DE102017208628A1

DE102017208628A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrischen verbindung, elektrische kontaktanordnung und elektrische verbinderanordnung

Info

Publication number: DE102017208628A1
Application number: DE102017208628.9A
Authority: DE
Inventors: Juan Sebastian Ordonez; Sharif Khan; Thomas Stieglitz
Original assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-05-23
Also published as: DE102017208628B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung, eine elektrische Kontaktanordnung und elektrische Verbinderanordnung, insbesondere für den Einsatz bei implantierbaren Komponenten. Das Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktträger (102) und einem zugehörigen Gegenkontaktträger (104) weist die folgenden Schritte auf: 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, und Verbinden des mindestens einen Kontaktelements (106) und des mindestens einen Gegenkontaktelements (108) durch Einbringen eines elektrisch leitenden Verbindungsmaterials (110) durch den Kontaktträger (102) hindurch. Das mindestens eine Kontaktelement (106) ist entlang einer Richtung (114) des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement (104) elastisch verformbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung, eine elektrische Kontaktanordnung und elektrische Verbinderanordnung, insbesondere für den Einsatz bei implantierbaren Komponenten.
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.
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.
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.
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.
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.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktträger und einem zugehörigen Gegenkontaktträger anzugeben, das es erlaubt, auch dicht gepackte Kontaktarrays zuverlässig und mechanisch stabil elektrisch zu verbinden.
Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, eine zugehörige Kontaktanordnung und eine elektrische Verbinderanordnung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand mehrerer abhängiger Patentansprüche.
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.
Erfindungsgemäß 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.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin 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.
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.
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.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung 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.
Damit wird eine feste und hermetisch dichte Verbindung zwischen der Isolierlage und dem Kontaktträger einerseits und der Isolierlage und dem Gegenkontaktträger andererseits sichergestellt.
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.
Die Isolierlage wird beispielsweise mittels Stereolithographie, Formpressen oder Laserschneiden hergestellt. Das Laserschneiden ist insbesondere für Silikonmaterialien besonders vorteilhaft.
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.
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.
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.
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.
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.
Alternativ können anstelle von Bondkugeln aus Gold auch Tropfen von geeignetem Lot durch die Vias hindurch auf das darunterliegende Gegenkontaktpad eingebracht werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf eine elektrische Kontaktanordnung zum Verbinden eines Kontaktträgers mit einem Gegenkontaktträger, die mit dem oben erläuterten Verfahren hergestellt ist.
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.
Wie oben ausgeführt, kann auf diese Weise eine besonders sichere und langzeitstabile Verbindung auch unter dauerhaft feuchten Umgebungsbedingungen sichergestellt werden.
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.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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 diamond-like 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Wie in 4b gezeigt, können freitragende Segmente als federelastische Bereiche 112 vorgesehen werden, indem eine kreuzförmige Öffnung 128 in dem Kontaktelement 106 vorgesehen wird.
Weiterhin können auch einseitig freigeschnittene Federarme als federelastische Bereiche 112 vorgesehen sein, wie dies in 4c gezeigt ist.
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.
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.
Mit Bezug auf die 5 bis 8 sollen nachfolgend verschiedene Konzepte zur Herstellung des flexiblen Kontaktträgers 102 näher erläutert werden.
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.
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.
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).
Die flexiblen Bereiche der Kontaktelemente 106 werden während des Metallisierungsschritts vorzugsweise in einem fotolithografischen Verfahren erzeugt.
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.
Nunmehr wird der flexible Schaltungsträger 134 Schicht für Schicht aufgebracht und mit einer weiteren Haftvermittlerdoppelschicht 146 versehen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die 9a und 9b stellen die Kontaktanordnung mit einem „trockenen“ und einem „flüssigen“ Underfill unter Verwendung Kontaktträgers 102 aus 8 einander gegenüber.
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.
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.
Die Verbindungselemente 110 entsprechen den bisher erläuterten Ausführungsformen der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktelementen 106 den Gegenkontaktelementen 108.
Bezugszeichenliste

Bezugsziffer	Beschreibung
100	Verbinderanordnung
102	Kontaktträger
104	Gegenkontaktträger
106	Kontaktelement
108	Gegenkontaktelement
110	Verbindungselement, Bump
112	Federelastischer Bereich
114	Bondrichtung
116	Bonderspitze
118	Vorgefertigtes Underfill
120	Ausnehmungen im Underfill
122	Lasergenerator
124	Laserstrahl
126	Isolierschicht des Kontaktträgers
128	Kreuzförmige Öffnung
130	Kontaktpunkt
132	Trägerwafer
134	flexibler Schaltungsträger (flexible printed circuit, FPC), flexibles Kabel (flexible flat cable, FFC)
136	Metallisierungsschicht
138	Polyimidisolierung
140	Erster Bereich der Metallisierungsschicht
142	Zweiter Bereich der Metallisierungsschicht
144	Dritter Bereich der Metallisierungsschicht
146	Haftvermittlerschicht
148	Opferpolymerschicht
150	Vorsprung
152	Ätzgrube
154	Flüssig eingebrachtes Underfill

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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) [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktträger (102) und einem zugehörigen Gegenkontaktträger (104), 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.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend 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.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktträger (102) und einem zugehörigen Gegenkontaktträger (104), 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.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das mindestens eine Kontaktelement (106) in entlang einer Richtung des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement (108) elastisch verformbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin umfassend 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).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Isolierlage (118) mittels Stereolithographie, Formpressen oder Laserschneiden hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei 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 wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Kontaktelement (106) als Spiralfeder oder als mindestens ein freigeschnittener Federarm ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktträger aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial (126, 138) mit darin einer darin eingebetteten strukturierten Metalllage hergestellt wird, und wobei das mindestens eine Kontaktelement (106) an mindestens einer Oberfläche freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das mindestens eine Kontaktelement (106) an beiden Oberflächen freigelegt ist und das Verfahren weiterhin den Schritt des elektrischen Ball-Bondens oder Lötens durch den Kontaktträger hindurch umfasst.
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.
Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 11, 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.
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), 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.
Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 13, wobei das mindestens eine Kontaktelement (106) entlang einer Richtung (114) des Verbindens mit dem Gegenkontaktelement (108) elastisch verformbar ist.
Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 11, wobei die Isolierlage (154) durch eine zwischen den Kontaktträger (102) und den Gegenkontaktträger (104) eingegossene Silikonschicht gebildet ist.
Elektrische Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Kontaktträger (102) durch eine flexible Folie gebildet ist und die Gegenkontakte (108) durch Kontaktflecken auf einem biegesteifen Gegenkontaktträger (104) gebildet sind.
Elektrische Verbinderanordnung, wobei die Verbinderanordnung (100) einen Kontaktträger (102) und einen Gegenkontaktträger (104) mit mindestens einer Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16 aufweist.
Elektrische Verbinderanordnung nach Anspruch 17, wobei der Kontaktträger (102) durch einen flexiblen Leiterbahnträger mit darin eingebetteten elektrisch leitfähigen Strukturen gebildet ist.
Elektrische Verbinderanordnung nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Gegenkontaktträger (104) durch eine monolithische integrierte Schaltung, einen keramischen Schaltungsträger oder einen Flip-Chip-Interposer gebildet ist.