DE102010042379A1 - Electronic component - Google Patents
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Abstract
Es wird ein elektronisches Bauteil (1) mit einem Substrat (10) vorgeschlagen, bei dem mindestens ein auf einer Oberfläche (20) des Substrates (10) angeordneter Kontaktbereich (30) mit mindestens einem Federelement (35) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Federelement (35) in dem Substrat (10) ausgebildet. Die Anbindung des Kontaktbereichs (30) an das Substrat (10) über ein Federelement (35) erlaubt eine relative Bewegung von Kontaktbereich (30) und Substrat (10). Damit können im Betrieb des elektronischen Bauteils (1) mechanische Spannungen, die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats (10) und eines Schaltungsträgers auf dem das elektronische Bauteil (1) kontaktiert ist, ausgeglichen werden. Eine Zerrüttung der jeweiligen Kontaktstelle sowie mechanische Belastungen des elektronischen Bauteils (1) werden somit vermieden.An electronic component (1) with a substrate (10) is proposed, in which at least one contact area (30) arranged on a surface (20) of the substrate (10) is connected to at least one spring element (35). According to the invention, the at least one spring element (35) is formed in the substrate (10). The connection of the contact area (30) to the substrate (10) via a spring element (35) allows a relative movement of the contact area (30) and the substrate (10). Mechanical voltages which are caused by the different thermal expansion coefficients of the substrate (10) and a circuit carrier on which the electronic component (1) is contacted can thus be compensated for during operation of the electronic component (1). A disruption of the respective contact point and mechanical loads on the electronic component (1) are thus avoided.
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil, das ein Substrat aufweist. Auf mindestens einer Oberfläche des Substrates sind Kontaktbereiche ausgebildet, mittels derer das elektronische Bauteil in einfacher Weise mit beispielsweise einem Schaltungsträger kontaktiert werden kann.The invention relates to an electronic component having a substrate. On at least one surface of the substrate contact areas are formed, by means of which the electronic component can be contacted in a simple manner with, for example, a circuit substrate.
Stand der TechnikState of the art
Derartige Bauteile sind beispielsweise in der
Die Materialien, aus denen das Substrat des elektronischen Bauteils und der Schaltungsträger auf den das elektronische Bauelement kontaktiert ist bestehen, weisen in der Regel unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Dadurch ergibt sich das Problem, dass bei thermischer Belastung mechanische Spannungen, wie Zug- oder Scherbelastungen, an den Kontaktstellen zwischen den Kontaktbereichen des Substrats und den entsprechenden Gegenkontakten auf dem Schaltungsträger auftreten. Im Extremfall kann dies zur Zerrüttung der Kontaktstellen führen. Weiterhin wirken die entstehenden mechanischen Spannungen über das Substrat auf die Halbleiterbauelemente im Inneren des elektronischen Bauteils und können deren Betrieb beeinträchtigen; durch die temperaturabhängigen mechanischen Belastungen können sich beispielsweise Kennlinien der Halbleiterbauelemente verschieben.The materials from which the substrate of the electronic component and the circuit board on which the electronic component is contacted, generally have different thermal expansion coefficients. This results in the problem that under thermal stress mechanical stresses, such as tensile or shear loads occur at the contact points between the contact regions of the substrate and the corresponding mating contacts on the circuit substrate. In extreme cases, this can lead to disruption of the contact points. Furthermore, the resulting mechanical stresses on the substrate on the semiconductor devices in the interior of the electronic component and can affect their operation; For example, characteristic curves of the semiconductor components may shift due to the temperature-dependent mechanical loads.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird ein elektronisches Bauteil mit einem Substrat vorgeschlagen, bei dem mindestens ein auf einer Oberfläche des Substrates angeordneter Kontaktbereich mit mindestens einem Federelement verbunden ist. Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Federelement in dem Substrat ausgebildet.An electronic component with a substrate is proposed in which at least one contact region arranged on a surface of the substrate is connected to at least one spring element. According to the invention, the at least one spring element is formed in the substrate.
Die Anbindung des Kontaktbereichs an das Substrat über ein Federelement bewirkt, dass mechanische Spannungen, die beispielsweise durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und eines Schaltungsträgers auf dem das elektronische Bauteil kontaktiert ist, verursacht werden, durch das Federelement kompensiert werden. Eine Zerrüttung der jeweiligen Kontaktstelle sowie mechanische Belastungen des elektronischen Bauteils werden somit vermieden.The connection of the contact region to the substrate via a spring element causes mechanical stresses caused, for example, by the different thermal expansion coefficients of the substrate and of a circuit carrier on which the electronic component is contacted, to be compensated by the spring element. A disruption of the respective contact point and mechanical loads on the electronic component are thus avoided.
Das Federelement ist erfindungsgemäß in dem Substrat ausgebildet, und ist relativ zu dem Substrat beweglich. Die Federkonstante und damit die auf den Kontaktbereich wirkenden Kräfte hängen vom Substratmaterial sowie der Geometrie des Federelements ab.The spring element according to the invention is formed in the substrate, and is movable relative to the substrate. The spring constant and thus the forces acting on the contact area depend on the substrate material and the geometry of the spring element.
Das Federelement ist bevorzugt als frei beweglicher Steg in dem Substrat ausgebildet. Der Kontaktbereich kann dabei auf dem Federelement ausgebildet sein. Dazu weist das Federelement, bevorzugt an einem freien Ende, einen Bereich auf, der mit einer metallischen Beschichtung, einer Lötkugel, oder ähnlichem versehen ist, und damit den Kontaktbereich ausbildet.The spring element is preferably designed as a freely movable web in the substrate. The contact region can be formed on the spring element. For this purpose, the spring element, preferably at a free end, on an area which is provided with a metallic coating, a solder ball, or the like, and thus forms the contact area.
In einer alternativen Ausführung ist ein Kontaktbereich mit mehreren Federelementen verbunden.In an alternative embodiment, a contact region is connected to a plurality of spring elements.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist mindestens ein Federelement mäanderförmig ausgebildet. Scherkräfte bewirken in dieser Ausführung eine Dehnung bzw. Kompression des Federelements. Damit wird eine optimale Entlastung des Kontaktbereichs gewährleistet.In a preferred embodiment of the invention, at least one spring element is formed meander-shaped. Shearing forces cause in this embodiment an expansion or compression of the spring element. This ensures optimum relief of the contact area.
Bevorzugt ist auf mindestens einem Federelement eine Leiterbahn angeordnet, wobei die Leiterbahn mit dem Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden ist. Die Leiterbahn verbindet den Kontaktbereich bevorzugt mit einer Durchkontaktierung des Substrats und stellt damit einen elektrischen Kontakt zu einem oder mehreren Halbleiterbauelementen im Inneren des elektronischen Bauteils her.Preferably, a conductor track is arranged on at least one spring element, wherein the conductor track is electrically conductively connected to the contact region. The conductor path preferably connects the contact region to a through-connection of the substrate and thus establishes an electrical contact to one or more semiconductor components in the interior of the electronic component.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist mindestens eine Ausnehmung in dem Substrat ausgebildet. Die Ausnehmung umgibt einen oder mehrere Kontaktbereiche. Der Kontaktbereich ist auf oder in Verbindung mit mindestens einem im Substrat ausgebildeten Steg angeordnet. Der Steg verbindet den Kontaktbereich mit einem Bereich des Substrats, der die Ausnehmung begrenzt und wirkt als Federelement. Die Kontur des Stegs ist durch die Form der Ausnehmung bestimmt. Die Ausnehmung bildet einen Freiraum um den jeweiligen Kontaktbereich und um das mit dem Kontaktbereich verbundene Federelement, so dass der Kontaktbereich relativ zu dem Substrat frei beweglich ist. Das Federelement kann somit Kräfte kompensieren, die auf den Kontaktbereich wirken. Der Steg hat bevorzugt eine mittlere Breite, die klein ist im Vergleich zur Ausdehnung der Ausnehmung. Dadurch ergibt sich eine kleine Federkonstante und damit eine hohe relative Beweglichkeit von Kontaktbereich und Substrat. In a particularly preferred embodiment of the invention, at least one recess is formed in the substrate. The recess surrounds one or more contact areas. The contact region is arranged on or in connection with at least one web formed in the substrate. The web connects the contact region with a region of the substrate which delimits the recess and acts as a spring element. The contour of the web is determined by the shape of the recess. The recess forms a free space around the respective contact region and around the spring element connected to the contact region, so that the contact region is freely movable relative to the substrate. The spring element can thus compensate for forces acting on the contact area. The web preferably has a mean width that is small compared to the extent of the recess. This results in a small spring constant and thus a high relative mobility of contact area and substrate.
Die Ausnehmung ist bevorzugt so ausgeführt, dass sie vollständig von dem Substrat umgeben ist, also insbesondere nicht als Einschnitt am Rand des Substrats ausgebildet ist. Damit bleibt die mechanische Stabilität des Substrats erhalten. Die Ausnehmung kann beispielsweise durch Bearbeitung mit einem Laser, durch Fräsen oder durch Stanzen in das Substrat eingebracht werden.The recess is preferably designed so that it is completely surrounded by the substrate, so in particular is not formed as an incision on the edge of the substrate. This preserves the mechanical stability of the substrate. The recess can be introduced, for example, by machining with a laser, by milling or punching in the substrate.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung sind zwei oder mehr, insbesondere schlitz- oder rillenartige Ausnehmungen in der Umgebung eines Kontaktbereichs in dem Substrat ausgebildet. Die Ausnehmungen sind so angeordnet, dass jeweils zwei der Ausnehmungen durch mindestens einen Steg, der frei beweglich im Substrat ausgebildet ist, voneinander getrennt sind. Der Steg wirkt als erfindungsgemäßes Federelement und steht in Verbindung mit mindestens einem Kontaktbereich auf dem Substrat. Der Steg besitzt eine Breite, die im Wesentlichen durch den Abstand der jeweiligen Ausnehmungen bestimmt ist. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass die rillen- bzw. spaltartigen Ausnehmungen einfach geformt sind und deshalb mit geringem Herstellungsaufwand gebildet werden können.In an alternative embodiment of the invention, two or more, in particular slot or groove-like recesses are formed in the vicinity of a contact region in the substrate. The recesses are arranged so that in each case two of the recesses are separated from each other by at least one web which is freely movable in the substrate. The web acts as a spring element according to the invention and is connected to at least one contact region on the substrate. The web has a width that is essentially determined by the distance of the respective recesses. The advantage of this embodiment is that the groove or gap-like recesses are simply shaped and therefore can be formed with low production costs.
Das Substrat des elektronischen Bauteils kann mehrlagig aufgebaut sein. Typischerweise besteht es aus zwei bis vier Lagen. Die Kontaktbereiche sind bevorzugt auf der untersten Lage (Bodenfläche des elektronischen Bauteils) gebildet. Die anderen Lagen enthalten beispielsweise Durchkontaktierungen und/oder Leiterbahnen. Auf der obersten Lage sind ein oder mehrere Halbleiterbauelemente angeordnet. Das erfindungsgemäße Federelement ist bevorzugt in der untersten Lage des Substrats ausgebildet. Die beschriebene Ausnehmung kann ebenfalls nur in der untersten Lage des Substrats ausgebildet sein. Ebenso ist es denkbar, das Federelement bzw. die Ausnehmung in mehreren oder allen Lagen des Substrats auszubilden.The substrate of the electronic component can be constructed in multiple layers. Typically it consists of two to four layers. The contact regions are preferably formed on the lowest layer (bottom surface of the electronic component). The other layers contain, for example, plated-through holes and / or printed conductors. On the uppermost layer, one or more semiconductor devices are arranged. The spring element according to the invention is preferably formed in the lowermost layer of the substrate. The described recess can also be formed only in the lowermost layer of the substrate. It is also conceivable to form the spring element or the recess in several or all layers of the substrate.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Die Kontaktbereiche
In
In
Im Unterschied zur herkömmlichen Bauweise, weist das erfindungsgemäße Bauteil
Auf jedem der Stege
Wenn das Substrat
Die Stege
Das erfindungsgemäße elektronische Bauteil
Mechanische Spannungen, die durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des elektronischen Bauteils
In
Die frei beweglichen Stege
Die Mäanderstruktur des Federelements
Die Ausnehmungen
Durch die Ausnehmungen
Der Vorteil dieser Ausführung liegt in der einfachen Ausgestaltung der Ausnehmungen
In
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