DE69026188T2

DE69026188T2 - Elektrischer Verbinder

Info

Publication number: DE69026188T2
Application number: DE69026188T
Authority: DE
Inventors: Brian Samuel Beaman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1989-10-27
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2010-10-27
Also published as: EP0425316A3; EP0425316A2; EP0425316B1; US4998885A; JPH03147281A; DE69026188D1; JPH0582038B2

Description

Elektrischer Verbinder

Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Verbinder und im einzelnen auf Verbinder für elektronische Schaltungen.
Die Anzahl der elektronischen Schaltungen, die pro Einheitsfläche eines Chip- oder Leiterplattenraumes hergestellt werden können, ist in den letzten Jahren enorm gestiegen. Die Zunahme der Schaltungsdichte hat dazu geführt, daß auch die Anzahl der Verbindungen zwischen den einzelnen elektronischen Schaltungen immer mehr zunahm. Chips und Leiterplatten mit integrierten Schaltungen erfordern nicht nur hochdichte, sondem auch äußerst zuverlässige Verbindungen zu anderen Chips und Leiterplatten mit integrierten Schaltungen, diese Verbindungen sind zur Vereinfachung der Herstellung komplexerer Erzeugnisse notwendig. Die höhere Schaltungsdichte fordert eine höhere Zuverlässigkeit der Verbindungen, da die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls mit steigender Anzahl der Verbindungen zwischen den einzelnen Schaltkreisen eines Produktes zunimmt. Um die Ausfalisicherheit des Produkts zu erhalten, muß daher die Zuverlässigkeit der einzelnen Verbindungen verbessert werden. Darüber hinaus muß diese Zuverlässigkeit auch dann erhalten bleiben, wenn die Verbindungen während der Herstellung des Produkts mehrmals gelöst und wieder hergestellt werden. Dies ist notwendig, um die einzelnen Komponenten der elektronischen Schaltungen zu testen, bevor sie zum fertigen Produkt zusammengebaut werden.
Die Anforderungen an die Dichte und die Zuverlässigkeit sowie auch in Bezug auf das Testen von elektronischen Schaltungsverbindungen konnte mit einer Vielzahl unterschiedlicher Kontaktierungstechniken erreicht werden. Eine Technik ist das Drahtbonden der Anschlußkontakte mehrerer elektronischer Schaltungen. Hierzu muß ein weicher Metalldraht, typischerweise Gold, von einer Schaltung zur anderen mechanisch und thermisch komprimiert werden. Bei hoher Dichte oder hinsichtlich der Betriebssicherheit eignet sich das Drahtbonden nicht, da die Drähte brechen und ihre mechanische Handhabung schwierig ist, weil die Drähte bei der Herstellung der Verbindungen zwischen den elektronischen Schaltungen mit Ausnahme der Randanschlußverbindungen länger werden. Eine andere Technik zur Verbindung der einzelnen Schaltungen ist das Anbringen eines Hockers oder einer Kugel aus weichem Metall, beispielsweise Gold oder eine Goldverbindung, auf dem Anschlußkontakt der elektronischen Schaltung. Das Muster der Metallkugeln (das dem Muster der Anschlußkontakte entspricht) deckt sich mit einem vorher entworfenen Anschlußkontaktmuster einer anderen elektronischen Schaltung. Die beiden Muster werden zusammengebracht und erwärmt, so daß die Metallkugeln an beiden Schaltungen haften und dadurch die Verbindung herstellen. Mit dieser Technik sind hochdichte Verbindungen möglich, weil die Zahl der Verbindungen nur durch den Abstand eingeschränkt wird, der zur Trennung der einzelnen Metallkugeln erforderlich ist. Bei dieser Technik ergeben sich jedoch Probleme beim Testen der Schaltungen, da die Verbindungen zum Lösen erwärmt werden müssen, die Kugeln, nachdem sie voneinander getrennt sind, neu geformt, und, wenn die Schaltungen während des Testverfahrens wieder miteinander verbunden werden, wieder erwärmt werden müssen. Dieses Verfahren ist sehr kostspielig; außerdem können die Metallkugeln nicht beliebig oft erwärmt und wiedererwärmt werden, bevor sie abgezogen und durch Aufbringen neuer Kugeln an derselben Stelle ersetzt werden müssen. Die Kosten und die Testvoraussetzungen dieser Verbindungstechnik schränken also ihre Einsatzfähigkeit ein.
Um die Probleme der Drahtbond- und Metallkugel-Verbindungstechniken zu überwinden, wurden verschiedene Verbindungsmaterialien aus Elastomeren und entsprechende Techniken entwickelt. Im allgemeinen wird der Strom über eine Vielzahl von in das elastomere Material eingebetteten Leiterbahnen durch das elastomere Material geleitet. Die Leiterbahnen sind im typischen Fall Drähte mit kleinem Durchmesser oder Säulen aus leitendem Material mit kleinem Querschnitt, die gegeneinander durch das Elastomer-Material isoliert sind. Die einzelnen Drähte oder Säulen aus leitendem Material sind in geringem Abstand zueinander angeordnet; Gruppen von Leiterbahnen mit geringem Abstand sind gitterformig oder nach einem anderen Muster angeordnet und decken sich mit den Mustern der Anschlußkontakte des elektrischen Schaltkreises. Bei einer typischen elastomeren Kontaktierungstechnik muß das elastomere Material zwischen zwei elektronischen Schaltungen angeordnet und zwischen den Schaltungen komprimiert werden. Nach dem Komprimieren sind die elektrischen Verbindungen zwischen den beiden Schaltungen hergestellt, weil durch den geringen Abstand zwischen den einzelnen Leiterbahnen und die große Anzahl der für einen einzelnen Kontakt verwendeten Bahnen sichergestellt wird, daß Kontakt zu einem Anschlußkontakt einer elektronischen Schaltung hergestellt wird. Die Leiterbahngruppen sind in dem elastomeren Material in einem Muster angeordnet, das sich mit dem Muster der Anschlußkontakte der elektronischen Schaltung deckt.
In FR-A-2.605.149 wird ein Gummiverbinder beschrieben, der über eine Vielzahl von isolierenden Abschnitten und eine Vielzahl von leitenden Abschnitten verfügt, die im Wechsel mit den isolierenden Abschnitten angeordnet sind und zwischen benachbarten isolierenden Abschnitten herausragen.
Die elastomere Kontaktierungstechnik ist besonders auch beim Testen der elektronischen Schaltungen von Nutzen, da die Schaltungen herausgenommen und ausgewechselt werden können und sich das elastomere Verbindungsmaterial ausdehnt und wieder zusammenzieht, ohne daß dabei die elektronischen Schaltungen oder das Material selbst beschädigt werden. Das Testverfahren ist dadurch sehr kostengünstig, weil das Verbindungsmaterial wiederverwendet werden kann und für die Reparatur beschädigter Schaltungen keine zusätzlichen Verarbeitungsschritte notwendig sind. Ein grundsätzliches Problem bei dieser Verbindungstechnik für elektronische Schaltungen ist jedoch die Zuverlässigkeit der Verbindungen bei einer großflächigen Kontaktierungsmatrix. Das liegt daran, daß das elastomere Verbindermaterial auf einer größeren Fläche keine gleichmäßige Elastizität aufweist. Die ungleichmäßige Elastizität führt zu zwei Problemen. Zum einen werden die verschiedenen Teile der elektronischen Schaltung durch die Druckkraft, welche die Schaltungen zusammenhält, unterschiedlich stark mechanisch belastet. Zum anderen führt die unterschiedliche Elastizität dazu, daß die elektrischen Verbindungen entweder einen hohen Kontaktwiderstand aufweisen oder sich sogar öffnen.
Die Auswirkungen einer ungleichmäßigen Belastung werden besonders offenkundig, wenn im Test längere Zeit unter extremen Umgebungsbedingungen geprüft wird, wie zum Beispiel beim Einbrenntest. Daher gehen viele Vorteile, die sich beim Einsatz des elastomeren Verbindungsmaterials ergeben, wie beispielsweise die Zuverlässigkeit und die geringen Kosten aufgrund unbeschädigter Schaltungen, verloren, wenn großflächige Verbindungen über längere Zeiträume unter Druck gehalten werden. Versuche, diese Auswirkungen zu minimieren, konzentrierten sich typischerweise auf den Einsatz von gebogenem oder gewelltem Metalldraht in dem elastomeren Material. Die vorgebogenen Drähte lassen sich gleichmäßiger komprimieren und die ungleichmäßige Belastung des elastomeren Materials nimmt damit ab. Wenn jedoch die Drähte vorgebogen sind, ist es schwierig, sie in dem elastomeren Material aufeinander auszurichten. Dies führt bei Komprimierung des Materials über größere Flächen zu einer noch ungleichmäßigeren Belastung, da durch die nicht zueinander ausgerichteten Drähte die Elastizität verschlechtert wird. Die Elastizität dieses Materials kann nicht gesteuert werden, weil man die Ausrichtung der gebogenen Drähte nur schlecht beeinflussen kann; daher wird das elastomere Material über größere Flächen ungleichmäßig komprimiert.
Ein Verbinder zur Herstellung einzelner elektrischer Verbindungen zwischen den Anschlußkontakten auf einem ersten Substrat und den entsprechenden Anschlußkontakten auf einem zweiten Substrat umfaßt, gemäß der Erfindung, eine Schicht aus elastomerem Material, die auf dem ersten Substrat gebildet wird, mit einer Vielzahl von elektrischen Leitern, die zuvor mit den Anschlußkontakten auf dem ersten Substrat verbunden werden und bis zur Oberfläche der elastomeren Schicht reichen, wobei die Enden der Leiter an der Oberfläche der Schicht so angeordnet sind, daß sie mit den genannten entsprechenden Anschlußkontakten auf dem genannten zweiten Substrat Kontakt haben, wenn das genannte zweite Substrat in einen engen und ausgerichteten Kontakt mit der genannten Schichtoberfläche gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rillen mit konischen Seitenwänden in der genannten Oberflächen der elastomeren Schicht zwischen den einzelnen Leitern angeordnet ist, um eine gewisse freie seitliche Verformung des elastomeren Materials, das die einzelnen Leiter umgibt, bei Komprimierung des Verbinders zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat zu ermöglichen, die zur Verbesserung der elektrischen Verbindungen zwischen diesen beiden Substraten führt, wobei diese Rillen an der Oberfläche der elastomeren Schicht am breitesten sind.
Die Erfindung stellt außerdem eine Methode zum Bilden eines Verbinders auf einem ersten Substrat bereit, der eine einzelne elektrische Verbindung zwischen den Anschlußkontakten auf dem ersten Substrat und den entsprechenden Anschlußkontakten auf einem zweiten Substrat herstellt, wenn das zweite Substrat und der Verbinder miteinander in einen engen und ausgerichteten Kontakt gebracht werden, wobei die genannte Methode folgende Schritte umfaßt: Bondieren der Enden der U-förmigen Metalldrahtschleifen zu Anschlußkontaktpaaren auf dem ersten Substrat, wobei die genannten U-förmigen Schleifen von den Anschlußkontakten auf dem ersten Substrat nach außen reichen; Abscheiden einer Schicht aus elastomerem Material auf dem genannten ersten Substrat, wobei die genannte elastomere Schicht den linearen Abschnitt der genannten U-förmigen Metalldrahtschleifen umschließt, jedoch nicht die gekrümmten Abschnitte der Schleifen; Abtrennen des gekrümmten Schleifenabschnitts, der von der elastomeren Schicht nach außen reicht; und Bilden von Rillen in der Oberfläche der elastomeren Schicht, wobei die genannten Rillen zwischen den Metalldrähten angeordnet sind und konische Seitenwände aufweisen, um eine gewisse freie seitliche Verformung des elastomeren Materials, das die einzelnen Leiter umgibt, bei der nachfolgenden Komprimierung des Verbinders zwischen dem ersten und zweiten Substrat zu ermöglichen, wodurch der elektrische Kontakt zwischen diesen beiden Substraten verbessert wird, wobei die Rillen an der Oberfläche der elastomeren Schicht am breitesten sind.
Damit die Erfindung besser verständlich wird, soll nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden; es zeigt:
Figur 1 einen bekannten elastomeren Flächenmatrixverbinder;
Figur 2 eine bekannte Methode zur Herstellung eines elastomeren Flächenmatrixverbinders;
Figur 3 einen anderen bekannten elastomeren Flächenmatrixverbinder, der zwei Substrate miteinander verbindet;
Figur 4 einen elastomeren Flächenmatrixverbinder ähnlich dem der Erfindung, der zwischen zwei Substraten komprimiert ist;
Figur 5 einen elastomeren Flächenmatrixverbinder gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 die Ausrichtung des Lasers beim Einritzen der Linien in den Matrixverbinder der vorliegenden Erfindung;
Figur 7 die verbesserte Schleifwirkung des Matrixverbinders der vorliegenden Erfindung; und
Figur 8 die Bondierungstechnik, die zum Einrichten des Drahtwinkels in dem Matrixverbinder der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
Figur 1 zeigt einen bekannten Matrixverbinder. Der elastomere Flächenmatrixverbinder (EAAI) 10 ist eine Vorrichtung, mit der zwischen zwei Substraten eine elektrische Verbindung hergestellt wird; er wurde auf einem Substrat 20 mit den Leiterbahnen 25 hergestellt. Der EAAI hat eine erste Oberfläche 12 und eine zweite Oberfläche 14. Der EAAI 10 umfaßt eine erste Drahtbondverbindung 30, eine zweite Drahtbondverbindung 35, einen elektrischen Verbinder, beispielsweise einen Metalldraht 40, einen kugelförmigen Kontakt 50, Elastomerharzmaterial 60 und Laser-Einritzlinien oder Rilien 70 in dem elastomeren Material. Die Drahtbondverbindungen 30 und 35 sind mittels der Metalldrähte 40 mit den Kontaktkugeln 50 verbunden. Das Elastomerharz 60 umgibt die Metalldrähte 40 und befindet sich mit diesen in engem Kontakt. Außerdem sind die Laser- Einritzlinien 70 in dem elastomeren Material 60 vorteilhaft zwischen und um die nebeneinanderliegenden Metalldrähte 40 angeordnet.
Figur 2 zeigt den Herstellungsprozeß des EAAI 10. Das Substrat 20 kann aus unterschiedlichen Keramik- oder Harzverbindungen mit den Leiterbahnen 25 hergestellt sein, die im typischen Fall aus Aluminium-, Molybdän- oder Kupferlegierungen bestehen. Das Substrat kann ein Muster von Anschlußkontaktflächen, zu denen eine Verbindung hergestellt werden soll, (in den Figuren 3, 5, 6 und 7 mit der Zahl 23 bezeichnet) am Ende der Leiterbahnen aufweisen. Diese Kontaktflächen bestehen im allgemeinen aus demselben Material wie die Leiterbahnen und müssen mit einer Gruppe von Gegenkontaktflächen auf einem zweiten Substrat (in Figur 3 mit der Zahl 23 bezeichnet) verbunden werden. Eine erste Drahtbondverbindung 30 ist mit einer Anschlußkontaktfläche auf dem Substrat 20 verbunden. Alternativ kann die Drahtbondverbindung auch direkt an die Leiterbahn 25 angeschlossen werden. Die Drahtbondverbindung kann in einer Reihe von Verfahren hergestellt werden. Ein typisches Verfahren ist das Thermokompressions- und Ultrallschallbonden, bei dem Wärme, Druck und Ultraschallschwingungen (über 20.000 Hertz) auf ein Ende eines weichen Metalldrahts einwirken, wodurch der Draht komprimiert und auf die Anschlußkontaktfläche gedrückt wird. Durch die Wärme, den Druck und die Schwingungen werden die beiden Metallflächen miteinander gebondet.
In Figur 2 wird ein Golddraht 40 im Thermokompressions- und Ultraschallverfahren mit einer goldbeschichteten Anschlußkontaktfläche (nicht dargestellt) auf dem Substrat 20 gebondet. Gold ist ein Metall mit sehr guten elektrischen Eigenschaften und einer ausreichenden Streckbarkeit, so daß es sich auch gut als Drahtmaterial eignet. Die Anschlußkontaktflächen wurden durch Galvanisieren oder ein ähnliches Verfahren mit Gold beschichtet, da die beim Thermokompressions- und Ultraschallbonden hergestellten mechanischen und elektrischen Verbindungen mit zwei Goldoberflächen besser sind, als bei einer Bondierung mit zwei unterschiedlichen Metalloberflächen, beispielsweise Gold und Aluminium. Das Verfahren für das zweite Ende des Drahts 40 ist ein modifiziertes Thermokompressionsund Ultraschalldrahtbondierungsverfahren; auch hierbei werden, wie beim Bondieren des ersten Endes, Wärme, Druck und Ultraschallschwingungen eingesetzt. Jedoch wird durch das Drahtaufgabegerät, Feeder genannt, der Draht 40 außerdem geschnitten, so daß das zweite Ende des Drahts gebildet wird. Dieses Schneiden geschieht durch Quetschen oder Einklemmen des Drahts 40 zwischen der Substrat-Kontaktfläche und dem Feeder während des Bondierens. Das Schneidverfahren bildet zusammen mit dem Bondierverfahren eine zweite Drahtbondverbindung 35, die nicht generell dieselbe mechanische Struktur wie die erste Drahtbondverbindung 30 aufweist. Den Metalldraht 40 zwischen der ersten und der zweiten Drahtbondverbindung 30 bzw. 35 läßt man so lang, daß er einen Bogen oder eine Schleife bildet. Das heißt, der Golddraht verläuft im wesentlichen senkrecht zu dem Substrat zurück zur Oberfläche des Substrats 20, nachdem er sich zuvor über die Oberfläche des Substrats 20 im wesentlichen senkrecht zu diesem erhoben hat. Die Höhe der senkrechten Abschnitte des Metalldrahts kann angepaßt werden, um die gewünschte Dicke des EAAI 10 zu erhalten, wie im folgenden noch ausführlich beschrieben wird. Das zweite Ende des Drahts wird an eine benachbarte Anschlußkontaktfläche 23 innerhalb des Kontaktflächenmusters gebondet, um die Verformung der Drähte 40 bei der Handhabung und bei der Einbringung des elastomeren Materials zwischen den Drähten zu minimieren. Der Drahtbond- und Schleifenbildungsprozeß wird solange wiederholt, bis an jeder Anschlußkontaktfläche 23 eine Drahtbondverbindung angebracht ist.
Nachdem die Golddrähte 40 mit dem Substrat 20 gebondet wurden, wird auf dem Substrat und um die Drahtbögen herum ein Damm 80 gebildet. Der Damm 80 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, zum Beispiel Kunststoff oder Metall, solange er stabil bleibt, wenn er der mit dem flüssigen Zustand eines Elastomerharzes einhergehenden Wärme ausgesetzt wird. Die Höhe des Damms 80 entspricht mindestens der Dicke des EAAI 10 und ist geringer, als die Höhe der maximalen Länge der Drahtbögen. Nachdem der Damm 80 plaziert ist, wird auf der Oberfläche des Substrats 20 innerhalb des Damms 80 ein flüssiges Elastomerharz aufgebracht. Das Harzmaterial hat zu Anfang eine Viskosität, die es ihm ermöglicht, sich zwischen und um die mittels Bonden verbundenen Drähte 40 zu verteilen. Der die Drähte 40 umgebende Damm 80 legt die äußere Kante, bis zu der das Harz sich ausdehen kann, fest. Das flüssige Harz wird bis zur Höhe oder bis kurz unterhalb der Höhe des Damms 80 aufgefüllt und die Drahtbögen reichen über das Niveau des flüssigen Harzes. Das flüssige Harz wird dann gehärtet und bildet ein elastomeres Material 60 mit elastischen Eigenschaften. Die erste und die zweite Drahtbondverbindung 30 bzw. 35 der Metalldrähte 40 sind in eine erste Oberfläche 12 des elastomeren Materials eingebettet, so daß die Bondverbindungen 30 und 35 weiter mit dem Substrat 20 Kontakt haben und die Metalldrähte 40 gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Wenn das elastomere Material 60 ausgehärtet ist, wird der Damm entfernt und es bleibt ein definiertes Muster aus elastomerem Material 60 zurück, das die Vielzahl der mit dem Substrat verbundenen Drähte 40 umgibt. Das elastomere Material bildet eine mechanische Stütze für die von ihm umschlossenen Drähte 40. Die Drähte zum Verbinden benachbarter Anschlußkontaktflächen werden jetzt durch Abschneiden des sich über die Oberfläche des elastomeren Materials 60 erhebenden Drahtbogens abgetrennt. Hierzu wird ein Niedrigenergielaser verwendet, der auch den freiliegenden Draht über jeder Anschlußkontaktfläche aufschmilzt. Durch dieses Aufschmelzen wird der freiliegende Draht zu einer Kontaktkugel 50, die auf der zweiten Oberflche 14 des elastomeren Materials 60 über jeder Anschlußkontaktfläche aufliegt. Nach dem Bilden der Kontaktkugeln werden in das elastomere Material 60 mit einem Niedrigenergielaser Rillen geschnitten. Dieses Rillenschneiden nennt man auch Lasereinritzen und die Einritzlinien 70 beziehungsweise die Rillen werden um die Drähte 40 und zwischen diesen eingeschnitten, sowie an anderen günstigen Stellen in dem elastomeren Material 60, wo eine Anpassung der Elastizität des elastomeren Materials 60 wünschenswert ist. Die Einritzlinien können Seitenwände 75 aufweisen, wie sie in Figur 4 gezeigt werden, die im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Substrats 20 liegen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind jedoch die Seitenwände 75, bezogen auf die Metalldrähte 40, konisch. Durch diese Abschrägung befindet sich am Ende der ersten und zweiten Bondverbindung des Metalldrahts 40 mehr elastomeres Material und an der Kontaktkugel des Metalldrahts 40 weniger Material. Durch die konischen Seitenwände werden die Metalldrähte 40 mechanisch besser abgestützt, als durch die vertikalen Seitenwände, wenn eine solche Abstützung erwünscht ist. Durch die Einritzlinien 70 wird im wesentlichen erreicht, daß die einzelnen Drähte ohne Beeinträchtigung anderer Drähte komprimiert werden können. Da durch das elastomere Material 60 die Drähte 40 mechanisch miteinander verbunden werden, wird durch eine Reduzierung dieser Verbindung mittels der Einritzlinien die gegenseitige Beeinträchtigung der einzelnen Drähte geringer. Außerdem wird die Abstützung eines einzelnen Drahts angepaßt, indem man einfach nur die Breite der Einritzlinie anpaßt, wodurch die Menge des Materials, das den Draht abstützt, geringer wird. Die durch das elastomere Material 60 für die Drähte 40 erreichte Abstützung muß hierdurch nicht verschlechtert werden, da die Breite der Einritzlinie zum Trennen der Drähte 40 minimal sein kann und immer noch im wesentlichen dieselbe Menge elastomeres Material zum Abstützen jedes einzelnen Drahts vorhanden sein kann.
Der EAAI 10 wird jetzt zum Verbinden des ersten Substrats 20 mit einem zweiten Substrat 90 verwendet, wie in Figur 3 zu sehen ist. Das zweite Substrat hat ein Muster von Anschlußkontaktflächen 23, die dem Muster von Anschlußkontaktflächen auf dem ersten Substrat 20 entsprechen. Die Muster werden zueinander ausgerichtet und das zweite Substrat 90 wird mit den Kontaktkugeln 50 des EAAI 10 in Kontakt gebracht, wobei der EAAI 10 komprimiert wird. Durch die Komprimierung wird ein ausreichender Kontakt zwischen den Kontaktkugeln 50 und den Anschlußkontaktflächen des zweiten Substrats 90 hergestellt. Das elastomere Material des EAAI 10 dehnt sich im wesentlichen parallel zu den Anschlußflächen in die Einritzlinien 70 aus, wenn es im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen der Substrate komprimiert wird. Eine detaillierte Ansicht des komprimierten EAAI 10 ist durch die gestrichelte Linie in Figur 4 angedeutet. Durch die Laser-Einritzlinien 70 kann jeder Metalldraht 40 unabhängig von den benachbarten Metalldrähten komprimiert werden. Diese unabhängige Bewegung bedeutet, daß ein hochdichtes Muster von Anschlußkontakten in einem Substratbereich im Vergleich mit einem anderen Substratbereich nicht zu einem starken Belastungsunterschied zwischen den Substratbereichen führt. Auch wenn ein gewisser Unterschied vorhanden ist, kann durch zusätzliche oder breitere Laser-Einritzlien dieser Belastungsunterschied in den betroffenen Bereichen des EAAI 10 reduziert werden.
Das zweite Substrat 90 hat zu dem ersten Substrat 20 nur dann eine gute Verbindung, wenn der EAAI 10 komprimiert wird. Durch die elastischen Eigenschaften des elastomeren Materials 60 dehnt sich der EAAI 10 in vertikaler Richtung aus, wenn das zweite Substrat 90 von den metallenen Kontaktkugeln 50 entfernt wird. Daher können Verbindungen mehrmals gleichmäßig gelöst und wiederhergestellt werden, und es bleibt trotzdem bei jeder Verbindung ein zuverlässiger Kontakt erhalten, wobei gleichzeitig ungleichmäßige Belastungen oder Beschädigungen des zweiten Substrats 90 verhindert werden.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Metalldrähte 40 mit den Anschlußkontaktflächen 23 des Substrats 20 gebondet und verlaufen durch das elastomere Material 60, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Drähte 40, bezogen auf die Verbindungsfläche 21 des Substrats 20, in einem Winkel geformt. Die Verwendung des Drahtaufgabewerkzeugs als Schneidgerät für das zweite Ende des Drahts 40 erleichtert das Formen der Drahtschleife, die vor dem Aufbringen des Elastomerharzes in einem bestimmten Winkel zu dem Substrat 20 gebildet wird. Bei der Bondierung wird die Schleife an der Drahtbondverbindung 35 so geformt, daß die Metalldrähte 40 in dem elastomeren Material 60 im wesentlichen parallel zueinander liegen und außerdein zu der Verbindungsfläche 21 des Substrats 20 im wesentlichen nicht senkrecht verlaufen. Der Neigungswinkel der Metalldrähte 40 bezogen auf das Substrat ist variabel und hängt davon ab, wie stark der Druck zum Verbinden der Substrate sein muß; er liegt jedoch im wesentlichen zwischen 45 und 85 Grad, gemessen von der Verbindungsfläche des Substrats. Figur 8 erläutert den Schleifenbildungsprozeß. Die Kante der Drahtaufgabevorrichtung 95 klemmt ein Ende des Drahts 40 gegen die Anschlußkontaktfläche 23 des Substrats ab, wobei gleichzeitig die auf den Draht durch die Form der Feeder-Kante einwirkende Zugkraft den Draht mit einem vorgegebenen Winkel um einen Schleifenbildungspfosten 97 des Bondierungswerkzeugs 100 formt. Dieser gebildete Winkel wird dann im wesentlichen für alle Drähte gleich sein, weil sie alle durch dieselbe Werkzeugkante geformt werden. Nachdem die Schleife mit dieser Neigung gebildet wurde, wird das Harz eingebracht und gehärtet.
Anschließend werden die Drähte wie im ersten Ausführungsbeispiel von einem Laser geschnitten und aufgeschmolzen. Ein Laser ritzt dann das elastomere Harz ein, so daß die Seitenwände der Einritzlinie 75 im wesentlichen parallel zu den Metalldrähten liegen. Figur 6 erläutert, wie der Einritzlaser, bezogen auf die Ausrichtung beim Schneiden und Aufschmelzen, angeordnet sein muß. Der Einritzlaser hat bezogen auf den Schneid- und Aufschmelzlaser einen unterschiedlichen Winkel. Durch das Einritzen wird eine elastomere Stütze für jeden Metalldraht gebildet, die etwa denselben Neigungswinkel wie der Draht aufweist.
Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung hat den besonderen Vorteil eines verbesserten Kontaktschleifens. Wenn die Drähte im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen des Substrats liegen, wie im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und ein Substrat in einer im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen der Substrate liegenden Richtung gegen die Drähte gedrückt wird, ist die seitliche Bewegung der Kontaktkugeln ziemlich zufällig. Daher haben viele der Kontaktkugeln 50 seitlich keinen Schleifkontakt mit den Anschlußkontaktflächen 23 des Substrats; es entsteht daher kein guter elektrischer Kontakt aufgrund von Isollerungs-Restbestandteilen und Oxiden, die aus der vorherigen Lagerung oder Verarbeitung auf den Anschlußkontakten des Substrats zurückbleiben. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Bewegung der Kontaktkugeln 50 gegen die Anschlußkontaktflächen 23 des Substrats durch die schrägliegenden Drähte und die elastomeren Stützen vorgespannt Wenn das Substrat 90 die schrägliegenden Drähte zusammendrückt, bewegen sich diese in Abschrägungsrichtung um ein gewisses Maß zur Seite, wie in Figur 7 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Die Größe dieser seitlichen Bewegung hängt ab vom Winkel der Drähte und vom Kompressionsdruck, der an die unterschiedlichen Prozeß- oder Testerfordernisse angepaßt werden kann. Figur 7 zeigt, daß dieser Abstand beim zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erwartungsgemäß bei etwa 5,08 x 10&supmin;&sup5; m (0,002 Zoll) liegt. Da die Kontaktkugeln 50 eine gewisse Bewegung in seitlicher Richtung mitmachen, während sie mit den Anschlußkontaktflächen 23 des Substrats Kontakt haben, werden sie jegliche Restschicht oder Oxidation, die typischerweise den elektrischen Kontakt bei herkömmlichen Verbindungselementen behindert, zur Seite schieben. Dieses Ausführungsbeispiel gewährleistet also einen zuverlässigeren elektrischen Kontakt zwischen zwei Substraten
Es wurde ein Verbinder zur elektrischen Verbindung zweier Substrate mit hochdichten Zwischenkontaktierungen beschrieben. Der Verbinder umfaßt ein elastomeres Material, das feine, durch das elastomere Material verlaufende Metalldrähte umgibt. Das elastomere Material bildet eine mechanische Stütze und eine elektrische Isolierung für die Drähte, welche die beiden gegenüberliegenden Flächen des Verbinders mit den Gegensubstraten verbinden. Eine Oberfläche des Verbinders hat Einritzlinien, das heißt in die Oberfläche eingeschnittene Rillen, welche die einzelnen Drähte mechanisch gegeneinander isolieren. Die Rillen haben konische Seitenwände, die an der Oberfläche der elastomeren Schicht am breitesten sind. Diese mechanische Isolierung zwischen den Drähten verringert die unterschiedliche Belastung der Substrate, die sich durch das Komprimieren des Verbinders zwischen den Substraten ergibt. Die Abstützung der einzelnen Drähte durch das elastomere Material wird durch Anpassen der Abstände, der Tiefe und der Breite der Einritzlinien oder Rillen gesteuert, so daß sich eine gleichmäßige Komprimierung über die Substratfläche ergibt. Ein Belastungsunterschied tritt auf, wenn in einer Schaltung auf eine Fläche des Verbinders eine stärkere Druckkraft ausgeübt wird&sub1; als auf eine andere Fläche. Durch Verringern der Belastungsunterschiede auf den Substraten wird die Ungleichmäßigkeit der elektrischen Verbindungen verringert und dadurch die Zuverlässigkeit des Substrats, wenn dieses längere Zeit einer Druckkraft ausgesetzt ist, erhalten.

Claims

1. Ein Verbinder (10) zum Herstellen einzelner elektrischer Verbindungen (40) zwischen Anschlußkontakten auf einem ersten Substrat (20) und entsprechenden Anschlußkontakten auf einem zweiten Substrat (90), wobei der genannte Verbinder eine Schicht aus elastomerem Material (60) umfaßt, die auf dem ersten Substrat gebildet wird, mit einer Vielzahl von elektrischen Leitern, die vorher mit den Anschlußkontakten (35) auf dem ersten Substrat verbunden wurden und durch die Oberfläche der elastomeren Schicht reichen, wobei die Enden der Leiter an der Oberfläche der Schicht so angeordnet sind, daß sie mit den genannten entsprechenden Anschlußkontaktflächen (23) auf dem genannten zweiten Substrat Kontakt herstellen, wenn das genannte zweite Substrat mit der genannten Schichtoberfläche in einen engen und ausgerichteten Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rillen (70) mit konischen Seitenwänden (75) in der genannten Oberfläche der elastomeren Schicht zwischen den einzelnen Leitern angeordnet sind, um eine gewisse freie seitliche Verformung des elastomeren Materials, das die einzelnen Leiter umgibt, beim Zusammendrücken des Verbinders zwischen dem ersten und zweiten Substrat zur Verbesserung der elektrischen Verbindung zwischen diesen zu ermöglichen, wobei die Rillen an der Oberfläche der elastomeren Schicht am breitesten sind.

2. Ein Verbinder nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung zu den entsprechenden Anschlußkontakten auf dem zweiten Substrat mit Hilfe kugelförmiger Kontakte erfolgt, die an den Enden der elektrischen Leiter, welche durch die Oberfläche der elastomeren Schicht reichen, angebracht sind.

3. Ein Verbinder nach einem jeden der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die genannte Vielzahl von elektrischen Leitern, bezogen auf die genannte Oberfläche des elastomeren Materials, im wesentlichen senkrecht durch die genannte elastomere Schicht verläuft.

4. Ein Verbinder nach einem jeden der vorangehenden Ansprüche, bei dem die genannten Rillen mindestens eine Seitenwand aufweisen, die, bezogen auf die genannte Oberfläche der elastomeren Schicht, keinen senkrechten Winkel aufweist, und die genannten elektrischen Leiter durch die genannte elastomere Schicht im wesentlichen in dem genannten Winkel verlaufen.

5. Ein Verbinder nach einem jeden der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Abstützung der genannten elektrischen Leiter durch die genannte elastomere Schicht durch Verändern der Breite und der Tiefe der Rillen angepaßt wird.

6. Ein Verbinder nach Anspruch 2, bei dem die Komprimierung des genannten elastomeren Materials zwischen dem genannten ersten und zweiten Substrat eine Schleifwirkung zwischen den genannten kugelförmigen Kontakten und den genannten Anschlußkontakten des zweiten Substrats bewirkt, wobei die genannte Schleifwirkung einen besseren elektrischen Kontakt zwischen den kugelförmigen Kontakten und den genannten Anschlußkontakten des zweiten Substrats bewirkt.

7. Eine Methode zum Bilden eines Verbinders auf einem ersten Substrat (20) zur Herstellung einer einzelnen elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußkontakten (35) auf dem ersten Substrat und den entsprechenden Anschlußkontakten (35) auf einem zweiten Substrat (90), wenn das zweite Substrat und der Verbinder in einen engen und ausgerichteten Kontakt miteinander gebracht werden, wobei die genannte Methode folgende Schritte aufweist:

Bondieren der Enden der U-förmigen Schleifen aus Metalldraht (40) zu Anschlußkontaktpaaren auf dem ersten Substrat, wobei die genannten U-förmigen Schleifen von den Anschlußkontakten auf dem ersten Substrat nach außen verlaufen;

Abscheiden einer Schicht aus elastomerem Material (60) auf dem genannten ersten Substrat, wobei die genannte elastornere Schicht den linearen Abschnitt der genannten U-förmigen Metalldrahtschleifen umschließt, jedoch nicht die gekrümmten Schleifenabschnitte;

Abtrennen des gekrümmten Schleifenabschnitts, der von der elastomeren Schicht nach außen verläuft; und

Bilden von Rillen (70) in der Oberfläche der elastomeren Schicht, wobei die genannten Rillen zwischen den Metalldrähten angeordnet sind und konische Seitenwände aufweisen, um eine gewisse freie seitliche Verformung des elastomeren Materials, das die einzelnen Leiter umgibt, bei der nachfolgenden Komprimierung des Verbinders zwischen dem ersten und zweiten Substrat zur Verbesserung der elektrischen Verbindung zwischen diesen zu ermöglichen, wobei die Rillen an der Oberfläche der elastomeren Schicht am breitesten sind.