aus einer Lötzinnschicht über einem inneren Kern (nicht dargestellt) gebildet sein. In diesem Fall kann das elektrisch leitende Verschweißmaterial oder Lötzinn durch Erwärmen der Baueinheit, wobei der Lötzinn zum Schmelzen gebracht wird, aktiviert werden. Ein Flußmittel, beispielsweise ein sogenanntes "reinigungsfreie" Flußmittel, kann entweder auf dem mikroelektronischen Element um die Lötzinnkugel oder auf den Kontakten 520 vorgesehen werden. Als Alternative kann eine Lötpaste, beispielsweise Koki RE4-95K, ein aus 63% Zinn und 37 Blei bestehender Lötzinn, der als Partikel mit Durchmesser 20–50 Mikron in einem reinigungsfreien Flußmittel verteilt ist, entweder an den Kontakteinheiten oder auf den Kugeln oder Leitungen 572 aufgetragen werden.
Andere Verschweißmaterialien können ebenfalls statt Lötzinn eingesetzt werden, darunter ein bei niedriger Temperatur verwendbares, eutektisches Verschweißmaterial, ein Festkörperdiffusions-Verschweißmaterial, ein zusammengesetztes Polymer-Metall-Verschweißmaterial oder ein sonstiges, durch Erwärmen aktivierbares Verschweißmaterial. Polymer-Metall-Verschweißmaterialien können aus einer Dispersion eines Metalls, beispielsweise Silber- oder Gold-Partikel, in einem thermoplastischen Polymer wie ULTEM-Material oder einem wärmehärtbaren Polymer wie Epoxykunststoff bestehen. Diffusions-Verschweißmaterialien können beispielsweise Strukturen aus Gold auf Nickel, Legierungen von Gold und Zinn, zum Beispiel 80% Gold und 20% Zinn, und Legierungen von Zinn und Silber, zum Beispiel 5% Silber und 95% Zinn, sein. Lötzinn kann aus Legierungen wie Zinn-Blei und Zinn-Indium-Silber bestehen. Hochtemperatur-Verschweißmaterialien können gewählt werden aus einer Gruppe, die Legierungen von Gold und Zinn, Gold und Germanium, Gold und Silizium oder Kombinationen dieser umfaßt, wobei Legierungen aus Gold und Zinn bevorzugt werden. Gemäß bekannter Grundlagen, wird jede Art von Verschweißmaterial normalerweise eingesetzt, um Strukturen zu verschweißen, die mit dem jeweiligen Verschweißmaterial kompatibel sind. Zum Beispiel, Hochtemperatur-Verschweißmaterialien und Diffusions-Verschweißmaterialien werden eingesetzt mit Kontaktmetallen und Stoßleitungen oder Metallkugeln, wie Gold, die zur Bildung von Legierungen mit dem Verschweißmaterial adaptiert sind. Die Verschweißmaterialien können entweder auf den Kontakteinheiten 529 oder auf den in Eingriff kommenden, elektrischen Gegenelementen oder Leitungen 572 aufgetragen werden. Das auf den Spitzenflächen der Rauhstellen getragene Kappenmetall kann zugleich das Verschweißmaterial sein.
Diese Struktur ergibt eine Verbindung mit niedriger Induktivität zwischen den Kontakten 520 und den Anschlüssen 558. In dieser Anordnung sind keine Durchkontaktierungen separat von den die Stoßleitungen aufnehmenden Löchern erforderlich. Statt dessen bieten die Löcher 546 Platz für die Durchkontaktierungen oder Beschichtungen. Mit anderen Worten, die Löcher dienen sowohl zum Aufnehmen der Stoßleitungen der mikroelektronischen Komponente wie auch zum Durchführen der Leitungen durch den Anschlußkörper. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Anordnung. Der Abstand zwischen benachbarten Löchern und Kontakten braucht nur etwas größer als die maximalen Durchmesser der Löcher selbst und nur etwas größer als die Durchmesser der Stoßleitungen, die in den Löchern aufgenommen werden, zu sein. Somit kann der Kontaktabstand etwa das Dreifache des Stoßleitungsdurchmessers oder weniger sein, vorzugsweise nur etwa das zweifache des Stoßleitungsdurchmessers. Geeignete Werte für die verschiedenen Abstände sind in der unten wiedergegebenen Tabelle I enthalten. In der Tabelle bezieht sich der Stoßleitungsdurchmesser auf den Durchmesser einer kugelförmigen Stoßleitung am mikroelektronischen Element. Der maximale Lochdurchmesser bezieht sich auf den Durchmesser des Lochs im Körper 540 an der ersten Fläche 538. Der Schlitzdurchmesser bezieht sich auf den Abstand zwischen den gegenüberliegenden Bogenkanten 523 der Schlitze, während sich die Dicke der dielektrischen Schicht auf die Dicke der dielektrischen Schicht 550 bezieht und die Dicke des Kontakts sich auf die Dicke der Metallschicht bezieht, welche die Kontakte und die Projektionen 522 darstellt.
TABELLE 1
Da die Öffnungen 564 und Pfosten 566 neben den Ecken von jedem quadratischen ringförmigen Kontakt angeordnet sind, fern vom Zentrum des zugeordneten Lochs, befinden sich die Pfosten und Öffnungen fern von den Laschen oder Projektionen 520 und Schlitzen 523, d. h. fern von der aktiven Fläche des Kontakts. Die Pfosten und Öffnungen stören das Biegen der Projektionen nicht. Da jedoch jeder angebrachte Pfosten 566 so angeordnet ist, daß er bezüglich einer Projektion oder Lasche 520 ausgerichtet ist, sind die angebrachten Pfosten ideal positioniert, um Belastung der Verbindungsstelle zwischen dem Kontakt und dem Anschlußkörper zu widerstehen. Auch hier sind die laminaren ringförmigen Kontakte im wesentlichen quadratisch und füllen im wesentlichen die obere Fläche der Anschlußvorrichtung und lassen nur kleinen Zwischeräumen zur elektrischen Isolierung übrig.
Die Anschlußvorrichtung kann auch einen dielektrischen Klebstoff auf der zweiten oder unteren Fläche des Anschlußkörpers aufweisen, in den Regionen zwischen den Anschlüssen 558. Der dielektrische Klebstoff kann beispielsweise ein schnell-härtender Klebstoff wie zuvor diskutiert sein. Die Anschlüsse 558 können mit einem wärmeaktivierbarem, elektrisch leitenden Verschweißmaterial, welches den oben diskutierten Materialien ähnlich ist, überzogen sein, für den Anschluß der Leitungen des Substrats.
In einer Variante der in den 14–16 gezeigten Ausführungsform kann die Befestigung am Kontaktträger als erhabene Merkmale vorgesehen sein, welche den Umfang des Kontaktrings umgeben. Beispielsweise können die Rippen (nicht dargestellt) entlang der Kanten der einzelnen Kontakte nach oben ragen, und sie können herausragende Abschnitte aufweisen, die sich nach innen erstrecken, so daß sie die Ränder von jedem Kontakt überlappen.
Eine Anschlußvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlich identisch zur Anschlußvorrichtung gemäß der 14–16, enthält jedoch eine Schicht eines herkömmlichen, mit einem Muster belegbaren Lötmaskenmaterials 567 (17), welches die oberen Flächen das Anschlußkörpers und der Kontakteinheit bedeckt. Eine solche Lötmaskenschicht 567 ist mit Löchern versehen, die gegenüber den Löchern 546 im Anschlußkörper und gegenüber den Zentralachsen 556 der Löcher und Kontakteinheiten ausgerichtet sind. Die spitzen oder Distalenden 528 der Kontaktlaschen sind innerhalb der Löcher 565 der Lötmaskenschicht freigelegt, während die quadratischen ringförmigen Ankerabschnitte 526 der Kontakteinheiten und die Proximalenden der Laschen neben den Ankerabschnitten von der Lötmaskenschicht überdeckt sind. Die Lötmaskenschicht kann mit Fotoabbildungs-Polymeren oder sonstigen Polymeren, zum Beispiel Epoxide und Polyimide, gebildet werden. Thermoplastische Materialien wie Polyetherimide (verfügbar unter dem eingetragenen Warenzeichen Ultem) und Fluorkohlenwasserstoffe, insbesondere fluoriertes Ethylen-Propylen ("FEP"), können ebenfalls verwendet werden.
Die Anschlußvorrichtung gemäß 17 kann mit einem größeren Substrat in Eingriff gebracht werden, beispielsweise mit einem mehrschichtigen Substrat 568, welches Leitungen 569 aufweist. Die Anschlüsse 558 der Anschlußvorrichtung und somit die Kontakteinheiten 529 können elektrisch verbunden werden mit den internen Leitungen 569 des Substrats mittels herkömmlicher Laminierung und/oder Lötzinn-Verschweißverfahren, oder mittels der Laminierungs- und Zwischenverbindungs-Verfahren, die in der US-Patentschrift 5 282 312 offenbart werden, wobei jene Offenbarung durch diese Bezugnahme hierin einbegriffen ist.
Nach dem Zusammenbau mit dem Substrat wird die Anschlußvorrichtung gemäß 17 mit einem passenden mikroelektronischen Element 570' in Eingriff gebracht. Das mikroelektronische Element 570' kann eine aktive mikroelektronische Vorrichtung, beispielsweise ein Halbleiterchip, oder ein schaltungtragendes Substrat oder eine Platine oder eine sonstige Vorrichtung sein. Das mikroelektronische Element hat einen Körper mit einer hinteren Fläche 575' mit darauf befindlichen Anschlüssen 573', die mit anderen elektronischen Schaltungen oder Komponenten des mikroelektronischen Elements (nicht dargestellt) verbunden sind. Die Anschlüsse 573' sind in einer Gruppe angeordnet, die zur Anordnung der Kontakteinheiten 529 und Löcher 546 auf der Anschlußvorrichtung paßt. Eine Masse eines durch Erwärmen erweichbaren Materials, beispielsweise Lötzinn 572', ist auf jedem Anschluß 573' aufgebracht. Die Lötzinnmassen haben die Form von Stoßanschlüssen, die auf der Fläche 575 nach oben ragen. Die Lötzinnmassen enthalten bevorzugt ein oder mehrere Metalle, die aus der Gruppe gewählt sind, die Blei, Zinn, Silber, Indium und Wismut umfaßt. Es können Blei-Zinn-Legierungen, Blei-Zinn-Silber-Legierungen oder Indium-Wismut-Legierungen verwendet werden.
In einem Zusammenbauverfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die hintere Fläche 575' des mikroelektronischen Elements 570' neben der vorderen Fläche des Anschlußkörpers 540 gebracht. Die Anschlüsse 573' und Lötzinnmassen 572' auf dem mikroelektronischen Element sind gegenüber den Löchern 546 im Anschlußkörper und somit bezüglich der zentralen Achsen 556 der Kontakteinheiten und Löcher ausgerichtet. Während dieser Stufe des Verfahrens liegt die Temperatur der Lötzinnmassen wesentlich unterhalb des Schmelzpunktes des Lötzinns, und deshalb befinden sich die Lötzinnmassen in einem festen starren Zustand. Die Oberfläche von jeder Lötzinnmasse drückt auf die Laschen der zugeordneten Kontakteinheit neben der Spitze oder dem Distalende der Lasche. Während wenigstens Teilzeiten dieses Eingreifschritts kommen die Lötzinneinheiten mittels der Rauhstelle 530 auf der Lasche mit jeder Lasche in Eingriff. Das mikroelektronische Element wird dann zwangsweise mit der Anschlußvorrichtung in Eingriff gebracht, indem das mikroelektronische Element zur oberen Fläche des Anschlußkörpers hin gedrückt wird. Wie in 17 dargestellt ist, bleibt der Ankerabschnitt oder Umfang 526 von jeder Kontakteinheit im wesentlichen in unveränderter Position, während die Distalregionen von jeder Lasche 520, neben den Spitzen 528 der Laschen, sich nach unten verbiegen, in der Bewegungsrichtung der erfaßten Lötzinnmasse 572. In diesem Zustand weist ein Teil von jeder scharfen Kante 536 nach oben, in der zur nach unten weisenden Bewegungsrichtung des mikroelektronischen Elements 570' und der Lötzinnmassen 572' entgegengesetzten Richtung. Die Spitze 528 von jeder Lasche, und die Rauhstelle auf dieser Spitze, sind durch die Federkraft der Lasche 520 nach innen vorgespannt, zur zentralen Achse 556 des Lochs hin. Der nach oben weisende Abschnitt von jeder Kante 536 ist bestrebt, in die Oberfläche einer Lötmasse 572' einzudringen. Die Rauhstelle mit scharfer Kante an jeder Lasche schabt somit eine Kratzspur entlang der Oberfläche der Lötzinnmasse 572'.
Dieses Schaben entfernt wirksam Oxide und andere Verunreinigungen von den Kratzspuren. Dies sorgt dafür, daß zuverlässige elektrische Verbindungen zwischen den Kontakten 520 und den Lötzinnmassen 572' entstehen. Insbesondere fördern die Spitzen der Rauhstellen die Kontaktbildung mit den Lötzinnmassen 572'. Da das Kappenmetall auf der Spitze jeder Rauhstelle ein im wesentlichen gegen Oxidation resistentes Metall ist, trägt es normalerweise keine signifikante Oxid- oder Verunreinigungsschicht. Die Lötzinnmassen und die Kontakte bilden somit eine feste zuverlässige elektrische Zwischenverbindung. Dieser Vorgang wiederholt sich an jeder Kontakteinheit und mit jeder Lötzinnmasse 572' auf der Oberfläche des mikroelektronischen Elements, so daß zuverlässige Zwischenverbindungen gleichzeitig zwischen allen Lötzinnmassen 572' und allen internen Leitungen 569 des Substrats 568 gebildet werden. Die durch mechanischen Eingriff des Elements erzielte elektrische Verbindung kann als Prüfanschluß verwendet werden, so daß das mikroelektronische Element 570', seine Verbindungen mit dem Substrat 568 und mit den anderen mit dem gleichen Substrat verbundenen Elementen mit angelegter Stromversorgung geprüft und in Betrieb genommen werden können. Diese Prüfung dient auch zum Prüfen der elektrischen Kontinuität zwischen den Lötzinnmassen 572' und den Kontakten 520. Wenn eine defekte Verbindung oder Komponente während der Prüfung erkannt wird, kann diese problemlos herausgenommen und ersetzt werden. Normalerweise können die Anschlußvorrichtung und die Kontakte wiederverwendet werden.
Nach dem Abschluß des Prüfschritts werden die in Eingriff befindlichen Lötzinnmassen und Kontakte auf eine höhere Verschweißtemperatur erwärmt, die ausreicht, um den Lötzinn zu erweichen. Vorzugsweise wird diese Erwärmung ohne Lösen der Lötzinnmassen aus dem Eingriff mit den Kontakten durchgeführt. Die Lötzinnmassen bleiben ab dem Abschluß des Prüfschritts für den gesamten Restverlauf des Verfahrens in Eingriff mit den Kontakten. Die Verschweißtemperatur reicht aus, um den Lötzinn zu erweichen, wobei ein Teil des Lötzinns oder der gesamte Lötzinn zu einer flüssigen Phase konvertiert wird. Die Lötzinnmassen und Kontakte können erwärmt werden, indem die gesamte Einheit einer geeigneten Wärmequelle, beispielsweise erhitztem Gas, Strahlungsenergie, usw., ausgesetzt wird. Beim Erweichen des Lötzinns springt jede Lasche 520 vom deformierten, in 17 gezeigten Zustand in ihre nicht deformierte Originalform zurück. Wie in 18 gezeigt ist, dringen die Distalenden oder Spitzen der Laschen in die Lötmasse ein. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine Theorie der Funktionsweise eingeschränkt ist, glaubt man, daß das Schaben zwischen den Kontakten und der Oberfläche der Lötmassen während des Eingriffschritts, und insbesondere das Schaben der Rauhstellen auf den Kontakten, das Endringen der Kontakte durch die Oberfläche der Lötmassen fördert. Man glaubt, daß das Aufbrechen der Oxidschicht während des Schabens den Zusammenhalt der Oxidschicht nach dem Erweichen der Lötzinnmassen wesentlich schwächt. Dies wiederum ermöglicht es den Kontaktspitzen, leicht durch die Oxidschicht einzudringen in den im wesentlichen reinen, oxidfreien Lötzinn unterhalb der Oxidschicht. Das Schaben begünstigt auch das Entfernen von Oxiden und anderen Verunreinigungen von den Oberflächen der Kontaktspitzen.
Da die Spitzen der Kontakte in den reinen, nicht oxidierten Lötzinn eintauchen, werden sie vom Lötzinn bereitwilling benetzt. Vorausgesetzt, daß wenigstens einige Stellen auf den Kontaktspitzen in dieser Verfahrensstufe im wesentlichen frei von Oxidations- und sonstigen Verunreinigungen sind, kann der reine Lötzinn die Kontaktspitzen wirksam benetzen. Es sind keine Flußmittel oder sonstige chemische Fremdsubstanzen erforderlich. Die Baueinheit muß vorzugsweise auf der erhöhten Verschweißtemperatur lang genug gehalten werden, um zu gewährleisten, daß alle Teile der Baueinheit die Verschweißtemperatur erreichen. Die Kontakte gewinnen ihre ursprüngliche Form zurück, im wesentlichen augenblicklich, nach dem Erweichen der Lötzinnmassen und dringen dabei in die Lötzinnmassen ein. Wenn der Lötzinn die Kontaktspitzen benetzt, ist der Lötzinn bestrebt, durch Kapillarwirkung entlang der Oberflächen der Kontakte zu fließen. Dies entspricht einer Neigung des Lötzinns, nach außen, weg von den Spitzen der Kontakte in Richtung zu den Ankerregionen der Kontakte hin gezogen zu werden. Die Lötmaskenschicht 567 blockiert dieses Fließen nach außen. Wenn die Lötmaskenschicht ein Material wie ein thermoplastischer Kunststoff oder ein sonstiges Material, welches durch Erwärmen erweicht werden kann aufweist, kann die Lötmaske in einen Fließzustand gebracht werden, wenn die Baueinheit auf die Verschweißtemperatur erwärmt wird. Damit fließt die Lötmaskenschicht in konformer Berührung mit der Fläche 575' des mikroelektronischen Elements und verklebt sich mit der Oberfläche. Dies bildet eine Versiegelung, die jeden Kontakt und jede Lötzinnmasse in einer individuellen Verkapselung einschließt und somit die Verbindungen gegen die Umgebung schützt. Als Alternative oder zusätzlich kann die Lötmaskenschicht einen Klebstoff aufweisen, beispielsweise einen Akryl-Klebstoff, der sich mit der Fläche 575' verklebt.
Nachdem die Baueinheit auf die Verschweißtemperatur erwärmt wurde, wird sie auf eine Temperatur unterhalb der Verschweißtemperatur, typisch auf Zimmertemperatur, abgekühlt, um den Lötzinn wieder in den festen Zustand zu bringen. Die resultierende Baueinheit enthält feste Lötzinnmassen 572', in welche die Kontaktlaschen 520 eingedrungen sind, wobei der Lötzinn metallurgisch mit den Kontaktlaschen verschweißt ist. Jede Lötmasse ragt hervor, allgemein in einer axialen oder T-Richtung, in der Regel im rechten Winkel zur Oberfläche des Anschlußkörpers und allgemein parallel zur Achse 556 des zugeordneten Lochs 546 im Anschlußkörper. Somit erstreckt sich jede Lötzinnmasse axial durch die Mitte einer ringförmigen Ankerregion 526. Die Kontaktlaschen, die solchen Laschen zugeordnet sind, die einer solchen ringförmigen Ankerregion zugeordnet sind, erstrecken sich allgemein radial nach innen in die Lötzinnmasse hinein. Diese Konfiguration ergibt eine besonders starke Verschweißung. Besonders bevorzugt umgibt die Anordnung von Kontaktlaschen, die in jede Lötzinnmasse eingedrungen sind, die Lötzinnmasse in allen radialen Richtungen. Somit zwingt jede Bewegung der Lötzinnmassen relativ zu den Kontakten in einer beliebigen radialen X-Y-Richtung die Kontakte in noch festeren Eingriff mit einer oder mehreren Kontaktlaschen. In 18 sind die Kontaktlaschen zwar ganz zurück in ihren ursprünglichen, nicht deformierten Positionen dargestellt, aber dies ist nicht unbedingt erforderlich. Die Kontaktlaschen können also, nach den Schritten der Erweichung und des Abkühlens, noch eine restliche Deformation in der axialen Richtung in das Loch hinein aufweisen, so daß jede Kontaktlasche sowohl axial wie auch radial geneigt ist.
Ein Herstellungsverfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann genutzt werden, um Kontakteinheiten und Anschlußvorrichtungen wie oben beschrieben mit Bezug auf 14–18 herzustellen. Das Verfahren beginnt mit einem Blatt 700 eines Basismetalls (19), welches beschichtet ist mit einer dünnen Schicht 702 eines Ätzstopp-Metalls und einer weiteren Schicht 704 des Basismetalls über dem Ätzstopp-Metall. Das Blatt 704 definiert somit die obere Fläche 706 des zusammengesetzten dreischichtigen Blatts, während das Blatt 700 die gegenüberliegende untere Fläche 708 definiert. Die Dicke der Schicht 704 entspricht der gewünschten Höhe der Basismetallsäule 532 in jeder Rauhstelle 530 (15), während die Dicke der unteren Schicht 700 der gewünschten Dicke der Basismetallschicht 522 entspricht, die jede Kontaktlasche bildet. In einem Ätzschritt der unteren Fläche wird die obere Fläche von einer ununterbrochenen Maske 710 geschützt, während die untere Fläche mit einer Schicht 712 eines herkömmlichen Fotoresist bedeckt ist. Das Muster wird auf das Fotoresist mittels herkömmlichem fotographischen Belichtungsvorgang und selektiver Ätztechnik gebracht, so daß Lücken im Resist zurückbleiben. Das Blatt wird dann geätzt indem es in eine Ätzlösung, zum Beispiel in eine Lösung von CuCl, NH₄OH und NH₄Cl eingelegt wird. Die Ätzlösung greift die Kupfer enthaltende Legierung der unteren Schicht 700 an, ohne die Stoppschicht 702 wesentlich anzugreifen. Die Musterbildung des Resist 712 wird so gestaltet, daß die belichteten geätzten Bereiche Kanäle 523 in der Basismetallschicht 700 als Begrenzung der Laschen 520, sowie Öffnungen 566 in den Ankerregionen und Schlitze 542 als Begrenzung der Ankerregionen sowie Unterteilung der unteren Schicht 700 in einzelne Abschnitte, entsprechend der separaten, oben diskutierten Kontakteinheiten, aufweisen.
Im nächsten Schritt wird die obere Beschichtung 710 entfernt und mit einem oberen Resistmuster 714 (20) ersetzt, wobei auch hier das Muster mit herkömmlichen Fotografischen Verfahren erzeugt wird, um Öffnungen 716 an den Positionen der Rauhstellen 530 zu hinterlassen. Somit weist jede Öffnung 716 im wesentlichen die Form eines kreisrunden Lochs auf, welches der kreisförmigen Rauhstelle entspricht. Die Merkmale auf der unteren Fläche werden von einer weiteren unteren Resistschicht 718 überdeckt, und dann wird die Baueinheit mit dem Kappenmetall 534 galvanisch beschichtet. In diesem Stadium des Verfahrens sind die obere Basismetallschicht 704 und die Stoppschicht 702 noch fest und ununterbrochen. Obwohl nur ein kleiner Teil des Blatts dargestellt ist, entsprechend dem Abschnitt einer Kontakteinheit, wird darauf hingewiesen, daß das Blatt zahlreiche Kontaktbereiche aufweist, und zwar ausreichend viele, um eine oder mehrere vollständige Anschlußvorrichtungen zu bilden. Die Stoppschicht 702 und die obere Schicht 704 bleiben ununterbrochen und zusammenhängend, und alle Abschnitte des Blatts sind in diesem Stadium elektrisch miteinander verbunden.
Nachdem dem Auftragen des Kappenmetalls werden die Löcher 567 in der oberen Fläche gebildet, und zwar ausgerichtet relativ zu den bereits in der unteren Fläche gebildeten Öffnungen 566. Diese Löcher in der oberen Fläche erstrecken sich durch die obere Basismetallschicht 704, und sie erstrecken sich durch die Stoppschicht 702. Die Löcher 567 in der oberen Fläche können mit Anwendung von Strahlungsenergie auf der oberen Fläche 706 des Blatts in einem Muster erzeugt werden, welches dem gewünschten Muster der Öffnung 566 entspricht, oder durch Ätzen der oberen Fläche mit Hilfe einer weiteren, ein Muster tragenden Maske (nicht dargestellt). Ein solches Ätzverfahren verwendet vorzugsweise eine CuCl, NH₄OH und NH₄Cl enthaltende Ätzlösung, um von der oberen Fläche zur oberen Schicht 102 zu ätzen, gefolgt von einem weiteren Ätzschritt mit einer FeCl und HCl enthaltenden Ätzlösung, um durch die Stoppschicht 702 zu ätzen. Nach dieser Prozedur wird eine etwaige, zu Bildung der oberen Löcher 567 verwendete Maske entfernt, und die untere Maskierung 718 wird ebenfalls entfernt.
In diesem Zustand wird das Blatt an einen Anschlußkörper 540 laminiert, der die oben beschriebene Struktur hat und bereits existierende Löcher aufweist, über Durchkontaktierungen 552 und Kontaktträger 560. Der Anschlußkörper kann hergestellt werden, indem die Metallschicht 544 geätzt wird, um Löcher zu bilden, und dann eine konforme Beschichtung auf das geätzte Metall mit einem Verfahren, wie beispielsweise elektrophoretische Beschichtung mit einem dielektrischen Film wie Epoxid oder Polymethyl-Methakrylat, zur Bildung einer dielektrischen Schicht 550, aufgetragen wird. Die dielektrische Schicht 550 kann eine Dicke von der Größenordnung 0,02–0,06 mm, vorzugsweise etwa 0,04 mm, aufweisen. Die Durchkontaktierungen 552 und die Kontaktträger werden mittels galvanischer Beschichtung über der dielektrischen Schicht gebildet. Jedoch wurden die Pfosten 566 und die Wulstabschnitte 568 in diesem Stadium des Verfahrens noch nicht gebildet.
Das Laminierverfahren wird so ausgeführt, daß jede Region, die schließlich eine Kontakteinheit 529 wird, in Bezug auf das entsprechende Loch 546 mit zugeordnetem Kontaktträger 560 ausgerichtet ist. Das dielektrische Material auf der oberen Fläche des Anschlußkörpers sollte erweichen und in die Schlitze 542 zwischen benachbarten Anschlußeinheiten eindringen. Im nächsten Schritt des Verfahrens wird die untere Fläche des Anschlußkörpers 540 mit einer Maskierungsschicht 720 überdeckt (22), um die untere Fläche der Basismetallschicht 700 zu schützen. Die Baueinheit wird dann in eine weitere Ätzlösung eingelegt, beispielsweise in eine CuCl und HCl enthaltende Ätzlösung, die das Basismetall angreift. Diese weitere Ätzlösung entfernt das Basismetall der oberen Schicht 704 überall mit Ausnahme der Stellen, die mit den Kappenschichten 534 bedeckt sind. Dieser Ätzvorgang bildet somit Basismetallsäulen 532, die sich nach oben erstrecken von der Basismetallschicht 700 und nach oben erstrecken von der Stoppmetallschicht 702. Somit bildet dieser Ätzvorgang Rauhstellen 530 in den mit dem Kappenmetall bedeckten Bereichen 534. Dieser Ätzvorgang erzeugt auch eine Rauhstelle mit einer scharfen Kante 536, die durch die Kappenschicht definiert ist und die Spitze der Rauhstelle umgibt.
Nach diesem Ätzvorgang wird eine weitere Maskierungsschicht (nicht dargestellt) auf die Stoppschicht 702 und auf die sonstigen, nach oben weisenden Merkmale aufgetragen, wobei nur Löcher ausgerichtet in Bezug auf die Öffnungen 566 übrig bleiben. Die Baueinheit wird dann galvanisch beschichtet mit einem Metall, welches mit den Kontaktträgern 560 kompatibel ist, beispielsweise Kupfer, wobei die Pfosten 566 und die sich nach außen erstreckenden oder wulstförmigen Spitzen 568 gebildet werden. Nach diesem Vorgang wird die verwendete Maske entfernt, und eine weitere Maske wird aufgetragen und fotografisch entwickelt, um ein Muster von Öffnungen zu erzeugen, welches dem gewünschten Muster der Kanäle 523 und Schlitze 542 entspricht. Eine weitere Ätzlösung, die die Stoppschicht 702 angreifen kann, beispielsweise eine FeCl/HCl-Lösung, wird eingesetzt und so lange in Angriff auf die Stoppschicht in den offenen Bereichen der Maske gelassen, bis die Ätzlösung durch die Stoppschicht 702 an den Schlitzen 542 durchbricht und somit das ursprünglich zusammenhängende metallische Blatt in einzelne Kontakteinheiten unterteilt. Die Ätzlösung bricht auch durch an den Kanälen 523 und verwandelt dabei die einzelnen Abschnitte von jeder Kontakteinheit in einzelne Kontakte oder Laschen 520 in der oben beschriebenen Konfiguration. Die untere Maske wird dann entfernt, wobei die Anschlußvorrichtung zurückbleibt in der oben mit Bezug auf 14–18 beschriebenen Konfiguration.
Während des oben beschriebenen Vorgangs bleibt das Blatt bis zur letzten Ätzphase physisch zusammenhängend und elektrisch leitend, so daß das Blatt erfolgreich auf dem Anschlußkörper montiert werden kann und erfolgreich galvanisch beschichtet werden kann, um die Pfosten zu bilden. Jeder einzelne Schritt des Verfahrens erfordert nur herkömmliche Maskier- und Ätz-Techniken. Da die Rauhstellen in der selben Folge von Verfahrensschritten gebildet werden, die zur Bildung der Kontakte und Kontakteinheiten verwendet werden, kann das Muster der Rauhstellen in guter Ausrichtung bezüglich des Kontaktmusters erzeugt werden.
Ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt mit einem zusammengesetzten Blatt 600 (24), welches eine obere Basismetallschicht 604 und eine Stoppschicht 602 aufweist, ähnlich wie oben beschrieben, über einer unteren Schicht 601 aus einem flexiblen jedoch federnden polymeren Material, vorzugsweise ein Polyimide. Die obere Schicht 604 hat eine Dicke etwa gleich der gewünschten Höhe der Rauhstellen, typisch etwa 5 Mikron bis etwa 25 Mikron, und kann mit einem leicht ätzbarem Metall wie Kupfer oder einer auf Kupfer basierenden Legierung gebildet sein. Die Stoppschicht 602 enthält ein Material wie Nickel, welches Ätzlösungen, die die obere Schicht 604 angreifen, widersteht. Die Stoppschicht 602 kann eine zusammengesetzte Schicht sein, die eine Unterschicht mit einer Dicke von etwa 0,5 Mikron bis etwa 2,0 Mikron des Ätzresistenten Metalls über einer weiteren Unterschicht aus Kupfer oder aus einem anderen Metall mit einer Dicke von weniger als etwa 10 Mikron aufweist. Die untere Polyimidschicht sollte etwa 10 Mikron bis etwa 50 Mikron dick sein. Im Verfahren wird ein ätzresistentes Material wie Fotoresist auf eine Anordnung von Stellen 634 aufgetragen, die dem gewünschten Muster der Rauhstellen entspricht.
Auch hier sind zwar nur einige wenige Rauhstellen dargestellt, die zur Bildung von Teilen einer einzigen Kontakteinheit adaptiert sind, jedoch umfaßt das wirkliche Blatt eine relativ große Fläche, die vielen Kontakteinheiten entspricht. Das Blatt wird dann einem Ätzvorgang unterzogen, wobei ein Ätzmittel, beispielsweise CuCl/HCl-Lösung, eingesetzt wird, welches die ober Schicht 604 angreift, jedoch weder die Stoppschicht 602 noch die untere Schicht 601 angreift. Dies hinterläßt Rauhstellen 630 (25), die sich nach oben von der Stoppschicht 602 erstrecken in einem Muster, welches dem Muster der ätzresistenten Stellen 634 entspricht, und hinterläßt die Stoppschicht 602 als eine ununterbrochene elektrisch leitende Schicht. Das die Stellen 634 bildende Resist wird dann entfernt, und ein weiteres Resist wird aufgetragen mit offenen Bereichen, die den Öffnungen 666 entsprechen. Während dieses Resist aufgebracht ist, wird die Baueinheit einem weiteren Ätzvorgang unterworfen, wobei die Stopp- oder leitende Schicht 602 abgetragen wird in den Bereichen, die den Öffnungen 666 entsprechen. Nach dem Abtragen der Stoppschicht in diesen Bereichen wird die Baueinheit einer Laserablation mit einem KrF-Schneidlaser oder mit einer anderen geeigneten Strahlung, die vom Polymer der unteren Schicht 601 stark absorbiert wird, unterworfen. Dies erweitert die Öffnungen 666 ganz durch die untere Schicht 601 hindurch. In diesem Zustand ist das Blatt noch zusammenhängend und über seine ganze Fläche elektrisch leitend.
Das Blatt wird dann an einen Anschlußkörper 640 (26) laminiert, in im wesentlichen gleicher Weise, wie oben in Bezug auf 22 beschrieben. Damit wird das Blatt gegenüber dem Anschlußkörper so ausgerichtet, daß jede Zone des Blatts, die einer individuellen Kontakteinheit entspricht, gegenüber dem entsprechenden Loch und dem entsprechenden Kontaktträger des Anschlußkörpers ausgerichtet ist. Das Blatt wird an die obere Fläche des Anschlußkörpers laminiert, um das Blatt physisch am Anschlußkörper zu befestigen. In dieser Operation sollte das Polymere Material der unteren Schicht 601 sich möglichst mit dem dielektrischen Material des Anschlußkörpers selbst vermischen. Nach dieser Laminieroperation wird die Baueinheit galvanisch beschichtet, um die sich durch die Öffnungen 666 erstreckenden Pfosten zu bilden.
Diese Pfosten vermischen sich mit den Kontaktträgern des Anschlußkörpers und mit der Stoppschicht 602 in im wesentlichen gleicher Weise wie die Pfosten 566, die mit Bezugnahme auf 14–23 oben beschrieben wurden. Die Pfosten bewirken elektrisch leitende Kontinuität durch die untere Schicht 601, so daß jede Zone der Stopp- oder leitenden Schicht 602 mit dem entsprechenden Kontaktträger und über die Durchkontaktierung (nicht dargestellt) des Anschlußkörpers elektrisch verbunden ist.
In der nächsten Stufe des Verfahrens wird die Stoppschicht geätzt, wobei eine herkömmliche Maskier- und Ätzprozedur verwendet wird, um die Kanäle 642 zu bilden, die die Stoppschicht in einzelne Kontakteinheiten 629 (26) unterteilen. Die Stoppschicht wird weiter geätzt, um Kanäle 623 zu bilden, die die Stoppschicht innerhalb jeder Kontakteinheit in einzelne Laschen oder Kontakte 620 unterteilen. Nach diesem Ätzvorgang wird die Baueinheit nochmals einer Laserablation unterzogen in den Bereichen, die den Kanälen 623 entsprechen. Während dieses Laserablationsvorgangs dienen die umgebenden Regionen der Stoppschicht 602 als Maske und begrenzen diesen Laserablationsvorgang präzise auf die Kanäle 623. Dieser Laserablationsvorgang entfernt die darunterliegenden Portionen der Schicht 601, wobei die einzelnen Laschen oder Kontakte 620, gegenseitig voneinander getrennt an ihren Spitzen, zurückbleiben. Somit ragen die einzelnen Laschen von jeder Kontakteinheit 629 nach innen über das zugeordnete Loch (nicht dargestellt) im Anschlußkörper, im wesentlichen in der gleichen Weise, wie oben mit Bezug auf die 14 und 25 beschrieben wurde.
Die in diesem Vorgang gebildeten Laschen oder Kontakte sind zusammengesetzt; jede Lasche umfaßt eine untere Schicht 601 aus einem polymeren Material, eine relativ dünne elektrisch leitende Schicht über dem polymeren Material, und eine Rauhstelle, die sich von der polymeren Schicht und leitenden Schicht nach oben erstreckt. Die von der Stoppschicht 602 gebildete, leitende Schicht sollte dünner als die polymere Schicht sein. So kann die leitende Schicht weniger als etwa 10 Mikron, vorzugsweise zwischen etwa 0.5 Mikron und etwa 3 Mikron, und noch bevorzugter zwischen etwa 0,5 Mikron und etwa 2,0 Mikron, dick sein. Mit dieser Konstruktion ist es praktisch, relativ kleine Federkonstanten vorzusehen und eine erhebliche Deformation der Laschen zu erlauben mit relativ niedrigen Belastungswerten in den ziemlich kurzen Laschen. Zum Beispiel kann jeder Lasche zwischen etwa 100 Mikron und etwa 300 Mikron lang sein, gemessen von der Ankerregion bis zur Rauhstelle. Im Einsatz verhält sich jede Lasche wie ein Auslegerbalken. Da die polymere Schicht ein wesentlich kleineres Elastizitätsmodul als die Metallschicht aufweist, kann die Steifheit des zusammengesetzten Balkens relativ klein und genau kontrollierbar sein. Wie oben beschrieben wurde, werden die zusammengesetzten Kontakte vorzugsweise mit Rauhstellen ausgerüstet, um die schabende Wirkung zu erzeugen. Die zusammengesetzten Kontakte bieten jedoch signifikante Vorteile, auch wenn die schabende Wirkung der Rauhstellen nicht benötigt wird. Zum Beispiel, in bestimmten speziellen Verschweißverfahren, wie Gold zu Gold, wird die Diffusionsverschweißung unter Bedingungen ausgeführt, bei welchen sowohl die Kontakte wie auch die Gegenelemente frei von Oberflächen-Verunreinigungen gehalten werden, so daß eine befriedigende Verschweißung ohne die schabende Wirkung erzielt werden kann. Folglich kann eine Anschlußvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, zur Verwendung in einem solchen Verfahren, zusammengesetzte Kontakte aufweisen mit der polymeren Schicht und mit der dünnen leitenden Schicht, jedoch ohne die Rauhstellen. Eine solche Anschlußvorrichtung bietet den Vorteil gut kontrollierbarer Eingriffkräfte.
Eine Anschlußvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen Anschlußkörper 800 (27) und eine Vielzahl von Leitungen, die sich in den Körper hinein erstrecken, aufweisen, beispielsweise Durchgangsleitungen 802, die sich zwischen der oberen Fläche 804 und der unteren Fläche 806 des Körpers erstrecken. Kontakte 808 können an den Leitungen angeschlossen werden, und jeder Kontakt kann sich radial nach außen von der zugeordneten Leitung aus erweitern. Jeder Kontakt kann so angeordnet werden, daß der Umfang des Kontakts radial nach außen, weg von der zugeordneten Leitung, expandieren wird als Reaktion auf eine vertikale, am Kontakt angesetzte Kraft in Richtung zum Körper hin. Somit kann jeder Kontakt eine Mehrzahl von Laschen 820 aufweisen, die so angeordnet sind, daß die Laschen nach unten zum Körper hin verbogen werden können, wenn sich die Laschen im Eingriff befinden mit den elektrischen Gegenelementen, wie beispielsweise die Kontaktstellen 824 einer mikroelektronischen Vorrichtung. Die Laschen können über der oberen Fläche 804 des Anschlußkörpers verteilt sein, oder der Körper kann ein Material an der oberen Fläche beinhalten, das während des Zusammenbaus erweicht werden kann, um die Bewegung der Laschen nach unten zu ermöglichen.
In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden scharfe Rauhstellen an den Kontakten 808 vorgesehen an Stellen, die so gewählt werden, daß die Expansion der Kontakte nach außen die Rauhstellen veranlaßt, die Gegenkontaktstellen 824 zu schaben. Die Rauhstellen haben vorzugsweise scharfe Kanten 836, die sich mindestens um den nach außen weisenden Abschnitt von jeder Rauhstelle erstrecken. Diese Rauhstellen können in Verfahren wie oben beschrieben gebildet werden.
Ein Herstellungsverfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt mit einem Blatt 902 eines ersten Metalls wie Beryllium-Kupfer, Phosphorbronze oder eines anderen der oben erwähnten, federnden Metalle. Eine ununterbrochene Schutzschicht 904 wird auf die untere Fläche des Blatts gebracht. Ein Fotoresist wird auf die obere Fläche gebracht, selektiv belichtet und entwickelt, um die vielen kreisförmigen Punkte 906 auf der oberen Fläche des Blatts zu bilden. Die Punkte sind in Gruppen 908 angeordnet, wobei jede Gruppe einen quadratischen Bereich belegt, der einer Kontakteinheit entspricht. Die Regionen sind voneinander getrennt durch lineare Abstände 910, die etwa 0,1 mm breit sind. Die Punkte haben einen Durchmesser von etwa 12 bis 35 Mikron. Innerhalb jeder Gruppe sind die Punkte mit einem gegenseitigen Abstand von etwa 30 bis etwa 50 Mikron getrennt. Jede Gruuppe 908 enthält etwa 28 Punkte und belegt eine Region von etwa 0,4 mm in Quadrat, so daß die Gruppen in einem rechtwinkligen Wiederholungsmuster mit 0,5 mm Abstand von Gruppe zu Gruppe angeordnet sind. In der nächsten Stufe des Verfahrens wird das Blatt geätzt, um eine Basisfläche 911 und Rauhstellen 912, die sich nach oben von der Basisfläche erstrecken, zu bilden. Nach dem Ätzen werden die Resistpunkte 906 entfernt. Die Raushtellen sind im gleichen Muster wie die Punkte 906 angeordnet und befinden sich in Rauhstellengruppen 914, die den Punktgruppen 908 entsprechen. Jede Rauhstelle hat im allgemeinen die Form eines Kegelstumpfes und hat eine kreisförmige Spitzenfläche 916 fern von der Basisfläche 911. Eine im wesentlichen scharfe kreisförmige Kante umgibt jede Spitzenfläche. In dieser Ausführungsform sind die Spitzenflächen und Kanten durch Portionen des ersten Metalls definiert, entsprechend der ursprünglichen oberen Fläche des Blatts. Die Höhe der Rauhstellen und der Abstand zwischen der Basisfläche 911 und der unteren Fläche des Blatts, werden durch die Tiefe des Ätzens kontrolliert. Die Ätztiefe ihrerseits wird durch bekannte Faktoren gesteuert, darunter die Konzentration der Ätzlösung, die Zeitdauer der Einwirkung, die Temperatur und die Badbewegung. Diese Faktoren werden möglichst über die gesamte Fläche des Blatts im wesentlichen konstant gehalten.
In der nächsten Stufe des Verfahrens wird eine Deckschicht 918 auf die oberen Fläche aufgebracht, so daß die Deckschicht über den Spitzen der Rauhstellen liegt. Ein Klebstoff 920 füllt die Lücken zwischen den Rauhstellen sowie auch die linearen Lücken zwischen den Rauhstellengruppen, und hält die Deckschicht am Blatt. Die Deckschicht und der Klebstoff können in einer vorbereiteten Zusammenführung vorgelegt werden, beispielsweise als das unter dem Markennamen COVERLAY von der Firma E. I. Dupont verfügbare Material. Die untere Deckschicht 904 wird entfernt und mit einem unteren Fotoresist 922 ersetzt. Der untere Fotoresist wird selektiv belichtet und entwickelt, um lineare Schlitze 926 zu bilden, die in Bezug auf die linearen Abstände zwischen den Gruppen von Rauhstellen ausgerichtet sind, wobei die breite der Schlitzkanäle kleiner als ihre Abstände ist. Der untere Fotoresist weist auch Kanalöffnungen 924 auf, die in einem X-Muster unter jeder Rauhstellengruppe angeordnet sind. Das Blatt wird dann wieder geätzt, bis der Ätzvorgang zur Basisfläche 911 auf der oberen Seite des Blatts durchbricht, um Schlitze 930 zu bilden, die jede Rauhstellengruppe 914 umgrenzen und jede Rauhstellengruppe von den anderen isolieren. Der selbe Ätzschritt bildet auch Kanäle 928 in einem X-förmigen Muster innerhalb jeder Rauhstellengruppe. Dieser Schritt unterteilt somit das Blatt in einzelne Kontakteinheiten, die den einzelnen Rauhstellengruppen 914 entsprechen, und bildet vier Kontakte oder Laschen 932 innerhalb von jeder dieser Kontakteinheiten.
Die Ausrichtung zwischen dem Rauhstellenmuster auf der oberen Fläche und den Kanalöffnungen im unteren Fotoresist ist nicht genau. Einige Rauhstellen 912a (31) liegen über den Bereichen, die zur Bildung der Kanäle geätzt wurden. Der Abstand zwischen den Rauhstellen ist jedoch klein im Vergleich mit den Laschen 932, so daß jede Lasche wenigstens eine Rauhstelle aufweist.
Im nächsten Schritt des Verfahrens wird der untere Resist 922 entfernt, wobei das geätzte Blatt und die Deckschicht zusammengefügt bleiben. Diese Zusammenfügung wird dann laminiert mit einer Zwischenlage 940 und einem Substrat 942. Die Zwischenlage umfaßt ein dielektrisches Blatt 944 und schmelzbare dielektrische Schichten 946 und 948 auf der oberen und der unteren Fläche dieses Blatts. Die Zwischenlage enthält außerdem Leitungen 950, die aus schmelzbarem, elektrisch leitendem Material gebildet sind und sich durch das dielektrische Blatt und durch die schmelzbaren dielektrischen Schichten erstrecken. Das dielektrische Material und die leitenden Materialien können diejenigen sein, die in den Zwischenlagen verwendet wurden, die in der US-Patentschrift 5 282 312 beschrieben sind und deren Offenbarung durch diese Bezugnahme hierin einbegriffen ist. Zum Beispiel kann das schmelzbare Dielektrikum ein Epoxid sein, während das schmelzbare leitende Material ein mit Metallpartikeln gefülltes Polymermaterial sein kann. Die Zwischenlage weist Durchgangslöcher 952 auf, die in einem rechtwinkligen Gittermuster angeordnet sind, welches dem Muster der Kontakteinheiten oder der Rauhstellengruppen 914 entspricht. Die Leitungen 950 sind in einem ähnlichen Gittermuster angeordnet, welches gegenüber dem Lochgitter versetzt ist. Das Substrat 942 hat Kontaktstellen 954, die in einem ähnlichen Gittermuster angeordnet sind, und interne Schaltungstechnik (nicht dargestellt), die mit den Kontaktstellen verbunden ist. Das Substrat kann auch andere Elemente (nicht dargestellt) für die Verbindung der internen Schaltungstechnik mit anderen Vorrichtungen aufweisen.
Im Laminiervorgang werden das geätzte Blatt, die Deckschicht, die Zwischenlage und das Substrat im Zusammenbau gegenseitig ausgerichtet, so daß der Mittelpunkt von jeder Kontakteinheit (im Zentrum der X-Form, die mit den Kanälen 928 definiert ist) in Bezug auf ein Loch 952 in der Zwischenlage ausgerichtet ist, während eine Leitung 950 der Zwischenlage in Bezug auf eine Ecke der Kontakteinheit ausgerichtet ist. Jede Leitung 950 ist auch in Bezug auf eine Kontaktstelle 954 des Substrats ausgerichtet. Die aufeinander ausgerichteten Elemente werden erwärmt und unter Druck gesetzt, um das schmelzbare Dielektrikum und die leitenden Materialien zu aktivieren und somit den Blatt-Zusammenbau, die Zwischenlage und das Substrat zu einer Einheit zu machen. Das schmelzbare Material in jeder Leitung 950 verbindet die ausgerichtete Kontakteinheit 914 und die Kontaktstelle 954. Das schmelzbare dielektrische Material auf der oberen Fläche der Zwischenlage füllt die Schlitze 930 und vermischt sich mit dem Klebstoff 920 im Blattzusammenbau.
Der laminierte Zusammenbau wird dann selektiv der Einwirkung von Strahlungsenergie, Beispielsweise Laserlicht, die von der oberen Fläche aus zum Zentrum von jeder Kontakteinheit gerichtet ist, ausgesetzt. Die Strahlungsenergie löst die Deckschicht 918 und den Klebstoff 920 selektiv ab in den Bereichen, die über den Kontakten oder Laschen 932 und Kanälen 928 liegen, so daß diese Elemente auf der oberen Fläche des Zusammenbaus freigelegt werden. Indem sie den umgebenden Klebstoff und die umgebenden dielektrischen Materialien abträgt, entfernt die Strahlungsenergie auch etwaige lose Fragmente der Rauhstellen, die auf den Kanälen 928 liegend hinterlassen wurden. Die Strahlungsenergie führt jedoch zu keinem wesentlichen Schmelzen der Rauhstellen auf den Kontakten und auch nicht zum signifikanten Abstumpfen ihrer Kanten. Die fertige Anschlußvorrichtung kann nun in im wesentlichen gleicher Weise wie die oben beschriebenen Anschlußvorrichtungen eingesetzt werden. Somit kann ein mikroelektronisches Element 960 mit Stoßleitungen 962 mit der fertigen Anschlußvorrichtung in Eingriff gebracht werden, so daß die Stoßleitungen in die Löcher 952 eindringen und mit den Kontakten 952 in Eingriff kommen. Auch hier werden die Stoßleitungen von den Rauhstellen auf den Kontakten geschabt und erfaßt.
Es können auch andere Kontaktkonfigurationen verwendet werden. Zum Beispiel, wie in 34 dargestellt ist, kann ein mikroelektronisches Element oder erstes Element 1170 mit Anschlüssen 1173 auf seiner rückseitigen Fläche 1175 und Lötzinnmassen 1172 auf den Anschlüssen mit einer Anschlußvorrichtung oder einem zweiten Element 1140, welches Kontakte 1122 in Form von länglichen Streifen auf der Frontfläche 1138 des Elementkörpers, in Eingriff gebracht werden. Jeder Kontakt 1122 weist einen Ankerabschnitt 1126 auf, der mit dem internen elektrischen Element oder mit der internen elektrischen Schaltungstechnik (nicht dargestellt) des zweiten Elements 1140 verbunden ist und auch eine als verlängerter Ausleger gestaltete Lasche 1120 aufweist, die eine scharfe Rauhstelle 1130 am distalen Ende oder an der Spitze 1128 der Lasche fern vom Ankerabschnitt 1126 aufweist. Die Rauhstellen 1130 weisen Spitzen 1131 statt flache Flächen auf an ihren Spitzen fern von der Leitung; die Spitzen an Stelle der Kanten auf der oberen Fläche dienen zum Schaben der Gegenfläche während des Zusammenbringens. In ihrem nicht deformierten Zustand erstreckt sich jede Lasche schräg zur Fläche 1138. Wenn das erste Element 1170 in Richtung zum zweiten Element 1140 gedrückt wird, verbiegen die Lötmassen 1172 die Laschen nach unten in die mit gebrochenen Linien in 34 an 1120' dargestellte Stellung. Diese Aktion veranlaßt die Spitzen der Laschen, und insbesondere die Rauhstellen 1130, sich in horizontalen Richtungen zu bewegen, im allgemeinen parallel zur Fläche 1138 des zweiten Elements und im allgemeinen quer zur Bewegung der Lötzinnmassen des ersten Elements 1170, so daß die Spitzen der Laschen und insbesondere die Rauhstellen auf den Oberflächen der Lötzinnmassen schaben. Auch hier werden die Lötzinnmassen mittels Erwärmen beider Elemente aufgeheizt. Die Kontaktlaschen 1120 federn wenigsten teilweise zurück zu ihren nicht deformierten Positionen, und dabei dringen sie in die Lötzinnmassen ein. Nachdem die Baueinheit gekühlt und sich die Lötzinnmassen wieder verfestigt haben, liegt hier wieder ein Zustand vor, in welchem eine Kontaktlasche in jede Lötzinnmasse eingedrungen und mit ihr metallurgisch verschweißt worden ist.
Die oben beschriebenen Kontakte können adaptiert werden, um verschiedene Grade der Eingriffskräfte zwischen jedem Kontakt und dem in Eingriff gekommenen Gegenelement zu erzielen. Eingriffskräfte zwischen etwa 0,5 Gramm und etwa 5 Gramm pro im Eingriff befindlichem Kontakt oder befindlicher Lasche werden in typischen mikroelektronischen Anwendungen bevorzugt. Die Gesamteingriffskraft pro Kontakteinheit und somit die Gesamteingriffskraft pro Lötzinnmasse liegt vorzugsweise zwischen etwa 2 Gramm und etwa 20 Gramm. Diese relativ kleinen Eingriffskräfte bewirken trotzdem einen ausreichenden schabenden und abwischenden Effekt mit den oben beschriebenen, scharfkantigen Rauhstellenstrukturen. Die Fähigkeit, einen wirksamen schabenden Effekt bei relativ kleinen Kraftwerten zu erzeugen, ist besonders signifikant, wenn viele Kontakte mit vielen Lötzinnmassen in Eingriff gebracht werden müssen. Der Grad des Abwischens oder relativer Bewegung zwischen der Rauhstellenkante und der Gegenfläche, während die Kontakte in Eingriff gebracht werden, kann relativ klein sein, im typischen Fall weniger als etwa 20 Mikron und normalerweise zwischen etwa 5 und 10 Mikron. Bereits diese kleine relative Bewegung reicht jedoch aus, um es den scharfen Merkmalen der Rauhstellenspitzen zu ermöglichen, durch die Verunreinigungen auf den Oberflächen der Lötzinnmassen einzudringen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das von den Kontakten durchgedrungene Verschweißmaterial in den Massen ein Lötzinn. Es können auch andere erweichbare Materialien verwendet werden, beispielsweise Polymermaterialien, die mit elektrisch leitenden Partikeln gefüllt sind. Zum Beispiel können teilweise gehärtete oder "B-stufige" Epoxidharze, Polyimid-Siloxanharze oder thermoplastische Polymere gefüllt mit Metallpartikeln verwendet werden. Die Metallpartikel können aus Metallen wie Silber, Gold, Palladium sowie Kombinationen und Legierungen dieser Metalle gebildet sein, beispielsweise Silber-Palladium, Silberlegierungen und Goldlegierungen.
Der Fachman wird erkennen, daß zahlreiche andere Variationen und Kombinationen der oben diskutierten Merkmale eingesetzt werden können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel müsssen die Stoßleitungen auf den mikroelektronischen Komponenten weder kugelförmig noch kegelförmig wie ober beschrieben sein. Zylindrische, Halbkugelförmige, abgeplattete und andere Formen können eingesetzt werden. Im oben beschriebenen Verfahren mit Bezugnahme auf die 1 bis 7 wird zwar die mikroelektronische Komponente ganz hineingedrückt für den Prüfschritt, um einen sehr festen federnden Eingriff zwischen den Kontakprojektionen und der Stoßleitung während des Prüfschritts zu erzielen. Jedoch als Alternative kann das mikroelektronische Element auch mit mäßiger Kraftanwendung mit der Montageeinheit und mit der Anschlußvorrichtung in Eingriff gebracht werden, wobei die Stoßleitungen nur teilweise während des Prüfschritts mit den Kontakten in Eingriff sind. Zum Beispiel kann der Zusammenbau in den in 5 dargestellten Zustand gebracht und dann geprüft werden. Ein temporärer Anschlag kann zwischen dem mikroelektronischen Element und der Anschlußvorrichtung während des anfänglichen Zusammenbaus und Prüfens eingefügt und während des endgültigen Zusammenbaus wieder entfernt werden.
Alle diese und andere Variationen und Kombinationen der oben vorgetragenen Merkmale können verwendet werden, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen, und die oben gegebene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dient nur zur Erläuterung am Beispiel, jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung, wie sie mit den Ansprüchen definiert ist.

Claims

Anschluß (24) für die Montage eines mikroelektronischen Elements auf einem Substrat (21), umfassend: (a) einen blattförmigen Körper (30) mit erster und zweiter Hauptfläche und einer Vielzahl von Löchern (36), die zur ersten Hauptfläche hin offen sind, wobei diese Löcher in einer Anordnung angeordnet sind, die einer Anordnung von Stoßleitungen (70) auf dem zu montierenden mikroelektronischen Element entspricht; (b) eine Anordnung federnder, allgemein laminarer Kontakte (38, 138, 529), die an der ersten Hauptfläche des Körpers befestigt sind in Positions-Übereinstimmung mit den Löchern, so daß sich jeder Kontakt nach innen über ein Loch der ersten Hauptfläche erstreckt, wobei jeder Kontakt so beschaffen ist, daß er federnd mit einer Stoßleitung gekoppelt wird, die im entsprechenden Loch eingesetzt ist; und (c) eine Anordnung von Klemmen (50, 150, 558), die elektrisch mit den Kontakten verbunden sind, wobei das mikroelektronische Element mit einem Substrat verbunden werden kann, indem die Klemmen mit dem Substrat verbunden und das mikroelektronische Element auf dem Körper so aufgesetzt wird, daß Stoßleitungen auf dem Element in die Löcher hineinragen und von den federnden Kontakten erfaßt werden.
Anschluß gemäß Anspruch 1, wobei die Klemmen (38) in einer Gruppe auf der zweiten Hauptfläche des Körpers angeordnet sind.
Anschluß gemäß Anspruch 2, wobei die Anordnung der Löcher (36) auf der ersten Hauptfläche im wesentlichen die Anordnung der Klemmen (38) auf der zweiten Hauptfläche überlappt.
Anschluß gemäß Anspruch 3, wobei die Löcheranordnung (36) und die Klemmenanordnung (38) rechteckige Matrixanordnungen mit Reihen- und Spalten-Richtungen sind, und wobei die Klemmen gegenüber den Löchern in diagonalen Richtungen, die relativ zu den Reihen- und Spalten-Richtungen schräg liegen, versetzt sind.
Anschluß gemäß Anspruch 3, wobei sich jedes Loch durch den Körper von der ersten zur zweiten Hauptfläche erstreckt, so daß jedes Loch je ein Ende auf der ersten und auf der zweiten Fläche aufweist, jede Klemme (558) auf der zweiten Hauptfläche neben dem Zweithauptflächenende von einem Loch positioniert ist und der Anschluß zusätzlich Durchgangsleitungen (552) aufweist, die sich im Loch erstrecken, wobei der Kontakt und die Klemme, die jedem Loch zugeordnet sind, mittels der sich im Loch erstreckenden Durchgangsleitung miteinander verbunden sind.
Anschluß gemäß Anspruch 5, wobei jede Durchgangsleitung eine hohle leitende Durchgangsbeschichtung (552) ist, die im wesentlichen die Innenfläche des entsprechenden Lochs bedeckt.
Anschluß gemäß Anspruch 6, wobei jede Durchgangsbeschichtung einen sich nach außen erweiternden Klemmenabschnitt (558) aufweist, der sich weg von der Mitte des entsprechenden Lochs an dessen Ende auf der zweiten Fläche aufweitet, wobei die Klemmenabschnitte der Durchgangsbeschichtungen die Klemmen bilden.
Anschluß gemäß Anspruch 6, wobei jede Durchgangsbeschichtung einen Kontaktstützabschnitt (560) aufweist, der sich nach außen erweitert, weg von der Mitte des entsprechenden Lochs an dessen Ende auf der ersten Fläche davon aufweitend, wobei jeder Kontakt auch einen Ring (520) eines blattförmigen metallischen Kontaktmaterials aufweist, welches über dem Kontaktstützabschnitt der zugehörigen Durchgangsbeschichtung liegt und die Öffnung des zugehörigen Lochs umschließt, wobei jeder Ring mit dem Kontaktstützabschnitt der zugeordneten Durchgangsbeschichtung entfernt vom Loch verbunden ist, wobei jeder Kontakt zusätzlich wenigstens eine Projektion (520) aufweist, die integriert mit dem Ring gebildet ist und sich von dort nach innen über das Loch erstreckt.
Anschluß gemäß Anspruch 8, wobei jeder Kontakt eine Mehrzahl solcher Projektionen (520) aufweist, die sich nach innen von Stellen, verteilt auf dem Umfang des Rings sind, erstrecken, so daß die Projektionen von jedem Kontakt über dem zugeordneten Loch im Körper ausgekragt sind.
Anschluß gemäß Anspruch 8, wobei jede Kontaktstütze einen nach oben, weg vom Körper, ragenden Ansatz (566) aufweist, entfernt vom zugeordneten Loch, wobei jeder Ansatz einen verriegelnden Vorsprung (568) aufweist, der über dem zugeordneten Ring liegt und den Ring an der Kontaktstütze verriegelt.
Anschluß gemäß Anspruch 1, wobei jeder Kontakt auch einen Ring (526) aus einem blattförmigen metallischen Kontaktmaterial aufweist, welcher über der ersten Fläche des Körpers liegt und die Öffnung des zugeordneten Lochs umschließt, wobei jeder Kontakt zusätzlich wenigstens eine Projektion (520) aufweist, die integriert mit dem Ring gebildet ist und sich von dort nach innen über das Loch erstreckt.
Anschluß gemäß Anspruch 11, wobei die Projektion eine nach oben, weg vom Körper gerichtete Kopplungsfläche aufweist, so daß die Kopplungsfläche von jeder Projektion mit der Stoßleitung koppelt und über sie streift, wenn die Stoßleitung in das Loch eingeführt wird, und wobei wenigstens einige der Kopplungsflächen darauf befindliche Rauhstellen (530) aufweisen.
Anschluß gemäß Anspruch 11, wobei jeder Kontakt eine Mehrzahl der Projektionen (142) aufweist, die sich nach innen von auf dem Ringumfang verteilten Stellen erstrecken, und wobei sich jede Projektion von der ersten Fläche nach unten in das zugeordnete Loch erstreckt, so daß die jedem Loch zugeordneten Projektionen eine im wesentlichen konische Struktur definieren.
Anschluß gemäß Anspruch 1 bis 13, wobei jeder Kontakt eine Strukturschicht (147) aufweist, die aus der Materialgruppe Kupfer, Berylliumkupfer und Phosphorbronze selektiert ist.
Anschluß gemäß Anspruch 1 bis 13, wobei der Kontakt ein thermisch aktivierbares Verbindungsmaterial (143) aufweist, welches aus der Materialgruppe selektiert ist, die Lötmittel, eutektische Verbindungsmaterialien, Festkörperdiffusions-Verbindungsmaterialien und Mehrkomponenten-Verbindungsmaterialien, darunter auch Metallpartikel in Polymeren, umfaßt.
Anschluß gemäß Anspruch 1 bis 13, wobei jeder Kontakt ein federndes metallisches Kontaktmaterial und ein selektiv aktivierbares Verbindungsmaterial (143) aufweist, welches adaptiert ist, um nur durch Anwendung eines vorselektierten Aktivierungsverfahrens eine Verbindung herzustellen, wobei das mikroelektronische Element mit den Kontakten ohne Aktivierung des Verbindungsmaterials gekoppelt werden kann, wonach der permanente Anschluß an die Kontakte durch Anwendung des Aktivierungsverfahrens erfolgt.
Anschluß gemäß Anspruch 1 bis 13, wobei der Körper (30) weniger als etwa 1 mm dick ist.
Anschluß gemäß Anspruch 1 bis 13, wobei die Löcher (36) in einer regulären, gitterförmigen Anordnung mit Abständen von weniger als etwa 2,5 mm angelegt sind.
Verfahren zur Herstellung von Verbindungen an einem mikroelektronischen Element, auf welchem sich Stoßleitungen (70, 570) befinden, welches den Schritt des Koppeln des Elements mit einem Anschluß gemäß Anspruch 1 bis 18 umfaßt, der einen blattförmigen Körper aufweist, welcher Kontakte (30, 529) auf einer ersten Hauptfläche davon aufweist, die sich über Löcher im Körper erstrecken, so daß die erste Hauptfläche (32) des Anschlußkörpers sich dem mikroelektronischen Element gegenüber befindet, so daß die Stoßleitungen auf dem mikroelektronischen Element in die Löcher im Anschlußkörper hineinragen und so, daß die Stoßleitungen die Kontakte des Anschlusses deformieren und so damit gekoppelt sind, und die Stoßleitungen werden mit den Kontakten verbunden, indem ein elektrisch leitendes Verbindungsmaterial (78, 143) an den Kontaktstellen zwischen den Stoßleitungen und den Kontakten aktiviert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei wenigstens ein Teil des Verbindungsmaterials (78, 143) auf den Kontakten oder auf den Stoßleitungen vor dem Kopplungsschritt vorhanden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei der Schritt des Aktivierens des Verbindungsmaterials den Schritt der kurzzeitigen Aufheizung des mikroelektronischen Elements und des Anschlusses aufweist, um das Verbindungsmaterial zu veranlassen, eine Verbindung an den Kontaktstellen zwischen den Stoßleitungen und den Kontakten herzustellen.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei die Stoßleitungen Lotmassen (572') aufweisen und die Kontakte während des Aufheizschritts in die Lotmassen eindringen.
Verfahren gemäß Anspruch 20, zusätzlich aufweisend den Schritt des Verbindens einer Fläche (575') des mikroelektronischen Elements mit der ersten Fläche des Anschlußkörpers durch Aktivieren eines dielektrischen Verbindungsmaterials (567) auf der ersten Fläche des Anschlußkörpers während des Aufheizschritts.
Verfahren gemäß Ansprüche 19 bis 23, zusätzlich aufweisend den Schritt der elektrischen Prüfung des zusammengebauten mikroelektronischen Elements, des Anschlusses und des Substrats vor dem Verbindungsschritt, indem das mikroelektronische Element über die Verbindungen zwischen den Kontakten und den Stoßleitungen angesprochen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das mikroelektronische Element im Anschluß vom Prüfschritt bis zum Verbindungsschritt gekoppelt bleibt.
Verfahren gemäß Anspruch 19 bis 23, wobei der Kopplungsschritt auch den Schritt des Zwingens der Stoßleitung durch eine Lücke (46) zwischen einer Mehrzahl von in Abständen auf einem Kontakt verteilten Projektionen umfaßt, wobei der Kontakt über einer Öffnung eines Lochs im Anschlußkörper auf der ersten Hauptfläche liegt, so daß die Stoßleitung mit Kraftschluß gegen die Projektionen schleift.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei die Projektionen rauhe Stellen (530) aufweisen auf Flächen, die zunächst nach oben, weg vom Körper, weisen, und wobei die Stoßleitungen von den Rauhstellen während des Kopplungsschritts gescheuert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei die Projektionen von jedem Kontakt eine selbstverriegelnden Einpassung mit der darin aufgenommenen Stoßleitung (70) bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 19 bis 23, wobei vor dem Kopplungsschritt der blattförmige Anschlußkörper über einer Fläche eines Substrats (20) liegt, wobei die erste Hauptfläche vom Substrat weg gerichtet ist und die Kontakte auf dem Anschluß elektrisch mit dem Substrat verbunden sind, wobei der Kopplungsschritt das mikroelektronische Element (68) physisch in Position gegenüber dem Substrat bringt und es elektrisch mit dem Substrat verbindet.
Verfahren gemäß Anspruch 29, wobei eine Mehrzahl von Anschlüssen, einschließlich des zuvor erwähnten Anschlusses, über dem Substrat liegen und elektrisch damit verbunden werden vor dem Kopplungsschritt, wobei der Kopplungsschritt auch den Schritt des Koppelns einer Mehrzahl mikroelektronischer Elemente (70, 90) mit der Mehrzahl von Anschlüssen umfaßt, so daß die Stoßleitungen auf den mikroelektronischen Elementen von den Löchern in den blattförmigen dielektrischen Körpern aller Anschlüsse aufgenommen werden, und so daß die Stoßleitungen die elektrischen Kontakte auf allen Anschlüssen deformieren, womit die mikroelektronischen Elemente mit dem Substrat und miteinander elektrisch verbunden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 30, zusätzlich aufweisend die Schritte des Prüfens der zusammengebauten mikroelektronische Elemente, Anschlüsse und Substrate nach dem Kopplungsschritt, und danach permanente Verbindung der mikroelektronische Elemente mit den Anschlüssen ohne Trennung der mikroelektronischen Elemente von den Anschlüssen.
Verfahren gemäß Anspruch 30, zusätzlich aufweisend den Schritt des Zusammenbaus von einem oder mehreren Vorrichtungen (84) mit einem Träger (82) mit einer im wesentlichen flachen unterseitigen Fläche, und elektrisches Verbinden des einen oder der mehreren Vorrichtungen mit den Stoßleitungen auf der unterseitigen Fläche des Trägers, um ein mikroelektronisches Element zu bilden, wobei der Kopplungsschritt so ausgeführt wird, daß die unterseitige Flache des Trägers in Position gegenüber der ersten Fläche eines Anschlusses gebracht wird.
Elektronischer Zusammenbau, umfassend: (a) eine Montageeinheit, welche ein Substrat (20) mit elektrisch leitenden Leitungen darin, Mittel zum Definieren von wenigstens einer Montagefläche auf dem Substrat und Löcher (36) aufweist, die zu jeder Montagefläche offen sind und sich nach innen in Richtung zum Substrat erstrecken, und eine Anordnung von federnden laminaren Kontakten (38) aufweist, die an jeder Montagefläche in Übereinstimmung mit den Löchern befestigt sind, so daß jeder Kontakt sich über ein Loch erstreckt, wobei die Kontakte mit den Leitungen im Substrat elektrisch verbunden sind; und (b) eine Mehrzahl mikroelektronischer Elemente (68, 90), wobei jedes solches Element eine untere Fläche und eine Mehrzahl von Stoßleitungen aufweist, die aus der unteren Fläche herausragen, wobei jedes solches mikroelektronisches Element auf der Montageeinheit montiert ist, wobei die untere Fläche von jedem solchen Element einer Montagefläche der Montageeinheit begegnet, wobei die Stoßleitungen des Elements in die Löcher der Montagefläche hineinragen und mit den Kontakten an den Löchern koppeln, so daß die Stoßleitungen elektrisch mit den Leitungen des Substrats über die Kontakte verbunden sind, wobei die mikroelektronischen Elemente miteinander verbunden sind über die Leitungen des Substrats, die Kontakte und die Stoßleitungen.
Zusammenbau gemäß Anspruch 33, wobei die Stoßleitungen von wenigstens einem mikroelektronischen Element (68, 90) mit den Kontakten verbunden sind.
Zusammenbau gemäß Anspruch 33, wobei wenigstens ein mikroelektronisches Element (90) trennbar mit der Montageeinheit gekoppelt ist, wobei die Stoßleitungen von jedem solchen Element trennbar mit den Kontakten gekoppelt sind.
Zusammenbau gemäß Anspruch 33 bis 35, wobei das Mittel zum Definieren einer Montagefläche (30) einen ersten blattförmigen dielektrischen Anschlußkörper (30) umfaßt, der über einer Fläche des Substrats liegt, wobei der Anschlußkörper eine erste Fläche, die vom Substrat weg gerichtet ist, und eine zweite Fläche, die dem Substrat zugewendet ist, aufweist.
Zusammenbau gemäß Anspruch 33 bis 35, wobei das Substrat im wesentlichen flach ist und die in entgegensetzten Richtungen weisenden, oberen und unteren Flächen definiert, wobei die Mittel zum Definieren von wenigstens einer Montagefläche die obere und die untere Montagefläche definieren mit den Löchern auf den oberen und unteren Flächen, wobei die Kontakte über den Löchern auf den oberen und unteren Flächen liegen.