DE102017012351B4 - ELECTRICAL CONTACT ARRANGEMENT AND ELECTRICAL CONNECTOR ARRANGEMENT - Google Patents

ELECTRICAL CONTACT ARRANGEMENT AND ELECTRICAL CONNECTOR ARRANGEMENT Download PDF

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Abstract

Elektrische Kontaktanordnung zum Verbinden eines Kontaktträgers (102) mit einem Gegenkontaktträger (104), wobei die Kontaktanordnung aufweist:ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement (106), das mit mindestens einer an dem Kontaktträger (102) angeordneten Leiterbahn verbunden ist,ein elektrisch leitendes Gegenkontaktelement (108), das an einem Gegenkontaktträger (104) angeordnet ist, wobei das Kontaktelement (106) und das mindestens eine Gegenkontaktelement (108) übereinander ausgerichtet sind,eine Isolierlage (118, 154), die so zwischen dem Kontaktträger (102) und dem Gegenkontaktträger (104) angeordnet ist, dass das Kontaktelement (106) durch die Isolierlage (118, 154) hindurch ragt,wobei das mindestens eine Kontaktelement (106) entlang einer Richtung (114) des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement (108) elastisch verformbar ist,wobei der Kontaktträger (102) aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial (126, 138) mit einer darin eingebetteten strukturierten Metalllage hergestellt ist und wobei das Kontaktelement (106) an beiden Oberflächen freigelegt ist, so dass es durch den Kontaktträger (102) hindurch über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (110) mit dem zugehörigen elektrisch leitenden Gegenkontaktelement (108) elektrisch leitend und mechanisch fixierend verbindbar ist.Electrical contact arrangement for connecting a contact carrier (102) to a mating contact carrier (104), the contact arrangement comprising: an electrically conductive contact element (106) which is connected to at least one conductor track arranged on the contact carrier (102), an electrically conductive mating contact element (108) which is arranged on a mating contact carrier (104), the contact element (106) and the at least one mating contact element (108) being aligned one above the other, an insulating layer (118, 154) which is arranged between the contact carrier (102) and the mating contact carrier (104) such that the contact element (106) protrudes through the insulating layer (118, 154), the at least one contact element (106) being elastically deformable along a direction (114) of connection to the mating contact element (108), the contact carrier (102) being made of an electrically insulating carrier material (126, 138) with a is manufactured from a structured metal layer embedded therein and wherein the contact element (106) is exposed on both surfaces so that it can be connected in an electrically conductive and mechanically fixed manner through the contact carrier (102) via an electrically conductive connecting element (110) to the associated electrically conductive mating contact element (108).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktanordnung und eine zugehörige elektrische Verbinderanordnung, insbesondere für den Einsatz bei implantierbaren Komponenten.The present invention relates to an electrical contact arrangement and an associated electrical connector arrangement, in particular for use in implantable components.

Elektrisch aktive Implantate mit einer großen Anzahl von elektrischen Kanälen können heutzutage mithilfe von mikrotechnischen Herstellungsverfahren, zum Beispiel Fotolithographie, Laserstrukturierung oder einer Kombination dieser beiden Verfahren hergestellt werden. Derartige Implantate müssen mit einer biegesteifen Komponente verbunden werden, die als ein vermittelndes Element zwischen dem miniaturisierte flexiblen Mikrosystem (beispielsweise einem Mikroelektrodenarray) und den Leitungen, die zu der Treiberelektronik führen, fungiert. Die biegesteife Komponente kann beispielsweise durch die Elektronik selbst mit einer oder ohne eine zusätzliche Gehäusung gebildet sein. Um die Baugröße des Gesamtsystems reduzieren zu können, sind die Kontaktelemente, welche die elektrische Verbindung zwischen dem flexiblen und dem biegesteifen Substrat herstellen, dicht gepackt. Oftmals liegen sie ungünstigerweise in Form eines quadratischen Arrays vor.Electrically active implants with a large number of electrical channels can now be manufactured using micro-technical manufacturing processes, for example photolithography, laser structuring or a combination of these two processes. Such implants must be connected to a rigid component that acts as an intermediary element between the miniaturized flexible microsystem (for example a microelectrode array) and the lines that lead to the driver electronics. The rigid component can, for example, be formed by the electronics itself with or without an additional housing. In order to be able to reduce the size of the overall system, the contact elements that establish the electrical connection between the flexible and the rigid substrate are densely packed. Unfortunately, they are often in the form of a square array.

Für die Verbindung zwischen einem flexiblen Kontaktträger und einem zugehörigen biegesteifen Gegenkontaktträger werden häufig sogenannte Microflex-Verbindungen eingesetzt, wie sie beispielsweise in der Veröffentlichung Meyer, J.-U., Stieglitz, T., Scholz, O., Haberer, W., Beutel, H., „High Density Interconnects and Flexible Hybrid Assemblies for Active Biomedical Implants“, IEEE Trans. on Components, Packaging and Manufacturing Technology Part B: Advanced Packaging (IEEE Trans. on Advanced Packaging), vol. 24 , no. 3, pp. 366-374 (2001), gezeigt sind. Speziell bei größeren, dicht gepackten Arrays von Kontaktelementen ist hier problematisch, dass die Kontaktelemente mechanisch stark beansprucht werden und daher Ausfälle aufgrund der einwirkenden Kräfte auftreten.For the connection between a flexible contact carrier and a corresponding rigid counter contact carrier, so-called Microflex connections are often used, as described, for example, in the publication Meyer, J.-U., Stieglitz, T., Scholz, O., Haberer, W., Beutel, H., “High Density Interconnects and Flexible Hybrid Assemblies for Active Biomedical Implants”, IEEE Trans. on Components, Packaging and Manufacturing Technology Part B: Advanced Packaging (IEEE Trans. on Advanced Packaging), vol. 24 , no. 3, pp. 366-374 (2001). Particularly with larger, densely packed arrays of contact elements, the problem is that the contact elements are subjected to high mechanical stress and therefore failures occur due to the forces acting on them.

Diese Kontaktelemente müssen voneinander nicht nur über einen ausreichenden Abstand elektrisch isoliert werden, sondern zusätzlich durch ein elektrisch nicht leitfähiges Polymer, das bei bekannten Anordnungen als Underfill-Material bezeichnet wird.These contact elements must not only be electrically insulated from each other over a sufficient distance, but also by an electrically non-conductive polymer, which in known arrangements is referred to as underfill material.

Üblicherweise werden Epoxidharze mit geringer Viskosität als Underfillisolatoren verwendet. Allerdings haben diese Epoxidharze nicht die ausreichende Langzeitstabilität, die für den jahrelangen Gebrauch in wässriger oder feuchter Umgebung, wie sie für eine aktive implantierbare Baugruppe auftritt, gefordert werden muss. Generell wählt man als Isolatormaterial für die Anwendung in implantierbaren Komponenten üblicherweise Silikonkautschuk (Polydimethylsiloxan, PDMS). PDMS hat allerdings eine noch höhere Viskosität als Epoxid, so dass das Problem auftritt, dass Luftblasen zwischen den Kontakten gefangen werden können, wenn man PDMS als Underfill verwendet.Typically, low-viscosity epoxy resins are used as underfill insulators. However, these epoxy resins do not have the long-term stability required for years of use in aqueous or humid environments, such as those encountered by an active implantable assembly. In general, silicone rubber (polydimethylsiloxane, PDMS) is usually chosen as the insulator material for use in implantable components. However, PDMS has an even higher viscosity than epoxy, so the problem arises that air bubbles can become trapped between the contacts when PDMS is used as an underfill.

Andererseits sind ausreichend wasserstabile und hydrothermal stabile Epoxidmaterialien nicht biokompatibel, so dass sie für implantierbare Komponenten nicht eingesetzt werden können. Auch adhäsive Isoliermaterialien, wie beispielsweise anisotrop leitfähige Kleber oder Epoxid-basierte Folienbänder, haben nicht die für Implantate geforderte hydrothermal stabile Klebewirkung, wenn sie in ständig feuchter Umgebung eingesetzt werden.On the other hand, sufficiently water-stable and hydrothermally stable epoxy materials are not biocompatible, so they cannot be used for implantable components. Adhesive insulating materials, such as anisotropic conductive adhesives or epoxy-based foil tapes, also do not have the hydrothermally stable adhesive effect required for implants if they are used in a constantly moist environment.

DE 101 05 351 A1 betrifft ein elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip, auf dem eine Zwischenverbindungsstruktur angeordnet ist, die ein unter einer elastomeren Schutzschicht vergrabenes Umverdrahtungsmuster aus Leiterbahnen aufweist, das Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips mit Kontaktanschlüssen verbindet, die auf in die Schutzschicht formschlüssig eingebetteten elastomeren Elementen angeordnet sind. Darüber hinaus offenbart die Druckschrift ein Verfahren zur Herstellung derartiger elektronischer Bauteile. EN 101 05 351 A1 relates to an electronic component with a semiconductor chip on which an interconnect structure is arranged, which has a rewiring pattern of conductor tracks buried under an elastomer protective layer, which connects contact areas on the active top side of the semiconductor chip to contact terminals which are arranged on elastomer elements embedded in the protective layer in a form-fitting manner. In addition, the document discloses a method for producing such electronic components.

US 2003/0233134 A1 offenbart ein biokompatibles Verbindungsverfahren und ein elektronisches Gehäuse für die Implantation. Die Druckschrift betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines hermetisch verschlossenen Elektronikpakets mit einer Elektrode oder einer flexiblen Schaltung und das daraus resultierende Elektronikpaket, das zur Implantation in lebendes Gewebe geeignet ist, wie z. B. für ein retinales oder kortikales Elektrodenarray, um die Wiederherstellung des Sehvermögens bei bestimmten nicht sehenden Personen zu ermöglichen. Das hermetisch verschlossene Elektronikgehäuse wird direkt mit dem flexiblen Schaltkreis oder der Elektrode verbunden, indem ein biokompatibles Material, wie Platin oder Gold, galvanisch aufgetragen wird, wodurch eine plattierte, nietenförmige Verbindung entsteht, die den flexiblen Schaltkreis mit dem Elektronikgehäuse verbindet. Das so entstandene elektronische Gerät ist biokompatibel und eignet sich für die langfristige Implantation in lebendes Gewebe. US 2003/0233134 A1 discloses a biocompatible connection method and electronic package for implantation. The document relates to a method for connecting a hermetically sealed electronic package to an electrode or flexible circuit and the resulting electronic package suitable for implantation into living tissue, such as a retinal or cortical electrode array to enable restoration of vision in certain blind individuals. The hermetically sealed electronic package is directly connected to the flexible circuit or electrode by electroplating a biocompatible material, such as platinum or gold, creating a plated, rivet-like connection that connects the flexible circuit to the electronic package. The resulting electronic device is biocompatible and suitable for long-term implantation into living tissue.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine elektrische Kontaktanordnung zum Verbinden eines Kontaktträgers und eines zugehörigen Gegenkontaktträgers anzugeben, die es erlaubt, auch dicht gepackte Kontaktarrays zuverlässig und mechanisch stabil elektrisch zu verbinden.The present invention has for its object to provide an electrical contact arrangement for connecting a contact carrier and an associated mating contact carrier, which allows even densely packed contact arrays to be electrically connected in a reliable and mechanically stable manner.

Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, eine zugehörige elektrische Verbinderanordnung anzugeben.Furthermore, it is the object of the invention to provide an associated electrical connector arrangement.

Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand mehrerer abhängiger Patentansprüche.These objects are achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous developments of the present invention are the subject matter of several dependent patent claims.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, dass mit Hilfe eines federelastischen Kontaktelementes ein Ausgleich sowohl des Abstandes zwischen dem Kontaktträger und dem Gegenkontaktträger in einer Richtung quer zu der durch den Kontaktträger definierten Fläche, wie auch der Position des Kontaktelements innerhalb dieser Fläche stattfinden kann. Somit reduzieren sich die auf das Kontaktelement und die Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Gegenkontaktelement einwirkenden mechanischen Kräfte. Die Langzeitstabilität der Verbindung wird damit erhöht und die Wahrscheinlichkeit für Ausfälle reduziert.The present invention is based on the idea that with the help of a spring-elastic contact element, both the distance between the contact carrier and the counter-contact carrier in a direction transverse to the surface defined by the contact carrier and the position of the contact element within this surface can be compensated. This reduces the mechanical forces acting on the contact element and the connection between the contact element and the counter-contact element. The long-term stability of the connection is thus increased and the probability of failures reduced.

Beispielsweise weist ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktträger und einem zugehörigen Gegenkontaktträger die folgenden Schritte auf:

  • Herstellen des Kontaktträgers mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement und mindestens einer Leiterbahn, die mit dem Kontaktelement verbunden ist,
  • Bereitstellen des Gegenkontaktträgers, der mindestens ein elektrisch leitendes Gegenkontaktelement aufweist und Positionieren des Kontaktträgers, so dass das mindestens eine Kontaktelement und das mindestens eine Gegenkontaktelement übereinander ausgerichtet sind,
  • Anbringen einer Isolierlage an dem Kontaktträger, so dass das Kontaktelement durch die Isolierlage hindurch ragt,
  • Verbinden des mindestens einen Kontaktelements und des mindestens einen Gegenkontaktelements durch Einbringen eines elektrisch leitenden Verbindungsmaterials durch den Kontaktträger hindurch,
  • wobei das mindestens eine Kontaktelement in einer Richtung entlang einer Richtung des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement elastisch verformbar ist.
For example, a method for establishing an electrical connection between a contact carrier and an associated mating contact carrier comprises the following steps:
  • Producing the contact carrier with at least one electrically conductive contact element and at least one conductor track connected to the contact element,
  • Providing the counter-contact carrier, which has at least one electrically conductive counter-contact element, and positioning the contact carrier so that the at least one contact element and the at least one counter-contact element are aligned one above the other,
  • Attaching an insulating layer to the contact carrier so that the contact element protrudes through the insulating layer,
  • Connecting the at least one contact element and the at least one counter-contact element by introducing an electrically conductive connecting material through the contact carrier,
  • wherein the at least one contact element is elastically deformable in a direction along a direction of connection with the mating contact element.

Weiterhin umfasst das Verfahren den Schritt des Herstellens der Isolierlage als separates Teil aus einem Silikonmaterial, wobei die Isolierlage mindestens eine durchgehende Ausnehmung zum Hindurchführen des mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktelements aufweist und vor dem Schritt des Verbindens des mindestens einen Kontaktelements und des mindestens einen Gegenkontaktelements angebracht wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung lässt sich eine solche vorgefertigte Isolierlage auch in Verbindung mit nicht federenden herkömmlichen Kontaktelementen vorteilhaft einsetzen, da die Elastizität der Isolierlage häufig ausreicht, um die auftretenden Kräfte zu kompensieren.The method further comprises the step of producing the insulating layer as a separate part from a silicone material, wherein the insulating layer has at least one continuous recess for passing through the at least one electrically conductive contact element and is applied before the step of connecting the at least one contact element and the at least one counter-contact element. According to a further aspect of the present invention, such a prefabricated insulating layer can also be used advantageously in conjunction with non-resilient conventional contact elements, since the elasticity of the insulating layer is often sufficient to compensate for the forces that occur.

Die Verwendung einer solchen vorgefertigten Isolierlage, vorzugsweise aus einem Silikonmaterial, als Underfillmaterial hat eine Vielzahl von Vorteilen, die auch unabhängig von dem Vorsehen eines federelastischen Kontaktelements genutzt werden können.The use of such a prefabricated insulating layer, preferably made of a silicone material, as underfill material has a number of advantages that can also be used independently of the provision of a spring-elastic contact element.

Zum einen kann eine langzeitstabile Verbindung von dem Underfill zu sowohl dem Kontaktträger wie auch dem Gegenkontaktträger erzeugt werden und das Ausbilden von Hohlräume oder Blasen kann verhindert werden. Weiterhin kann vermieden werden, dass Verunreinigungen eingebaut werden, und dass sich die adhäsive Verbindung der einzelnen Komponenten löst. Dadurch, dass die vorgefertigte Isolierlage bereits eingebracht wird, bevor die elektrische Verbindung, zum Beispiel durch Ballbonden oder Löten, hergestellt wird, können alle beteiligten Materialien gründlich gereinigt und desinfiziert werden, bevor sie miteinander verbunden werden.On the one hand, a long-term stable connection can be created from the underfill to both the contact carrier and the counter-contact carrier, and the formation of cavities or bubbles can be prevented. Furthermore, it can prevent contamination from being incorporated and the adhesive connection of the individual components from coming loose. Because the prefabricated insulating layer is already inserted before the electrical connection is made, for example by ball bonding or soldering, all materials involved can be thoroughly cleaned and disinfected before they are connected to one another.

Beispielsweise umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt einer Haftvermittlung mittels Sauerstoffplasmabehandlung mindestens einer der Oberflächen der Isolierlage und/oder mittels Aufbringens von unausgehärtetem flüssigem Silikon auf mindestens eine der Oberflächen der Isolierlage.For example, the method further comprises the step of promoting adhesion by means of oxygen plasma treatment of at least one of the surfaces of the insulating layer and/or by applying uncured liquid silicone to at least one of the surfaces of the insulating layer.

Damit wird eine feste und hermetisch dichte Verbindung zwischen der Isolierlage und dem Kontaktträger einerseits und der Isolierlage und dem Gegenkontaktträger andererseits sichergestellt.This ensures a firm and hermetically sealed connection between the insulating layer and the contact carrier on the one hand and the insulating layer and the mating contact carrier on the other.

In vorteilhafter Weise erfolgt die Herstellung der hermetischen Verbindung zu der Isolierlage, bevor die elektrische Kontaktierung durchgeführt wird, so dass für jeden Kontaktbereich eines Kontaktelements zu einem Gegenkontaktelement jeweils ein gegenüber benachbarten Kontaktbereichen abgeschlossener Raum gebildet wird. Verunreinigungen, die durch den elektrischen Verbindungsprozess zustande kommen, können die mechanische Kopplung zwischen dem Underfill und den angrenzenden Flächen nicht beeinträchtigen.Advantageously, the hermetic connection to the insulating layer is made before the electrical contact is made, so that for each contact area of a contact element to a mating contact element, a space is formed that is closed off from neighboring contact areas. Contaminants that arise as a result of the electrical connection process cannot impair the mechanical coupling between the underfill and the adjacent surfaces.

Die Isolierlage wird beispielsweise mittels Stereolithographie, Formpressen oder Laserschneiden hergestellt. Das Laserschneiden ist insbesondere für Silikonmaterialien besonders vorteilhaft.The insulating layer is produced using, for example, stereolithography, compression molding or laser cutting. Laser cutting is particularly advantageous for silicone materials.

Alternativ zu der Verwendung einer vorgefertigten Folie als Isolierlage können die erfindungsgemäßen federnden Kontaktelemente aber auch mit flüssigen Vorläufern eines Underfills kombiniert werden, die eingebracht und anschließend ausgehärtet werden. Das Verfahren umfasst in diesem Fall den Schritt des Einbringens der Isolierlage nach dem Schritt des Verbindens des mindestens einen Kontaktelements und des mindestens einen Gegenkontaktelements als noch nicht verfestigtes Vorläufermaterial zwischen dem Kontaktträger und dem zugehörigen Gegenkontaktträger und des anschließenden Verfestigens, beispielsweise durch Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlung.As an alternative to using a prefabricated film as an insulating layer, the resilient contact elements according to the invention can also be combined with liquid precursors of an underfill, which are introduced and then cured. In this case, the method comprises the step of introducing the insulating layer after the step of connecting the at least one contact element and the at least one counter-contact element as a not yet solidified precursor material between the contact carrier and the associated counter-contact carrier and the subsequent solidification, for example by exposure to heat or UV radiation.

Die elastische Verformbarkeit der Kontaktelemente kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, indem das mindestens eine Kontaktelement als Spiralfeder oder als mindestens ein freigeschnittener Federarm ausgebildet wird. Beispielsweise können geeignete Strukturen durch Ätzen einer Metallisierungslage des Kontaktträgers erzeugt werden.The elastic deformability of the contact elements can be achieved in an advantageous manner by designing the at least one contact element as a spiral spring or as at least one cut-free spring arm. For example, suitable structures can be produced by etching a metallization layer of the contact carrier.

Gemäß einer vorteilheften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Kontaktträger aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial mit darin einer darin eingebetteten strukturierten Metalllage hergestellt, wobei das mindestens eine Kontaktelement an mindestens einer Oberfläche freigelegt wird.According to an advantageous embodiment of the present invention, the contact carrier is made of an electrically insulating carrier material with a structured metal layer embedded therein, wherein the at least one contact element is exposed on at least one surface.

In vorteilhafter Weise erfolgt die elektrische Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement und dem Gegenkontaktelement durch den Kontaktträger hindurch mit Hilfe einer Ballbonding- oder Lötverbindung. Hierfür wird das Kontaktelement an beiden Oberflächen freigelegt, so dass das elektrische Verbindungsmaterial das Kontaktelement beidseitig kontaktieren kann.Advantageously, the electrical contact between the contact element and the counter-contact element is made through the contact carrier using a ball bonding or soldering connection. For this purpose, the contact element is exposed on both surfaces so that the electrical connection material can contact the contact element on both sides.

Besonders eignet sich für die erfindungsgemäße Anordnung das oben erwähnte MicroflexVerfahren. Bei diesem Verfahren wird ein flexibler Kontaktträger mit metallisierten Durchkontaktierungen („Vias“) versehen und so über den Gegenkontaktpads eines Gegenkontaktträgers positioniert, dass die Gegenkontaktpads durch die Vias hindurch zugänglich sind. Dann wird mittels eines Bondgeräts, beispielsweise eines konventionellen Thermosonicdrahtbonders (Ultraschall mit Temperaturunterstützung), jeweils eine Bondkugel aus Gold durch die Vias hindurch auf das darunterliegende Gegenkontaktpad gebondet und abgerissen. Der dünnere flexible Kontaktträger wird somit gleichsam auf dem biegesteifen Gegenkontaktträger aufgenietet und gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen den Vias und den darunterliegenden Gegenkontaktpads hergestellt.The above-mentioned Microflex process is particularly suitable for the arrangement according to the invention. In this process, a flexible contact carrier is provided with metallized vias and positioned over the mating contact pads of a mating contact carrier in such a way that the mating contact pads are accessible through the vias. Then, using a bonding device, for example a conventional thermosonic wire bonder (ultrasound with temperature support), a gold bonding ball is bonded through the vias to the mating contact pad underneath and torn off. The thinner flexible contact carrier is thus riveted onto the rigid mating contact carrier and at the same time the electrical connection between the vias and the mating contact pads underneath is established.

Alternativ können anstelle von Bondkugeln aus Gold auch Tropfen von geeignetem Lot durch die Vias hindurch auf das darunterliegende Gegenkontaktpad eingebracht werden.Alternatively, instead of gold bonding balls, drops of suitable solder can be introduced through the vias onto the underlying mating contact pad.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kontaktanordnung zum Verbinden eines Kontaktträgers mit einem Gegenkontaktträger, die mit dem oben erläuterten Verfahren hergestellt ist.The present invention relates to an electrical contact arrangement for connecting a contact carrier to a mating contact carrier, which is manufactured using the method explained above.

Insbesondere weist die elektrische Kontaktanordnung ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement auf, das mit mindestens einer an dem Kontaktträger angeordneten Leiterbahn verbunden ist. Ein elektrisch leitendes Gegenkontaktelement ist an einem Gegenkontaktträger angeordnet, wobei das Kontaktelement und das mindestens eine Gegenkontaktelement übereinander ausgerichtet sind. Eine Isolierlage ist so an dem Kontaktträger angeordnet, dass das Kontaktelement durch die Isolierlage hindurch ragt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das mindestens eine Kontaktelement in einer Richtung entlang einer Richtung des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement elastisch verformbar.In particular, the electrical contact arrangement has an electrically conductive contact element that is connected to at least one conductor track arranged on the contact carrier. An electrically conductive counter-contact element is arranged on a counter-contact carrier, wherein the contact element and the at least one counter-contact element are aligned one above the other. An insulating layer is arranged on the contact carrier such that the contact element protrudes through the insulating layer. According to the present invention, the at least one contact element is elastically deformable in a direction along a direction of connection to the counter-contact element.

Wie oben ausgeführt, kann auf diese Weise eine besonders sichere und langzeitstabile Verbindung auch unter dauerhaft feuchten Umgebungsbedingungen sichergestellt werden.As explained above, this can ensure a particularly secure and long-term stable connection even under permanently humid environmental conditions.

Damit ein Underfill, das zur elektrischen Isolierung zwischen den einzelnen Kontaktbereichen untereinander benötigt wird, bereits vor dem Erzeugen der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Gegenkontaktelement angebracht werden kann, ist das Underfill gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch eine vorgefertigte „trockene“ Silikonmatte gebildet, die mindestens eine durchgehende Ausnehmung zum Hindurchführen des mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktelements aufweist.So that an underfill, which is required for electrical insulation between the individual contact areas, can be applied before the electrical connection between the contact element and the counter-contact element is created, the underfill is formed according to an advantageous embodiment of the present invention by a prefabricated "dry" silicone mat which has at least one continuous recess for passing through the at least one electrically conductive contact element.

Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Isolierlage durch eine zwischen den Kontaktträger und den Gegenkontaktträger eingegossene Silikonschicht gebildet ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass der Herstellungsprozess um einen Justierschritt verkürzt ist und darüber hinaus eine geringere Dicke des Underfills erreicht werden kann.Alternatively, the insulating layer can also be formed by a silicone layer cast between the contact carrier and the counter-contact carrier. This variant has the advantage that the manufacturing process is shortened by one adjustment step and, in addition, a smaller underfill thickness can be achieved.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn der Kontaktträger durch eine flexible Folie gebildet ist und die Gegenkontakte durch Kontaktflecken auf einem biegesteifen Gegenkontaktträger gebildet sind. Dies ist beispielsweise in dem Anwendungsbereich implantierbarer elektronischer Komponenten eine häufig eingesetzte Kontaktanordnung.The advantages of the arrangement according to the invention are particularly evident when the contact carrier is formed by a flexible film and the counter contacts are formed by contact pads on a rigid counter contact carrier. This is a frequently used contact arrangement, for example, in the field of implantable electronic components.

Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf eine elektrische Verbinderanordnung, die einen Kontaktträger und einen Gegenkontaktträger mit mindestens einer Kontaktanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung ist der Kontaktträger durch einen flexiblen Leiterbahnträger mit darin eingebetteten elektrisch leitfähigen Strukturen gebildet und der zugehörige Gegenkontaktträger ist durch eine monolithische integrierte Schaltung, einen keramischen Schaltungsträger oder einen Flip-Chip-Interposer gebildet.Furthermore, the present invention also relates to an electrical connector arrangement which has a contact carrier and a mating contact carrier with at least one contact arrangement according to the present invention. According to an advantageous embodiment, the contact carrier is formed by a flexible conductor track carrier with electrically conductive structures embedded therein and the associated mating contact carrier is formed by a monolithic integrated circuit, a ceramic circuit carrier or a flip-chip interposer.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:

  • 1a, 1b und 1c zeigen unterschiedliche perspektivische Ansichten bzw. Schnittbilder einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbinderanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 illustriert die Herstellung einer Isolierlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 3a, 3b und 3c zeigen in perspektivischer Darstellung aufeinander folgende Schritte bei der Herstellung einer Verbinderanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4a bis 4e zeigen eine Draufsicht auf einen Kontaktträger bzw. auf jeweils ein Kontaktelement gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 5a, 5b, 5c illustrieren eine erste Variante zur Herstellung eines Kontaktträgers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 6a, 6b, 6c illustrieren eine weitere Variante zur Herstellung eines Kontaktträgers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 7a, 7b, 7c illustrieren eine weitere Variante zur Herstellung eines Kontaktträgers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 8a, 8b, 8c illustrieren eine weitere Variante zur Herstellung eines Kontaktträgers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 9a und 9b stellen als Schnittdarstellung zwei vorteilhafte Ausführungsformen einer Verbinderanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber.
For a better understanding of the present invention, it is explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the following figures. The same parts are provided with the same reference numerals and the same component designations. Furthermore, some features or combinations of features from the different embodiments shown and described can represent independent, inventive or inventive solutions in themselves. They show:
  • 1a , 1b and 1c show different perspective views or sectional views of an electrical connector arrangement according to the invention according to a first embodiment;
  • 2 illustrates the production of an insulating layer according to a first embodiment;
  • 3a , 3b and 3c show, in perspective, successive steps in the manufacture of a connector assembly according to the present invention;
  • 4a to 4e show a plan view of a contact carrier or a contact element according to different embodiments of the present invention;
  • 5a , 5b , 5c illustrate a first variant for producing a contact carrier according to the present invention;
  • 6a , 6b , 6c illustrate a further variant for producing a contact carrier according to the present invention;
  • 7a , 7b , 7c illustrate a further variant for producing a contact carrier according to the present invention;
  • 8a , 8b , 8c illustrate a further variant for producing a contact carrier according to the present invention;
  • 9a and 9b compare two advantageous embodiments of a connector arrangement according to the present invention in sectional representation.

Mit Bezug auf die 1a, 1b, und 1c soll nachfolgend zunächst das Prinzip der Verbinderanordnung 100 gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden. 1a zeigt eine perspektivische Ansicht einr Verbinderanordnung 100. 1b zeigt eine Detailansicht einer Kontaktanordnung, bei der das Kontaktelement nicht geschnitten ist, während 1c einen Schnitt durch die Kontaktanordnung der 1b zeigt.With reference to the 1a , 1b , and 1c The principle of the connector arrangement 100 according to a first advantageous embodiment of the present invention will be explained in more detail below. 1a shows a perspective view of a connector assembly 100. 1b shows a detailed view of a contact arrangement in which the contact element is not cut, while 1c a section through the contact arrangement of the 1b shows.

Wie in den 1a bis 1c gezeigt, umfasst die Verbinderanordnung 100 einen Kontaktträger 102 und einen Gegenkontaktträger 104. Der Kontaktträger 102 ist aus einem flexiblen Material, beispielsweise einer Polyimidfolie hergestellt und umfasst eine Vielzahl von Kontaktelementen 106. Jedes Kontaktelement 106 ist mit einer Leiterbahn (nicht sichtbar in den Figuren) verbunden, die zu einer externen Kontaktanordnung (nicht sichtbar in 1) geführt ist. Dies können beispielsweise implantierbare Elektroden sein.As in the 1a to 1c As shown, the connector assembly 100 comprises a contact carrier 102 and a counter contact carrier 104. The contact carrier 102 is made of a flexible material, for example a polyimide film, and comprises a plurality of contact elements 106. Each contact element 106 is connected to a conductor track (not visible in the figures) which leads to an external contact arrangement (not visible in 1 ). These can be, for example, implantable electrodes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Gegenkontaktträger 104 aus einem biegesteifen Material hergestellt. Der Gegenkontaktträger 104 kann beispielsweise durch eine monolithisch integrierte Schaltung, einen keramischen Schaltungsträger oder einen Flip-Chip-Interposer gebildet sein.According to the present invention, the mating contact carrier 104 is made of a rigid material. The mating contact carrier 104 can be formed, for example, by a monolithic integrated circuit, a ceramic circuit carrier or a flip-chip interposer.

Wie dies bekannt ist, werden große Chips, die eine hohe Anzahl von Anschlüssen aufweisen, über derartige Interposer mit einer Leiterplatte verbunden. Der Interposer dient dazu, das enge Anschlussraster des Chips an die größeren Anschlüsse einer Leiterplatte anzupassen. Auf der dem Chip zugewandten Seite trägt ein solcher Interposer z. B. kleine Lotkugeln (sogenannte Bumps), auf die der Chip mit seinen Anschlüssen verlötet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Interposer mit dem Kontaktträger 102 verbunden. As is known, large chips that have a large number of connections are connected to a circuit board via such interposers. The interposer serves to adapt the narrow connection grid of the chip to the larger connections of a circuit board. On the side facing the chip, such an interposer carries, for example, small solder balls (so-called bumps) to which the chip is soldered with its connections. According to the present invention, the interposer is connected to the contact carrier 102.

Unabhängig von der sonstigen Ausgestaltung und Funktion ist der Gegenkontaktträger 104 mit Gegenkontaktelementen 108 versehen. Die Gegenkontaktelemente 108 sind z. B. durch Kontaktpads gebildet, die in ihrer Anordnung dem Layout der Kontaktelemente 106 des Kontaktträgers 102 entsprechen. Somit ist der Kontaktträger 102 mit Bezug auf den Gegenkontaktträger 104 so positioniert, dass die Kontaktelemente 106 jeweils unmittelbar über den Gegenkontaktelementen 108 angeordnet sind.Irrespective of the other design and function, the counter-contact carrier 104 is provided with counter-contact elements 108. The counter-contact elements 108 are formed, for example, by contact pads, the arrangement of which corresponds to the layout of the contact elements 106 of the contact carrier 102. The contact carrier 102 is thus positioned with respect to the counter-contact carrier 104 such that the contact elements 106 are each arranged directly above the counter-contact elements 108.

Bei der erfindungsgemäß verwendeten Microflex Interconnection (MFI)-Technik werden die Kontaktelemente 106 durch den Kontaktträger 102 hindurch über elektrisch leitfähige Verbindungselemente 110 elektrisch leitend und mechanisch fixierend miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 110 können dabei durch Goldkugeln (sogenannte „Bumps“) oder Lotkugeln gebildet sein. Andere Metalle oder elektrisch leitfähige Kunststoffe können selbstverständlich ebenfalls eingesetzt werden.In the Microflex Interconnection (MFI) technology used according to the invention, the contact elements 106 are connected to one another in an electrically conductive and mechanically fixed manner through the contact carrier 102 via electrically conductive connecting elements 110. The connecting elements The elements 110 can be made of gold balls (so-called “bumps”) or solder balls. Other metals or electrically conductive plastics can of course also be used.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Kontaktelemente 106 jeweils einen federelastischen Bereich 112 auf. Durch das Einbringen des Verbindungselements 110 mithilfe der Bonderspitze 116 in Richtung des Pfeils 114 wird der federelastische Bereich 112 des Kontaktelements 106 in Richtung auf den Gegenkontaktträger 104 ausgelenkt. In dem vorliegenden Beispiel ist der federelastische Bereich 112 durch eine Spirale gebildet. Dadurch, dass sich der Bump 110 nach oben verjüngt, ist die Spirale im unteren Bereich fest mit dem Goldbump 110 und somit auch dem Gegenkontaktelement 108 verbunden. In dem mit dem Kontaktträger 102 verbundenen Bereich ist die Spirale dagegen noch beweglich, so dass der Kontaktträger 102 mit Bezug auf den Gegenkontaktträger 104 flexibel gelagert ist. Auf diese Weise wird ein Ausgleich von mechanischen Kräften, die auf die Kontaktanordnung wirken, ermöglicht.According to an advantageous embodiment of the present invention, the contact elements 106 each have a spring-elastic region 112. By introducing the connecting element 110 using the bonder tip 116 in the direction of the arrow 114, the spring-elastic region 112 of the contact element 106 is deflected in the direction of the mating contact carrier 104. In the present example, the spring-elastic region 112 is formed by a spiral. Because the bump 110 tapers upwards, the spiral in the lower region is firmly connected to the gold bump 110 and thus also to the mating contact element 108. In the region connected to the contact carrier 102, however, the spiral is still movable, so that the contact carrier 102 is flexibly mounted with respect to the mating contact carrier 104. In this way, compensation of mechanical forces acting on the contact arrangement is made possible.

Die Verbinderanordnung 100 weist erfindungsgemäß weiterhin eine beispielsweise aus Silikon gefertigte Isoliermatte auf, die als elektrisch isolierendes Underfill 118 zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104 angeordnet wird, bevor die Verbindungselemente 110 angebracht werden.According to the invention, the connector arrangement 100 further comprises an insulating mat, for example made of silicone, which is arranged as an electrically insulating underfill 118 between the contact carrier 102 and the mating contact carrier 104 before the connecting elements 110 are attached.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die federnd auslenkbarem Kontaktelemente des Kontaktträgers direkt elektrisch mit der Metallisierung auf dem biegesteifen Gegenkontaktträger verbunden werden, indem beispielsweise eine Gold-Vernietung z. B. gemäß dem Microflex-Prinzip, eine Lotkugel oder eine leitfähige Paste als Verbindungselement 110 verwendet wird. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Microflexverfahren als Beispiel gezeigt. Die Spitze des Bonders 116 drückt mit dem geschmolzenen Gold auf den nachgiebigen Teil des flexiblen Kontaktelements in Richtung auf das entsprechende Kontaktpad 108 auf dem biegesteifen Gegenkontaktträger 104, wobei die zulässigen mechanischen Belastungsgrenzen eingehalten werden. Auf diese Weise werden das Kontaktelement 104 und das Gegenkontaktelement 108 mechanisch wie auch elektrisch miteinander über Thermokompression verbunden, nachdem sich das geschmolzene Gold als Verbindungselement 110 verfestigt hat.According to the present invention, the spring-deflected contact elements of the contact carrier can be directly electrically connected to the metallization on the rigid counter-contact carrier, for example by using a gold rivet, e.g. according to the Microflex principle, a solder ball or a conductive paste as the connecting element 110. In the embodiment shown, a Microflex method is shown as an example. The tip of the bonder 116 presses the molten gold onto the flexible part of the flexible contact element in the direction of the corresponding contact pad 108 on the rigid counter-contact carrier 104, while the permissible mechanical load limits are observed. In this way, the contact element 104 and the counter-contact element 108 are mechanically and electrically connected to one another via thermocompression after the molten gold has solidified as the connecting element 110.

Wie aus der Seitenansicht und dem Schnittbild der 1b und 1c erkennbar, dehnt das Verbindungselement 110 die Spiralfeder in Richtung auf das zugehörige Gegenkontaktelement 108 des biegesteifen Gegenkontaktträgers 104. Der flexible Bereich 112 des Kontaktelements 106 ist teilweise mit dem Bondmaterial bedeckt.As can be seen from the side view and the cross-section of the 1b and 1c As can be seen, the connecting element 110 stretches the spiral spring in the direction of the associated mating contact element 108 of the rigid mating contact carrier 104. The flexible region 112 of the contact element 106 is partially covered with the bonding material.

Die Auslenkung des nachgiebigen Kontaktelements 106 kann begrenzt werden, indem die Gegenkontaktelemente 108 auf dem biegesteifen Gegenkontaktträger 104 mit zusätzlichen Lot- oder Goldbumps versehen werden, bevor der flexible Kontaktträger mit seinem Kontaktarray justiert wird (nicht in den Figuren gezeigt). Ein weiterer Bump kann auf jeden Pad vorgesehen werden, um die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem gegen Kontaktelement zusätzlich zur mechanischen Verbindung sicherzustellen. Durch die Verwendung von nietenähnlichen Designs der Verbindungselemente ist ein solcher zweiter Bondschritt jedoch entbehrlich.The deflection of the compliant contact element 106 can be limited by providing the mating contact elements 108 on the rigid mating contact carrier 104 with additional solder or gold bumps before the flexible contact carrier is aligned with its contact array (not shown in the figures). A further bump can be provided on each pad to ensure the electrical connection between the contact element and the counter contact element in addition to the mechanical connection. However, by using rivet-like designs of the connecting elements, such a second bonding step is unnecessary.

Der nachgiebige Charakter der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung entkoppelt nicht nur benachbarte Kontaktanordnungen mechanisch, sondern minimiert auch die mechanische Gesamtbelastung, die in dem flexiblen Array während und nach dem Bonden auftritt. Eine abschließende Umhüllung der Verbinderanordnung 100 beispielsweise mit einem Silikonmaterial kann die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit der Verbinderanordnung 100 noch weiter verbessern.The compliant nature of the contact arrangement according to the invention not only mechanically decouples adjacent contact arrangements, but also minimizes the overall mechanical stress that occurs in the flexible array during and after bonding. A final encapsulation of the connector arrangement 100, for example with a silicone material, can further improve the long-term stability and reliability of the connector arrangement 100.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104 ein vorgefertigtes, vorzugsweise aus Silikon hergestelltes, Underfill 118 eingefügt. Ein solches Underfill, das auch als Isolierlage bezeichnet werden kann und nachfolgend im Detail erläutert wird, kann auch unabhängig von der federnden Ausgestaltung der Kontaktelemente vorgesehen werden. Eine maximale mechanische Entkopplung und damit Langzeitstabilität der Verbinderanordnung erreicht man durch Kombination dieser beiden Aspekte.According to a further aspect of the present invention, a prefabricated underfill 118, preferably made of silicone, is inserted between the contact carrier 102 and the mating contact carrier 104. Such an underfill, which can also be referred to as an insulating layer and is explained in detail below, can also be provided independently of the resilient design of the contact elements. Maximum mechanical decoupling and thus long-term stability of the connector arrangement is achieved by combining these two aspects.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Underfill 118 als eine separate Folie (oder Matte) vorgefertigt und zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104 angeordnet, bevor die Verbindungselemente 110 angebracht werden. Wie aus den 1a bis 1c ersichtlich, weist das Underfill 118 ein Array von durchgehenden Ausnehmungen 120 auf. Das Underfill 118 wird so positioniert, dass jeweils eine Ausnehmung 120 zwischen einem Gegenkontaktelement 108 und einem Kontaktelement 106 angeordnet ist und ein Teil des Kontaktelements 106 nach dem Anbringen der Verbindungselemente 110 durch die Ausnehmung 120 hindurch ragt.According to an advantageous embodiment of the present invention, the underfill 118 is prefabricated as a separate film (or mat) and arranged between the contact carrier 102 and the counter-contact carrier 104 before the connecting elements 110 are attached. As can be seen from the 1a to 1c As can be seen, the underfill 118 has an array of continuous recesses 120. The underfill 118 is positioned such that a recess 120 is arranged between a counter contact element 108 and a contact element 106 and a part of the contact element 106 protrudes through the recess 120 after the connection elements 110 have been attached.

Dadurch, dass eine solche, gleichsam „trockene“ Isolierstofffolie anstelle der sonst üblichen flüssigen Underfills verwendet wird, kann eine langzeitstabile, blasen- und hohlraumfreie Isolierlage hergestellt werden, die darüber hinaus den Einbau von Verunreinigungen minimiert, indem sie als schützende Zwischenschicht bereits vor dem Anbringen der Verbindungselemente 110 montiert wird.By using such a "dry" insulating film instead of the otherwise usual liquid underfills, a long-term stable, bubble- and cavity-free insulating layer can be produced, which also minimizes the incorporation of contaminants by being installed as a protective intermediate layer before the connecting elements 110 are attached.

Weitere Details des Underfills 118 und seiner Herstellung werden nachfolgend mit Bezug auf die 2 und 3 erläutert. Wie aus 2 ersichtlich, wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Underfill 118 ähnlich wie eine Silikondichtung aus einer PDMS-Folie (oder Matte) hergestellt, die mithilfe von Stereofotolithographie, als Formstück oder durch Laserschneiden zunächst ohne Ausnehmungen 120 angefertigt wird. In einem weiteren Arbeitsschritt werden die Ausnehmungen 120 an den benötigten Positionen angebracht. Dies kann beispielsweise durch ein Laserschneideverfahren mithilfe eines Lasergenerators 122 erfolgen. Der Laserstrahl 124 wird dabei, wie dies allgemein bekannt ist, computergesteuert über die Fläche der PDMS Folie geführt.Further details of the Underfill 118 and its manufacture are described below with reference to the 2 and 3 explained. As 2 As can be seen, according to an advantageous embodiment of the present invention, the underfill 118 is produced in a similar way to a silicone seal from a PDMS film (or mat), which is initially produced without recesses 120 using stereo photolithography, as a molded piece or by laser cutting. In a further work step, the recesses 120 are made in the required positions. This can be done, for example, by a laser cutting process using a laser generator 122. The laser beam 124 is guided over the surface of the PDMS film in a computer-controlled manner, as is generally known.

Die PDMS-Folie kann beispielsweise durch Aufschleudern einer entsprechenden flüssigen Vorstufe auf ein ebenes Substrat hergestellt werden, wobei zur Verfestigung abgewartet wird, bis die Lösemittel verdampft sind. Die Qualität der PDMS-Folie kann noch weiter verbessert werden, wenn die flüssige Silikonvorstufe vor dem Aufschleudern oder unmittelbar danach einer Behandlung in einer Vakuumzentrifuge unterzogen wird.The PDMS film can be produced, for example, by spinning a corresponding liquid precursor onto a flat substrate, waiting until the solvents have evaporated for solidification. The quality of the PDMS film can be further improved if the liquid silicone precursor is subjected to treatment in a vacuum centrifuge before spinning or immediately after.

Alternativ können die Ausnehmungen 120 aber auch unmittelbar beim Herstellen in einer Negativform mithilfe entsprechender Vorsprünge oder Stempelstrukturen ausgebildet werden (in den Figuren sind die Gießformen nicht gezeigt).Alternatively, the recesses 120 can also be formed directly during manufacture in a negative mold using corresponding projections or stamp structures (the casting molds are not shown in the figures).

Für einen Fachmann ist jedoch klar, dass auch andere elektrisch isolierende Materialien als vorgefertigtes Underfill 118 eingesetzt werden können, insbesondere andere Kunststoffe, sofern sie die benötigte Stabilität für den Einsatz in wässrigen Medien aufweisen.However, it is clear to a person skilled in the art that other electrically insulating materials can also be used as prefabricated underfill 118, in particular other plastics, provided they have the required stability for use in aqueous media.

Die 3a bis 3c illustrieren den Zusammenbau des Kontaktträgers 102 und des Gegenkontaktträgers 104 mit dem Underfill 118. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kontaktträger 102 durch eine flexible Leiterplatte gebildet, bei der Kontaktelemente 102 mit (in den Figuren nicht erkennbaren) Leiterbahnen verbunden sind.The 3a to 3c illustrate the assembly of the contact carrier 102 and the counter contact carrier 104 with the underfill 118. According to an advantageous embodiment of the present invention, the contact carrier 102 is formed by a flexible printed circuit board in which contact elements 102 are connected to conductor tracks (not visible in the figures).

Beispielsweise kann der Kontaktträger 102 Teil eines implantierbaren Elektrodenarrays sein. Die elektrisch leitfähigen Strukturen sind von einer Isolierschicht 126 bedeckt, die im Bereich der Kontaktelemente 102 geöffnet ist. Wie dies noch später im Detail erläutert wird, werden die leitfähigen Strukturen des Kontaktträgers als Metallisierungsschicht mit Elektroden, Verbindungspads und Leiterbahnen eingebettet in einem Polymer, zum Beispiel Polyimid, hergestellt. Haftvermittlerschichten, beispielsweise Siliziumcarbid und sogenanntes diamondlike carbon (DLC) im Falle von Polyimid, sorgen für die Verbindung zwischen dem Metall und der Kunststoffschicht. Weiterhin kann die äußere Oberfläche des Kontaktträgers 102 mit einem Haftvermittler versehen sein, die ihr die Adhäsion zwischen dem Kontaktträger 102 und dem PDMS-Underfill 118 verbessert. Geeignete Verbindungen sind hier beispielsweise eine Kombination aus Siliziumcarbid und Siliziumdioxid.For example, the contact carrier 102 can be part of an implantable electrode array. The electrically conductive structures are covered by an insulating layer 126 that is open in the area of the contact elements 102. As will be explained in more detail later, the conductive structures of the contact carrier are produced as a metallization layer with electrodes, connection pads and conductor tracks embedded in a polymer, for example polyimide. Adhesive layers, for example silicon carbide and so-called diamond-like carbon (DLC) in the case of polyimide, ensure the connection between the metal and the plastic layer. Furthermore, the outer surface of the contact carrier 102 can be provided with an adhesive that improves the adhesion between the contact carrier 102 and the PDMS underfill 118. Suitable compounds here are, for example, a combination of silicon carbide and silicon dioxide.

Der Gegenkontaktträger 104 ist durch eine biegesteife Komponente, wie beispielsweise einen elektronischen Baustein, einen Interposer oder ein Keramiksubstrat, gebildet. Mindestens eine der Oberflächen des Gegenkontaktträgers 104 ist mit Gegenkontaktelementen 108 versehen, die wenigstens teilweise mit den Kontaktelementen 106 korrespondieren, mit denen sie verbunden werden sollen. Dies können beispielsweise metallische Kontaktflecken (auch als Kontaktpads bezeichnet) sein. Das Underfill 118 wird separat hergestellt, wie mit Bezug auf 2 erläutert, und so zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104 angeordnet, dass die Ausnehmungen 120 eine Passage von den Kontaktelementen 106 zu den Gegenkontaktelementen 108 bilden.The mating contact carrier 104 is formed by a rigid component, such as an electronic component, an interposer or a ceramic substrate. At least one of the surfaces of the mating contact carrier 104 is provided with mating contact elements 108, which at least partially correspond to the contact elements 106 to which they are to be connected. These can be, for example, metallic contact spots (also referred to as contact pads). The underfill 118 is manufactured separately, as described with reference to 2 explained, and arranged between the contact carrier 102 and the mating contact carrier 104 such that the recesses 120 form a passage from the contact elements 106 to the mating contact elements 108.

Wesentlich für die Langzeitstabilität der fertigen Verbinderanordnung 100 und damit für die Verwendbarkeit als Implantat ist die stabile und dauerhafte Adhäsion des Underfills 118 zu dem flexiblen Kontaktträger 102 einerseits und dem biegesteifen Gegenkontaktträger 104 andererseits. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass, wie oben erwähnt, eine SiC-SiO2-Haftvermittlerschicht auf der Isolierschicht 126 des Kontaktträgers 102 ausgebildet wird. Eine weitere Haftvermittlerschicht kann auf der mit den Gegenkontaktelementen 108 versehenen Oberfläche des biegesteifen Gegenkontaktträger 104 vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine entsprechende Glasurschicht auf die Oberfläche des Gegenkontaktträgers 104 aufgedruckt werden.The stable and permanent adhesion of the underfill 118 to the flexible contact carrier 102 on the one hand and the rigid counter-contact carrier 104 on the other hand is essential for the long-term stability of the finished connector arrangement 100 and thus for its usability as an implant. This can be achieved, for example, by forming a SiC-SiO 2 adhesion promoter layer on the insulating layer 126 of the contact carrier 102, as mentioned above. A further adhesion promoter layer can be provided on the surface of the rigid counter-contact carrier 104 provided with the counter-contact elements 108. For example, a corresponding glaze layer can be printed onto the surface of the counter-contact carrier 104.

Wie durch die Abfolge der 3a bis 3c illustriert, kann vorteilhafter Weise das vorgefertigte Underfill 118 auf dem biegesteifen Gegenkontaktträger 104 montiert und die Ausnehmungen 120 mit Bezug auf die Gegenkontaktelement 108 ausgerichtet werden. Selbstverständlich kann aber auch zunächst die Justage des Kontaktträgers 102 und des Underfills 118 mit Bezug aufeinander erfolgen. In jedem Fall müssen zunächst alle Oberflächen mit Reinigungsagenzien und Sauerstoffplasma gereinigt und aktiviert werden. Das Sauerstoffplasma aktiviert die Oberfläche der Silikonkautschukfolie und verbessert dadurch ihre Fähigkeit zur Bindung. Es ist ebenfalls möglich, eine dünne Schicht unausgehärteten flüssigen Silikons auf der Oberfläche des Underfills 118 aufzubringen, um diese zu aktivieren.As shown by the sequence of 3a to 3c illustrated, the prefabricated underfill 118 can advantageously be mounted on the rigid counter-contact carrier 104 and the recesses 120 can be aligned with respect to the counter-contact element 108. Of course, the contact carrier 102 and the underfill 118 can also be adjusted with respect to one another first. In any case, all surfaces must first be cleaned and activated with cleaning agents and oxygen plasma. The oxygen plasma activates the surface of the silicone rubber sheet and thereby improves its ability to bond. It is also possible to apply a thin layer of uncured liquid silicone to the surface of the underfill 118 in order to activate it.

Die in den 3a bis 3c illustrierte Zusammenfügung des Kontaktträgers 102, des Gegenkontaktträgers 104 und des Underfills 118, die erfolgt, bevor die Verbindungselemente 110 eingebracht werden, hat den Vorteil, dass eine gründliche Reinigung der zusammenzufügenden Oberflächen vor jedem Fügeschritt erfolgen kann. Dadurch kann eine hohlraum- und verunreinigungsfreie mechanische Verbindung des Underfills 118 sowohl zu der biegesteifen Gegenkontaktträgeranordnung 104 wie auch zu dem flexiblen Kontaktträger 102 hergestellt werden, bevor die eigentliche elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement 106 und den Gegenkontaktelementen 108 ausgebildet wird.The 3a to 3c The illustrated assembly of the contact carrier 102, the counter-contact carrier 104 and the underfill 118, which takes place before the connecting elements 110 are introduced, has the advantage that a thorough cleaning of the surfaces to be joined can take place before each joining step. As a result, a cavity- and contamination-free mechanical connection of the underfill 118 to both the rigid counter-contact carrier arrangement 104 and to the flexible contact carrier 102 can be produced before the actual electrical connection between the contact element 106 and the counter-contact elements 108 is formed.

Die in 3c gezeigte Anordnung ist der Ausgangspunkt für den in 1a dargestellten Bondschritt. Wie mit Bezug auf 1a bis 1c bereits erläutert, weisen die Kontaktelemente 106 federelastische Bereiche 112 auf, die in Richtung auf den Gegenkontaktträger 104 auslenkbar sind und dabei durch die Ausnehmungen 120 in dem Underfill 118 hindurchtauchen.In the 3c The arrangement shown is the starting point for the 1a bonding step shown. As with reference to 1a until 1c As already explained, the contact elements 106 have spring-elastic regions 112 which can be deflected in the direction of the mating contact carrier 104 and thereby penetrate through the recesses 120 in the underfill 118.

Die 4a bis 4e illustrieren verschiedene Ausführungsformen des federelastischen Bereichs 112 des Kontaktelements 106. Dabei zeigt 4a den in 1 und 3 dargestellten Kontaktträger 102 in einer um 180° gedrehten Darstellung, so dass die dem Gegenkontaktträger 104 zugewandte Seite des Kontaktträgers 102 sichtbar ist. Die 4b bis 4e zeigen als Detailansicht verschiedene Ausgestaltungen des Kontaktelements 106.The 4a to 4e illustrate various embodiments of the spring-elastic region 112 of the contact element 106. 4a the in 1 and 3 shown contact carrier 102 in a representation rotated by 180°, so that the side of the contact carrier 102 facing the counter contact carrier 104 is visible. The 4b to 4e show various designs of the contact element 106 as a detailed view.

Wie in 4a und der Detailansicht der 4e erkennbar, kann der federelastische Bereich 112 des Kontaktelements 106 als eine aus der Zeichenebene heraus auslenkbare Spiralfeder ausgebildet sein. Diese Spiralfeder ermöglicht es, mithilfe eines Thermokompressionsbondverfahrens, eines Lötprozesses, eines Nietprozesses oder eines Bondverfahrens, das durch eine leitfähige Paste erfolgt, eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement 106 und dem entsprechenden Gegenkontaktelement 108 herzustellen. Eine vorbestimmte vertikale Höhe (d. h. ein vorbestimmter Anfangsabstand zwischen dem fest mit dem Kontaktträger 102 verbundenen Bereich des Kontaktelements 106 und dem ausgelenkten Ende des flexiblen Bereichs 112) kann bei der flexiblen Federstruktur des Kontaktelements 106 durch entsprechende Herstellungsverfahren vorgegeben werden.As in 4a and the detailed view of the 4e As can be seen, the spring-elastic region 112 of the contact element 106 can be designed as a spiral spring that can be deflected out of the plane of the drawing. This spiral spring makes it possible to establish an electrical connection between the contact element 106 and the corresponding counter-contact element 108 using a thermocompression bonding process, a soldering process, a riveting process or a bonding process that uses a conductive paste. A predetermined vertical height (ie a predetermined initial distance between the region of the contact element 106 that is firmly connected to the contact carrier 102 and the deflected end of the flexible region 112) can be specified in the flexible spring structure of the contact element 106 by appropriate manufacturing processes.

Wie in 4b gezeigt, können freitragende Segmente als federelastische Bereiche 112 vorgesehen werden, indem eine kreuzförmige Öffnung 128 in dem Kontaktelement 106 vorgesehen wird.As in 4b As shown, cantilevered segments can be provided as spring-elastic regions 112 by providing a cross-shaped opening 128 in the contact element 106.

Weiterhin können auch einseitig freigeschnittene Federarme als federelastische Bereiche 112 vorgesehen sein, wie dies in 4c gezeigt ist.Furthermore, spring arms cut free on one side can also be provided as spring-elastic areas 112, as shown in 4c is shown.

Ein weiteres Beispiel für den federelastischen Bereich 112 ist in 4d gezeigt. Hier sind drei spiralförmige Federarme in einem zentralen Kontaktpunkt 130 miteinander verbunden. Andere geeignete Ausgestaltungen des federelastischen Bereichs können selbstverständlich ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein.Another example of the spring-elastic area 112 is in 4d shown. Here, three spiral spring arms are connected to one another at a central contact point 130. Other suitable configurations of the spring-elastic region can of course also be provided within the scope of the present invention.

Alle diese Ausgestaltungen können für die in den 1a bis 1c gezeigte Verbinderanordnung 100 verwendet werden. Insbesondere in Verbindung mit einem elastischen, vorzugsweise aus Silikon gefertigten Underfill 118 ermöglicht die erfindungsgemäße federnde Ausgestaltung der Kontaktelemente 106 eine mechanische Entkopplung benachbarter Kontaktanordnungen. Dies ist insbesondere bei eng gepackten Kontaktarrays vorteilhaft. Weiterhin dienen die federelastischen Bereiche einer Kompensation von mechanischen Belastungen und einem Toleranzausgleich insbesondere der Underfilldicke. Dadurch wird die Langzeitstabilität und Haltbarkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontaktträger und dem Gegenkontaktträger erhöht.All these configurations can be used for the 1a to 1c shown connector arrangement 100 can be used. In particular in conjunction with an elastic underfill 118, preferably made of silicone, the springy design of the contact elements 106 according to the invention enables a mechanical decoupling of adjacent contact arrangements. This is particularly advantageous in the case of closely packed contact arrays. Furthermore, the springy areas serve to compensate for mechanical loads and to compensate for tolerances, in particular in the underfill thickness. This increases the long-term stability and durability of the electrical connection between the contact carrier and the mating contact carrier.

Mit Bezug auf die 5 bis 8 sollen nachfolgend verschiedene Konzepte zur Herstellung des flexiblen Kontaktträgers 102 näher erläutert werden.With reference to the 5 to 8 Various concepts for producing the flexible contact carrier 102 will be explained in more detail below.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform wird, wie in 5a gezeigt, auf einem Trägerwafer 132 ein flexibler Schaltungsträger 134 (flexible printed circuit, FPC), auch als flexibles Kabel (flexible flat cable, FFC) bezeichnet, fixiert. Der flexible Schaltungsträger 134 umfasst eine Metallisierungsschicht 136, die beispielsweise aus Platin hergestellt ist. Die Metallisierung ist 136 ist beispielsweise in einer Polyimidisolierung 138 eingebettet. Zur Haftvermittlung zwischen der Metallisierung 136 und der Polyimidisolierschicht 138 können beispielsweise Siliziumcarbidschichten und/oder DLC-Schichten (diamond like carbon) vorgesehen sein. Als Haftvermittlerschicht 146 wird eine Doppelschicht aus DLC und SiO2 aufgebracht und von den offengelegten Metallisierungsbereichen 142 und 144 beispielsweise durch einen Ätzschritt wieder entfernt. Die Haftvermittlerschichten 146 verbessern die Haftung des Kontaktträgers 102 auf dem Underfill 118.According to a first advantageous embodiment, as in 5a shown, a flexible printed circuit (FPC) 134, also referred to as a flexible flat cable (FFC), is fixed to a carrier wafer 132. The flexible circuit carrier 134 comprises a metallization layer 136, which is made of platinum, for example. The metallization is 136 is embedded, for example, in a polyimide insulation 138. Silicon carbide layers and/or DLC layers (diamond like carbon), for example, can be provided to promote adhesion between the metallization 136 and the polyimide insulation layer 138. A double layer of DLC and SiO 2 is applied as an adhesion promoter layer 146 and removed again from the exposed metallization regions 142 and 144, for example by an etching step. The adhesion promoter layers 146 improve the adhesion of the contact carrier 102 to the underfill 118.

Wie schematisch in 5a gezeigt, weist die Metallisierungsschicht 136 erste Bereiche 140 auf, die vollständig in dem Polyimid eingeschlossen sind und die Leiterbahnen bilden. Zweite Bereiche 142 sind beispielsweise über eine Fototechnik offen gelegt und stellen die als Elektroden fungierenden Bereiche dar. Dritte Bereiche 144 sind schließlich als federelastische Kontaktelemente 106 ausgebildet.As shown schematically in 5a As shown, the metallization layer 136 has first regions 140 that are completely enclosed in the polyimide and form the conductor tracks. Second regions 142 are exposed, for example, using a photo technique and represent the regions that function as electrodes. Third regions 144 are finally designed as spring-elastic contact elements 106.

Für die Fertigung des Kontaktträgers 102 wird im nächsten Schritt, den 5b zeigt, der Trägerwafer 132 abgelöst und der flexible Schaltungsträger 134 umgewendet. Auch auf die nunmehr in 5b oben befindlichen Oberfläche des flexiblen Schaltungsträger 134 wird eine Haftvermittlerschicht 146 aufgebracht (siehe 5c).For the production of the contact carrier 102, the next step is to 5b shows, the carrier wafer 132 is detached and the flexible circuit carrier 134 is turned over. The now in 5b An adhesion promoter layer 146 is applied to the upper surface of the flexible circuit carrier 134 (see 5c ).

Die flexiblen Bereiche der Kontaktelemente 106 werden während des Metallisierungsschritts vorzugsweise in einem fotolithografischen Verfahren erzeugt.The flexible regions of the contact elements 106 are preferably produced in a photolithographic process during the metallization step.

Die 6a bis 6c zeigen eine zweite vorteilhafte Ausführungsform zur Herstellung des erfindungsgemäßen flexiblen Kontaktträgers 102. Wie in 6a gezeigt, werden zunächst thermisch gewachsenes Siliziumdioxid und Siliziumcarbid auf einer Opferpolymerschicht 148 abgeschieden. Das Siliziumcarbid kann beispielsweise mittels eines plasmaunterstützten CVD-Verfahrens (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition , PECVD) abgeschieden werden. Die Opferpolymerschicht 148 wird ihrerseits auf einem entfernbaren Trägerwafer 132 erzeugt.The 6a to 6c show a second advantageous embodiment for producing the flexible contact carrier 102 according to the invention. As in 6a As shown, thermally grown silicon dioxide and silicon carbide are first deposited on a sacrificial polymer layer 148. The silicon carbide can be deposited, for example, using a plasma-enhanced CVD process (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD). The sacrificial polymer layer 148 is in turn produced on a removable carrier wafer 132.

Nunmehr wird der flexible Schaltungsträger 134 Schicht für Schicht aufgebracht und mit einer weiteren Haftvermittlerdoppelschicht 146 versehen.The flexible circuit carrier 134 is now applied layer by layer and provided with a further double layer of adhesion promoter 146.

6c zeigt den fertig gestellten Kontaktträger 102 nach dem Entfernen des Trägerwafers 132 und der Opferpolymerschicht 148. Gegebenenfalls kann eine Reinigung zum Beispiel mittels Sauerstoffplasma nach dem Entfernen des Trägerwafers 132 und der Opferpolymerschicht 148 erforderlich sein. 6c shows the finished contact carrier 102 after removal of the carrier wafer 132 and the sacrificial polymer layer 148. If necessary, cleaning, for example by means of oxygen plasma, may be necessary after removal of the carrier wafer 132 and the sacrificial polymer layer 148.

Die erfindungsgemäßen Kontaktelemente 106 werden gemäß den 5 und 6 beispielsweise durch Abscheidung von Metall auf einem planaren Polymersubstrat hergestellt. Durch entsprechende Strukturierung werden ihre federnden Bereiche 112 ausgebildet.The contact elements 106 according to the invention are manufactured according to 5 and 6 for example, by depositing metal on a planar polymer substrate. Their resilient regions 112 are formed by appropriate structuring.

Alternativ können aber auch Kontaktelemente 106 mit einem vorgefertigtem Abstand zur planen Ebene des Gegenkontaktträgers 104 hergestellt werden. Eine erste Möglichkeit, eine flexible Kontaktanordnung mit vorgegebener Höhe herzustellen, ist in 7 gezeigt.Alternatively, contact elements 106 can also be manufactured with a pre-determined distance to the flat plane of the counter contact carrier 104. A first possibility for producing a flexible contact arrangement with a predetermined height is shown in 7 shown.

Zum Erzeugen von Vorsprüngen 150, die im späteren montierten Zustand mit dem Gegenkontaktträger 104 in Anlage kommen, wird gemäß 7a ein Trägerwafer 132 mit Ätzgruben 152 versehen, die als Negativform wirken, so dass das Polyimid 138 einen kissenförmigen Vorsprung 150 ausbildet. Nach dem Entfernen des Trägerwafers 132 wird vorzugsweise eine Siliziumdioxidschicht als Haftvermittlerschicht 146 aufgebracht, die eine sichere Verbindung zu dem Gegenkontaktträger 104 ermöglicht.To produce projections 150, which in the later assembled state come into contact with the counter contact carrier 104, according to 7a a carrier wafer 132 is provided with etching pits 152 which act as a negative mold, so that the polyimide 138 forms a cushion-shaped projection 150. After removing the carrier wafer 132, a silicon dioxide layer is preferably applied as an adhesion promoter layer 146, which enables a secure connection to the mating contact carrier 104.

Wie in 8a bis 8c gezeigt, kann auch vorgesehen sein, dass die Metallisierung (beispielsweise aus Platin) im Bereich der Kontaktelemente 106 der Kontur des Vorsprungs 150 folgt.As in 8a to 8c As shown, it can also be provided that the metallization (for example made of platinum) in the region of the contact elements 106 follows the contour of the projection 150.

Erfindungsgemäß tauchen die Vorsprünge 150 in die Ausnehmungen 120 im Underfill 118 ein und können mechanische Belastungen beim Herstellen der elektrischen Verbindung wie auch im späteren Betrieb nochmals reduzieren. Darüber hinaus kann der Kontaktträger in der Ausgestaltung der 8 auch mit einem herkömmlichen flüssigen Underfill kombiniert werden, das über Kapillarkräfte zwischen den Kontaktträger 102 und den Gegenkontaktträger 104 gezogen wird.According to the invention, the projections 150 are immersed in the recesses 120 in the underfill 118 and can further reduce mechanical stress when establishing the electrical connection and during subsequent operation. In addition, the contact carrier can be designed in the 8th can also be combined with a conventional liquid underfill, which is drawn between the contact carrier 102 and the mating contact carrier 104 via capillary forces.

Die 9a und 9b stellen die Kontaktanordnung mit einem „trockenen“ und einem „flüssigen“ Underfill unter Verwendung Kontaktträgers 102 aus 8 einander gegenüber.The 9a and 9b make the contact arrangement with a “dry” and a “liquid” underfill using contact carrier 102 8th towards each other.

9a zeigt eine Verbinderanordnung 100, die einen flexiblen Kontaktträger 102 gemäß 8c aufweist. Der Gegenkontaktträger 104 hat eingebettete, flache Kontaktpads als Gegenkontaktelemente 108. Ein vorgefertigtes Underfill 118 ist zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104 so angeordnet, dass die Vorsprünge 150 mit den Kontaktelementen 106 durch die Ausnehmungen 120 in Richtung auf den starren Gegenkontaktträger 104 hindurch ragen. Dadurch kompensieren die Kontaktelemente die Dicke des vorgefertigten Underfills 118. Verbindungselemente 110 stellen (ebenso wie mit Bezug auf 1 erläutert) die elektrische und die mechanische Verbindung zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104 her. 9a shows a connector assembly 100 having a flexible contact carrier 102 according to 8c The counter contact carrier 104 has embedded, flat contact pads as counter contact elements 108. A prefabricated underfill 118 is arranged between the contact carrier 102 and the counter contact carrier 104 such that the projections 150 with the contact elements 106 protrude through the recesses 120 in the direction of the rigid counter contact carrier 104. The contact elements thereby compensate for the thickness of the prefabricated underfill 118. Connecting elements 110 provide (as with reference to 1 explained) establishes the electrical and mechanical connection between the contact carrier 102 and the mating contact carrier 104.

9b zeigt die alternative Ausführungsform, bei der zwischen dem flexiblen Kontaktträger 102 und dem starren Gegenkontaktträger 104 kein vorgefertigtes Underfill 118 eingelegt ist. Vielmehr erleichtert der zwischen der Unterseite des Kontaktträgers 102 und der Oberseite des Gegenkontaktträgers 104 ausgebildete Spalt das Einbringen eines sich durch Kapillarkräfte verteilenden, zunächst flüssigen Underfills 154, das nach dem Bonden in Form einer flüssigen Vorstufe eingebracht und anschließend ausgehärtet wird. Das Verfestigen geschieht beispielsweise durch Wärmeeinwirkung oder UV-Strahlung. 9b shows the alternative embodiment in which no prefabricated underfill 118 is inserted between the flexible contact carrier 102 and the rigid counter-contact carrier 104. Rather, the gap formed between the underside of the contact carrier 102 and the top of the counter-contact carrier 104 facilitates the introduction of an initially liquid sigen Underfills 154, which is introduced after bonding in the form of a liquid precursor and then cured. Solidification occurs, for example, through the application of heat or UV radiation.

Die Verbindungselemente 110 entsprechen den bisher erläuterten Ausführungsformen der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktelementen 106 den Gegenkontaktelementen 108.The connecting elements 110 correspond to the previously explained embodiments of the electrical connection between the contact elements 106 and the mating contact elements 108.

Die vorliegende Offenbarung stellt somit ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktträger 102 und einem zugehörigen Gegenkontaktträger 104 bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • Herstellen des Kontaktträgers 102 mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement 106 und mindestens einer Leiterbahn, die mit dem Kontaktelement verbunden ist,
  • Bereitstellen des Gegenkontaktträgers 104, der mindestens ein elektrisch leitendes Gegenkontaktelement 108 aufweist und Positionieren des Kontaktträgers 102, so dass das mindestens eine Kontaktelement 106 und das mindestens eine Gegenkontaktelement 108 übereinander ausgerichtet sind,
  • Anbringen einer Isolierlage 118, 154 zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104, so dass das Kontaktelement 106 durch die Isolierlage 118, 154 hindurch ragt,
  • Verbinden des mindestens einen Kontaktelements 106 und des mindestens einen Gegenkontaktelements 108 durch Einbringen eines elektrisch leitenden Verbindungsmaterials 110 durch den Kontaktträger 102 hindurch,
  • wobei das mindestens eine Kontaktelement 106 entlang einer Richtung 114 des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement 104 elastisch verformbar ist.
The present disclosure thus provides a method for establishing an electrical connection between a contact carrier 102 and an associated mating contact carrier 104, the method comprising the following steps:
  • Producing the contact carrier 102 with at least one electrically conductive contact element 106 and at least one conductor track connected to the contact element,
  • Providing the counter-contact carrier 104, which has at least one electrically conductive counter-contact element 108 and positioning the contact carrier 102 so that the at least one contact element 106 and the at least one counter-contact element 108 are aligned one above the other,
  • Attaching an insulating layer 118, 154 between the contact carrier 102 and the counter-contact carrier 104, so that the contact element 106 protrudes through the insulating layer 118, 154,
  • Connecting the at least one contact element 106 and the at least one counter-contact element 108 by introducing an electrically conductive connecting material 110 through the contact carrier 102,
  • wherein the at least one contact element 106 is elastically deformable along a direction 114 of connection to the mating contact element 104.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Herstellens der Isolierlage 118 als separates Teil aus einem Silikonmaterial, wobei die Isolierlage 118 mindestens eine durchgehende Ausnehmung 120 zum Hindurchführen des mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktelements 106 aufweist und vor dem Schritt des Verbindens des mindestens einen Kontaktelements 106 und des mindestens einen Gegenkontaktelements 108 angebracht wird.According to a further aspect, the method further comprises the step of producing the insulating layer 118 as a separate part from a silicone material, wherein the insulating layer 118 has at least one continuous recess 120 for passing through the at least one electrically conductive contact element 106 and is applied before the step of connecting the at least one contact element 106 and the at least one counter-contact element 108.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktträger 102 und einem zugehörigen Gegenkontaktträger 104 angegeben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • Herstellen des Kontaktträgers 102 mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement 106 und mindestens einer Leiterbahn, die mit dem Kontaktelement 106 verbunden ist,
  • Bereitstellen des Gegenkontaktträgers 104, der mindestens ein elektrisch leitendes Gegenkontaktelement 108 aufweist und Positionieren des Kontaktträgers 102, so dass das mindestens eine Kontaktelement 106 und das mindestens eine Gegenkontaktelement 108 übereinander ausgerichtet sind,
  • Herstellen der Isolierlage 118 als separates Teil vorzugsweise aus einem Silikonmaterial, wobei die Isolierlage 118 mindestens eine durchgehende Ausnehmung 120 zum Hindurchführen des mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktelements 106 aufweist,
  • Anbringen der Isolierlage 118 zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104, so dass das Kontaktelement durch die Isolierlage 118 hindurch ragt, anschließendes Verbinden des mindestens einen Kontaktelements 106 und des mindestens einen Gegenkontaktelements 108 durch Einbringen eines elektrisch leitenden Verbindungsmaterials 110 durch den Kontaktträger hindurch.
Furthermore, a method for establishing an electrical connection between a contact carrier 102 and an associated mating contact carrier 104 is specified, the method comprising the following steps:
  • Producing the contact carrier 102 with at least one electrically conductive contact element 106 and at least one conductor track connected to the contact element 106,
  • Providing the counter-contact carrier 104, which has at least one electrically conductive counter-contact element 108 and positioning the contact carrier 102 so that the at least one contact element 106 and the at least one counter-contact element 108 are aligned one above the other,
  • Producing the insulating layer 118 as a separate part, preferably from a silicone material, wherein the insulating layer 118 has at least one continuous recess 120 for passing through the at least one electrically conductive contact element 106,
  • Attaching the insulating layer 118 between the contact carrier 102 and the mating contact carrier 104 so that the contact element protrudes through the insulating layer 118, then connecting the at least one contact element 106 and the at least one mating contact element 108 by introducing an electrically conductive connecting material 110 through the contact carrier.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist das mindestens eine Kontaktelement 106 in entlang einer Richtung des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement 108 elastisch verformbar.According to a further aspect, the at least one contact element 106 is elastically deformable along a direction of connection with the mating contact element 108.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt einer Haftvermittlung mittels Sauerstoffplasmabehandlung mindestens einer der Oberflächen der Isolierlage 118 und/oder mittels Aufbringens von unausgehärtetem flüssigem Silikon auf mindestens eine der Oberflächen der Isolierlage 118.According to a further aspect, the method further comprises the step of promoting adhesion by means of oxygen plasma treatment of at least one of the surfaces of the insulating layer 118 and/or by applying uncured liquid silicone to at least one of the surfaces of the insulating layer 118.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Isolierlage 118 mittels Stereolithographie, Formpressen oder Laserschneiden hergestellt.In another aspect, the insulating layer 118 is manufactured using stereolithography, compression molding, or laser cutting.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Isolierlage 154 nach dem Schritt des Verbindens des mindestens einen Kontaktelements 106 und des mindestens einen Gegenkontaktelements 108 als noch nicht verfestigtes Vorläufermaterial zwischen dem Kontaktträger und dem zugehörigen Gegenkontaktträger eingebracht und anschließend verfestigt.According to a further aspect, after the step of connecting the at least one contact element 106 and the at least one counter-contact element 108, the insulating layer 154 is introduced as a not yet solidified precursor material between the contact carrier and the associated counter-contact carrier and is then solidified.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird das mindestens eine Kontaktelement 106 als Spiralfeder oder als mindestens ein freigeschnittener Federarm ausgebildet.According to a further aspect, the at least one contact element 106 is designed as a spiral spring or as at least one cut-free spring arm.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird der Kontaktträger aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial 126, 138 mit darin einer darin eingebetteten strukturierten Metalllage hergestellt, und wobei das mindestens eine Kontaktelement 106 an mindestens einer Oberfläche freigelegt wird.According to a further aspect, the contact carrier is made of an electrically insulating carrier material 126, 138 having a structured metal layer embedded therein, and wherein the at least one contact element 106 is exposed on at least one surface.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist das mindestens eine Kontaktelement 106 an beiden Oberflächen freigelegt und das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt des elektrischen Ball-Bondens oder Lötens durch den Kontaktträger hindurch.According to a further aspect, the at least one contact element 106 is exposed on both surfaces and the method further comprises the step of electrically ball bonding or soldering through the contact carrier.

Die vorliegende Offenbarung stellt außerdem eine elektrische Kontaktanordnung zum Verbinden eines Kontaktträgers 102 mit einem Gegenkontaktträger 104 bereit, wobei die Kontaktanordnung aufweist:

  • ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement 106, das mit mindestens einer an dem Kontaktträger 102 angeordneten Leiterbahn verbunden ist,
  • ein elektrisch leitendes Gegenkontaktelement 108, das an einem Gegenkontaktträger 104 angeordnet ist, wobei das Kontaktelement 106 und das mindestens eine Gegenkontaktelement 108 übereinander ausgerichtet sind,
  • eine Isolierlage 118, 154, die so zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104 angeordnet ist, dass das Kontaktelement 106 durch die Isolierlage 118, 154 hindurch ragt,
  • wobei das mindestens eine Kontaktelement 106 entlang einer Richtung 114 des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement 108 elastisch verformbar ist.
The present disclosure also provides an electrical contact arrangement for connecting a contact carrier 102 to a mating contact carrier 104, the contact arrangement comprising:
  • an electrically conductive contact element 106 which is connected to at least one conductor track arranged on the contact carrier 102,
  • an electrically conductive counter-contact element 108 which is arranged on a counter-contact carrier 104, wherein the contact element 106 and the at least one counter-contact element 108 are aligned one above the other,
  • an insulating layer 118, 154, which is arranged between the contact carrier 102 and the counter-contact carrier 104 such that the contact element 106 protrudes through the insulating layer 118, 154,
  • wherein the at least one contact element 106 is elastically deformable along a direction 114 of connection to the mating contact element 108.

Dabei kann die Isolierlage 118 durch eine vorgefertigte Silikonmatte gebildet sein, die mindestens eine durchgehende Ausnehmung 120 zum Hindurchführen des mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktelements 106 aufweist.The insulating layer 118 can be formed by a prefabricated silicone mat which has at least one continuous recess 120 for passing through the at least one electrically conductive contact element 106.

Die vorliegende Offenbarung stellt weiterhin eine elektrische Kontaktanordnung zum Verbinden eines Kontaktträgers 102 mit einem Gegenkontaktträger 104 bereit, wobei die Kontaktanordnung aufweist:

  • ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement 106, das mit mindestens einer an dem Kontaktträger 102 angeordneten Leiterbahn verbunden ist,
  • ein elektrisch leitendes Gegenkontaktelement 108, das an einem Gegenkontaktträger 104 angeordnet ist, wobei das Kontaktelement 106 und das mindestens eine Gegenkontaktelement 108 übereinander ausgerichtet sind,
  • eine Isolierlage 118, die so zwischen dem Kontaktträger 102 und dem Gegenkontaktträger 104 angeordnet ist, dass das Kontaktelement 106 durch die Isolierlage 118 hindurch ragt,
  • wobei die Isolierlage 118 durch eine vorgefertigte Silikonmatte gebildet ist, die mindestens eine durchgehende Ausnehmung 120 zum Hindurchführen des mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktelements 106 aufweist.
The present disclosure further provides an electrical contact arrangement for connecting a contact carrier 102 to a mating contact carrier 104, the contact arrangement comprising:
  • an electrically conductive contact element 106 which is connected to at least one conductor track arranged on the contact carrier 102,
  • an electrically conductive counter-contact element 108 which is arranged on a counter-contact carrier 104, wherein the contact element 106 and the at least one counter-contact element 108 are aligned one above the other,
  • an insulating layer 118 which is arranged between the contact carrier 102 and the counter-contact carrier 104 such that the contact element 106 protrudes through the insulating layer 118,
  • wherein the insulating layer 118 is formed by a prefabricated silicone mat which has at least one continuous recess 120 for passing through the at least one electrically conductive contact element 106.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist das mindestens eine Kontaktelement 106 entlang einer Richtung 114 des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement 108 elastisch verformbar.According to a further aspect, the at least one contact element 106 is elastically deformable along a direction 114 of connection to the mating contact element 108.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Isolierlage 154 durch eine zwischen den Kontaktträger 102 und den Gegenkontaktträger 104 eingegossene Silikonschicht gebildet.According to a further aspect, the insulating layer 154 is formed by a silicone layer cast between the contact carrier 102 and the mating contact carrier 104.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Kontaktträger 102 durch eine flexible Folie gebildet und die Gegenkontakte 108 sind durch Kontaktflecken auf einem biegesteifen Gegenkontaktträger 104 gebildet.According to a further aspect, the contact carrier 102 is formed by a flexible film and the mating contacts 108 are formed by contact pads on a rigid mating contact carrier 104.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist eine elektrische Verbinderanordnung 100 einen Kontaktträger 102 und einen Gegenkontaktträger 104 mit mindestens einer Kontaktanordnung auf.According to a further aspect, an electrical connector arrangement 100 has a contact carrier 102 and a mating contact carrier 104 with at least one contact arrangement.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Kontaktträger 102 durch einen flexiblen Leiterbahnträger mit darin eingebetteten elektrisch leitfähigen Strukturen gebildet.According to a further aspect, the contact carrier 102 is formed by a flexible conductor carrier with electrically conductive structures embedded therein.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Gegenkontaktträger 104 durch eine monolithische integrierte Schaltung, einen keramischen Schaltungsträger oder einen Flip-Chip-Interposer gebildet.According to a further aspect, the mating contact carrier 104 is formed by a monolithic integrated circuit, a ceramic circuit carrier or a flip-chip interposer.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

100100
VerbinderanordnungConnector arrangement
102102
KontaktträgerContact carrier
104104
GegenkontaktträgerCounter contact carrier
106106
KontaktelementContact element
108108
GegenkontaktelementCounter contact element
110110
Verbindungselement, BumpFastener, bump
112112
Federelastischer BereichSpring elastic area
114114
BondrichtungBond direction
116116
BonderspitzeBonder tip
118118
Vorgefertigtes UnderfillPrefabricated underfill
120120
Ausnehmungen im UnderfillRecesses in the underfill
122122
LasergeneratorLaser generator
124124
Laserstrahllaser beam
126126
Isolierschicht des KontaktträgersInsulating layer of the contact carrier
128128
Kreuzförmige ÖffnungCross-shaped opening
130130
KontaktpunktContact point
132132
TrägerwaferCarrier wafer
134134
flexibler Schaltungsträger (flexible printed circuit, FPC), flexibles Kabel (flexible flat cable, FFC)flexible printed circuit (FPC), flexible cable (flexible flat cable, FFC)
136136
MetallisierungsschichtMetallization layer
138138
PolyimidisolierungPolyimide insulation
140140
Erster Bereich der MetallisierungsschichtFirst area of the metallization layer
142142
Zweiter Bereich der MetallisierungsschichtSecond area of the metallization layer
144144
Dritter Bereich der MetallisierungsschichtThird area of the metallization layer
146146
HaftvermittlerschichtAdhesion promoter layer
148148
OpferpolymerschichtSacrificial polymer layer
150150
Vorsprunghead Start
152152
ÄtzgrubeEtching pit
154154
Flüssig eingebrachtes UnderfillLiquid underfill

Claims (10)

Elektrische Kontaktanordnung zum Verbinden eines Kontaktträgers (102) mit einem Gegenkontaktträger (104), wobei die Kontaktanordnung aufweist: ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement (106), das mit mindestens einer an dem Kontaktträger (102) angeordneten Leiterbahn verbunden ist, ein elektrisch leitendes Gegenkontaktelement (108), das an einem Gegenkontaktträger (104) angeordnet ist, wobei das Kontaktelement (106) und das mindestens eine Gegenkontaktelement (108) übereinander ausgerichtet sind, eine Isolierlage (118, 154), die so zwischen dem Kontaktträger (102) und dem Gegenkontaktträger (104) angeordnet ist, dass das Kontaktelement (106) durch die Isolierlage (118, 154) hindurch ragt, wobei das mindestens eine Kontaktelement (106) entlang einer Richtung (114) des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement (108) elastisch verformbar ist, wobei der Kontaktträger (102) aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial (126, 138) mit einer darin eingebetteten strukturierten Metalllage hergestellt ist und wobei das Kontaktelement (106) an beiden Oberflächen freigelegt ist, so dass es durch den Kontaktträger (102) hindurch über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (110) mit dem zugehörigen elektrisch leitenden Gegenkontaktelement (108) elektrisch leitend und mechanisch fixierend verbindbar ist.Electrical contact arrangement for connecting a contact carrier (102) to a mating contact carrier (104), the contact arrangement comprising: an electrically conductive contact element (106) which is connected to at least one conductor track arranged on the contact carrier (102), an electrically conductive mating contact element (108) which is arranged on a mating contact carrier (104), the contact element (106) and the at least one mating contact element (108) being aligned one above the other, an insulating layer (118, 154) which is arranged between the contact carrier (102) and the mating contact carrier (104) such that the contact element (106) protrudes through the insulating layer (118, 154), the at least one contact element (106) being elastically deformable along a direction (114) of connection to the mating contact element (108), the contact carrier (102) being made of an electrically insulating carrier material (126, 138) with a structured metal layer embedded therein and wherein the contact element (106) is exposed on both surfaces so that it can be connected in an electrically conductive and mechanically fixed manner through the contact carrier (102) via an electrically conductive connecting element (110) to the associated electrically conductive mating contact element (108). Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 1, wobei die Isolierlage (118) durch eine vorgefertigte Silikonmatte gebildet ist, die mindestens eine durchgehende Ausnehmung (120) zum Hindurchführen des mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktelements (106) aufweist.Electrical contact arrangement according to Claim 1 , wherein the insulating layer (118) is formed by a prefabricated silicone mat which has at least one continuous recess (120) for passing through the at least one electrically conductive contact element (106). Elektrische Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Kontaktträger (102) durch eine flexible Folie gebildet ist und die Gegenkontakte (108) durch Kontaktflecken auf einem biegesteifen Gegenkontaktträger (104) gebildet sind.Electrical contact arrangement according to one of the Claims 1 or 2 , wherein the contact carrier (102) is formed by a flexible film and the mating contacts (108) are formed by contact pads on a rigid mating contact carrier (104). Elektrische Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche weiterhin umfassend einen Haftvermittler auf mindestens einer der Oberflächen der Isolierlage (118).Electrical contact arrangement according to one of the preceding claims, further comprising an adhesion promoter on at least one of the surfaces of the insulating layer (118). Elektrische Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolierlage (118) mittels Stereolithographie, Formpressen oder Laserschneiden hergestellt ist.Electrical contact arrangement according to one of the preceding claims, wherein the insulating layer (118) is manufactured by means of stereolithography, compression molding or laser cutting. Elektrische Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Kontaktelement (106) als Spiralfeder oder als mindestens ein freigeschnittener Federarm ausgebildet ist.Electrical contact arrangement according to one of the preceding claims, wherein the at least one contact element (106) is designed as a spiral spring or as at least one cut-free spring arm. Elektrische Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Verbindungselement (110) eine Ball-Bondverbindung oder eine Lötverbindung aufweist.Electrical contact arrangement according to one of the preceding claims, wherein the at least one connecting element (110) has a ball bond connection or a solder connection. Elektrische Verbinderanordnung, wobei die Verbinderanordnung (100) einen Kontaktträger (102) und einen Gegenkontaktträger (104) mit mindestens einer Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.Electrical connector arrangement, wherein the connector arrangement (100) comprises a contact carrier (102) and a mating contact carrier (104) with at least one contact arrangement according to one of the Claims 1 until 7 having. Elektrische Verbinderanordnung nach Anspruch 8, wobei der Kontaktträger (102) durch einen flexiblen Leiterbahnträger mit darin eingebetteten elektrisch leitfähigen Strukturen gebildet ist.Electrical connector arrangement according to Claim 8 , wherein the contact carrier (102) is formed by a flexible conductor carrier with electrically conductive structures embedded therein. Elektrische Verbinderanordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Gegenkontaktträger (104) durch eine monolithische integrierte Schaltung, einen keramischen Schaltungsträger oder einen Flip-Chip-Interposer gebildet ist.Electrical connector arrangement according to Claim 8 or 9 , wherein the mating contact carrier (104) is formed by a monolithic integrated circuit, a ceramic circuit carrier or a flip-chip interposer.
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