接觸凸塊連接以及接觸凸塊和用于建立凸塊接觸連接的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在設(shè)有至少一個第一連接面的電子器件和與所述器件接觸的具有至少一個第二連接面的接觸襯底之間的接觸凸塊連接以及一種用于建立接觸凸塊連接的接觸凸塊和一種用于建立接觸凸塊連接的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開頭所提到的類型的接觸凸塊連接通常用于芯片的連接面與接觸襯底的連接面的接觸。尤其是，這類接觸凸塊連接(其中芯片借助于所謂的“倒裝芯片”法用其與接觸襯底的連接面相對的連接面設(shè)置在接觸襯底上)用于制造所謂的“無接觸的芯片卡”，所述無接觸的芯片卡借助于與接觸襯底的連接面接觸的天線實現(xiàn)在芯片和數(shù)據(jù)讀取設(shè)備之間無接觸的數(shù)據(jù)傳輸。
[0003]一般而言，芯片的“倒裝芯片”接觸需要預備芯片的具有接觸凸塊的連接面，所述接觸凸塊在專業(yè)術(shù)語上也通常稱為“Bump (凸塊)”。借助于接觸凸塊可能的是，使芯片的連接面與接觸襯底的連接面能導電地接觸，而不需要電線導體或者其他與芯片無關(guān)的接觸裝置。
[0004]從DE 101 57 205 Al中已知一種用于制造接觸凸塊的方法，所述方法實現(xiàn)了接觸凸塊的構(gòu)成，所述接觸凸塊具有特別的表面形貌，所述表面形貌具有接觸凸塊的上部分，所述上部分具有隆起部，所述隆起部例如柱狀或者星狀地構(gòu)成并且要實現(xiàn)對連接材料的改進的容納，所述連接材料(例如粘合材料或者焊接材料)要實現(xiàn)建立設(shè)置在芯片的連接面上的接觸凸塊與接觸襯底的連接面之間的能導電的連接。此外，接觸凸塊的已知的表面形貌要實現(xiàn)使接觸襯底的連接面上的氧化層破裂并且最終也通過接觸凸塊的隆起部的接合建立與接觸襯底的連接面的機械連接。
[0005]對此，提出接觸凸塊的表面形貌，所述表面形貌具有在接觸凸塊的接觸底座上不同地構(gòu)成的或者不同地設(shè)置的隆起部，其中所述隆起部要么位于接觸底座的中央?yún)^(qū)域中要么位于邊緣底座的邊緣區(qū)域中并且要通過接合到接觸襯底的連接面的接觸材料中實現(xiàn)與接觸襯底的接觸材料化部的局部咬合。
[0006]在試驗中現(xiàn)已證明:具有上文所描述的類型的接觸凸塊的接觸凸塊連接的特征在于高剪切強度。然而，在芯片與接觸襯底分離的試驗中所達到的抗拉強度并不令人滿意，使得在已知的接觸凸塊連接中為了足夠的機械保護除了接觸凸塊和接觸襯底的接觸材料化部之間的機械連接外還需要在芯片和接觸襯底之間使用粘合劑。
[0007]基本上在使用粘合劑用于機械上可保持或者可受載地接觸接觸襯底上的芯片時已證實不利的是:由于粘合劑連接的硬化通常需要的反應時間在建立這類連接時可實現(xiàn)的產(chǎn)品數(shù)量是有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明基于下述目的:提出一種接觸凸塊連接，所述接觸凸塊連接在不使用附加的連接材料如尤其是粘合劑的情況下已實現(xiàn)建立可持久保持的、耐受實際中出現(xiàn)的機械負荷的機械連接。
[0009]該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的接觸凸塊連接實現(xiàn)。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的接觸凸塊連接中，第一連接面設(shè)有接觸凸塊，所述接觸凸塊具有邊緣突出部和在通過邊緣突出部包入的并且朝向接觸凸塊的頭端部敞開的擠入空間中具有至少一個擠入銷，并且第二連接面在與第一連接面的接觸區(qū)域中具有通過將第二連接面的接觸材料擠入到擠入空間中而構(gòu)成的圍繞擠入銷的接觸凸起部，所述接觸凸起部具有朝向擠入空間的底部的并且相對于第二連接面的圍繞接觸區(qū)域的平坦的接觸表面凸起的凸冠。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的接觸凸塊連接因此具有設(shè)置在第一連接面上的接觸凸塊和第二連接面的接觸材料之間的形狀配合，其中擠入空間通過接觸銷具有內(nèi)部的限界部并且通過邊緣突出部具有外部的限制部，即在接觸凸塊的擠入空間內(nèi)顯著地進行接觸材料擠入，使得構(gòu)成朝向擠入空間的底部延伸的凸冠并且在接觸凸塊與接觸材料之間得到相應地伸至遠處的軸向侵入部。由于擠入空間通過擠入銷和邊緣突出部不僅徑向在內(nèi)部而且徑向在外部限界，接觸材料不僅被加載有徑向向內(nèi)而且被加載有徑向向外的壓力，使得一方面在接觸材料與擠入銷之間的并且另一方面在接觸材料與邊緣突出部之間的接觸面上實現(xiàn)接觸材料對邊緣突出部的表面形貌的貼合，其中通過接觸材料填充擠入空間的壁的表面形貌中的可能的不平坦部或者凹處并且填滿擠入空間的壁中的可能的側(cè)凹部。
[0012]由此結(jié)果是:不僅提供電子器件(即例如芯片)的接觸凸塊和接觸襯底的接觸材料之間的軸向侵入部，而且除此之外也提供接觸凸塊和接觸材料的徑向侵入部或者徑向的彼此接合部，使得能夠由接觸凸塊連接吸收對接觸凸塊連接起分離作用的拉伸負荷。
[0013]這樣的拉伸負荷例如在芯片卡受到彎曲負荷的情況下出現(xiàn)，所述彎曲負荷實際中是危害芯片卡的功能的決定性負荷。
[0014]在接觸凸塊連接的一個優(yōu)選的實施方式中，邊緣突出部環(huán)繞地構(gòu)成并且在周邊對擠入空間限界，使得實現(xiàn)特別強的擠入效果。
[0015]已證實對于實現(xiàn)接觸凸塊連接的大抗拉強度特別有利的是，擠入銷的自由端設(shè)置在邊緣突出部的上邊緣之下，即擠入空間被劃分為從擠入銷的自由端延伸直至邊緣突出部的上邊緣的無擠入阻擋的擠入空間部段和從擠入空間的底部延伸直至擠入銷的自由端部的設(shè)有擠入銷作為擠入阻擋的帶擠入阻擋的擠入空間部段。
[0016]無擠入阻擋的擠入空間部段在建立這類接觸凸塊連接時首先以接觸材料來填充，其中在建立連接時的壓入阻擋在該第一階段期間由于在該無擠入阻擋的空間中不存在擠入阻擋的事實能夠以比較小的壓入力來執(zhí)行。在壓入過程繼續(xù)時首先隨著接觸材料繼續(xù)擠入到帶擠入阻擋的擠入空間部段中出現(xiàn)由帶擠入阻擋的空間中的內(nèi)壓提高引起的壓入力升高。由此可能的是，在對接觸材料的機械接觸開始時，已經(jīng)用盡可能小的壓入力建立接觸凸塊的目標明確的定位并且在實現(xiàn)接觸之后才提高壓入力，以便最后通過在擠入空間中構(gòu)成凸冠來結(jié)束機械可受載的形狀配合的連接的建立。
[0017]尤其有利的是，帶擠入阻擋的擠入空間部段構(gòu)成為環(huán)形空間，使得在接觸凸塊和接觸材料之間的接觸平面中得到對稱的壓力負荷。
[0018]尤其有利的是，第一連接面由芯片或者芯片模塊的連接面形成并且第二連接面由天線導體的連接端部形成，使得用于構(gòu)成天線導體的材料同時形成接觸襯底的連接面的接觸材料并因此實現(xiàn)了接觸凸塊和在接觸襯底上構(gòu)成的電子器件(即天線導體)之間的特別直接的接觸。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的接觸凸塊具有權(quán)利要求6的特征。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，接觸凸塊具有邊緣突出部和在由邊緣突出部圍繞的并且朝向接觸凸塊的頭端部敞開的擠入空間中具有至少一個擠入銷，所述擠入銷與通過邊緣突出部徑向在外側(cè)限界的擠入空間組合地具有已經(jīng)在上文中詳細闡述的優(yōu)點。
[0021]優(yōu)選地，邊緣突出部環(huán)繞地構(gòu)成并且在周邊對擠入空間限界，使得邊緣突出部圍繞擠入空間并且實現(xiàn)了特別強的擠入效果。
[0022]優(yōu)選地，擠入銷的自由端部設(shè)置在邊緣突出部的上邊緣之下，使得接觸凸塊具有已經(jīng)在上文中所闡述的將擠入空間劃分為擠入銷之上的無擠入阻擋的擠入空間部段和帶擠入阻擋的擠入空間部段的構(gòu)造，所述帶擠入阻擋的擠入空間部段從擠入空間的底部伸展直至擠入銷的自由端。
[0023]優(yōu)選地，通過在擠入空間中設(shè)置擠入銷，在邊緣突出部和擠入銷之間構(gòu)成環(huán)形空間。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的方法具有權(quán)利要求10的特征。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，為了建立連接面的機械連接，將設(shè)置在第一連接面上的接觸凸塊壓入到第二連接面的接觸材料的接觸表面中，即在接觸凸塊的擠入空間中第二連接面的接觸材料在侵入邊緣突出部和擠入銷中期間關(guān)于壓入方向不僅通過邊緣突出部徑向向內(nèi)而且通過擠入銷徑向向外以壓力來加載，以便實現(xiàn)已經(jīng)在上文中詳細闡述的接觸材料對擠入空間的通過擠入空間中的邊緣突出部徑向在外部限界的壁面和擠入空間的徑向在內(nèi)側(cè)通過擠入銷形成擠入空間的壁面的有利的徑向貼合或者到其中的有利的侵入。
[0026]優(yōu)選地，在建立連接的第一階段中，第二連接面的接觸材料在接觸凸塊的擠入空間中通過接觸凸塊的邊緣突出部徑向向內(nèi)以壓力來加載直至達到連接銷的自由端部，并且在建立連接的第二階段中在接觸凸塊繼續(xù)侵入第二連接面的接觸材料中的情況下接觸材料通過邊緣突出部和連接銷不僅徑向向內(nèi)而且徑向向外以壓力來加載。
[0027]如果第一連接面的接觸凸塊到第二連接面的接觸材料中的壓入疊加有振動，那么能夠進一步促進接觸材料到擠入空間的壁面中的侵入深度。
[0028]優(yōu)選地，疊加振動在橫向于壓入方向的平面中進行，其中尤其能夠使用本身已知的超聲裝置來在背側(cè)上橫向于壓入方向給芯片加載壓入力和振動。
[0029]替選地或者還是補充地，疊加振動也能夠沿著壓入方向進行。
[0030]已證實特別有利的是，應用所述方法來建立設(shè)有第一連接面的構(gòu)成為芯片的電子器件和與所述器件接觸的構(gòu)成為天線襯底的接觸襯底之間的接觸凸塊連接，其中天線導體的連接端部同時構(gòu)成接觸襯底的連接面。
【附圖說明】
[0031]接下來，參照附圖詳細闡述了接觸凸塊的以及借助于接觸凸塊所建立的接觸凸塊連接的優(yōu)選的實施方式。
[0032]附圖示出:
[0033]圖1以剖視圖示出接觸凸塊；
[0034]圖2示出在圖1中所示的接觸凸塊按照圖1中的剖面線I1-1I的橫截面視圖；
[0035]圖3以剖視圖示出接觸凸塊連接；
[0036]圖4至圖6示出建立接觸凸塊連接的不同的階段。
【具體實施方式】
[0037]圖1示出接觸凸塊10，所述接觸凸塊設(shè)置在芯片12的連接面11上，其中與接觸凸塊相鄰的芯片表面設(shè)有鈍化部13。
[0038]在圖1和圖2中示出的接觸凸塊10具有接觸凸塊基底14，所述接觸凸塊基底設(shè)有在此閉合的環(huán)形環(huán)繞的邊緣突出部15和中央的擠入銷16，所述擠入銷設(shè)置在通過邊緣突出部15徑向向外限界的擠入空間18的底部17上。
[0039]在圖1和圖2中示出的接觸凸塊1