Die Erfindung betrifft einen anisotrop leitenden Kle¬ ber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Ver¬ fahren zur Herstellung eines anisotrop leitenden Kle¬ bers.

Stand der Technik

Anisotrop leitende Kleber sind bekannt. Diese weisen in einem Basismaterial, beispielsweise in einem ther¬ moplastischen Basismaterial, feinverteilte leitfähige Teilchen auf. Die leitfähigen Teilchen werden dabei als körnchenförmiges Pulver in dem Basismaterial dis- pergiert. Die anisotrop leitenden Kleber liegen bei¬ spielsweise in Folienform vor und sind geeignet, zwei Kontakte, beispielsweise zwei Leiterbahnen, elek¬ trisch leitend miteinander zu verkleben. Die Leiter¬ bahnen werden unter Druck und Temperatureinwirkung

auf die gegenüberliegenden Seiten des Klebers ge¬ preßt, so daß sich das Basismaterial verformt und die in diesem verteilten leitfähigen Teilchen eine elek¬ trisch leitende Verbindung zwischen den aufgebrachten Leiterbahnen herstellen. Das Basismaterial übernimmt dabei eine Haftwirkung zwischen den zu verklebenden, die Leiterbahnen aufweisenden Teilen.

Es wird deutlich, daß eine Auflösung des anisotrop leitenden Klebers, das heißt, der minimal mögliche Abstand zwischen zwei benachbarten elektrisch leiten¬ den Verbindungen, von der Struktur der dispergierten elektrisch leitenden Teilchen abhängt. Damit diese die elektrisch leitende Verbindung in nur einer Rich¬ tung ermöglichen, müssen diese einen genügend großen Abstand zueinander aufweisen, damit eine unerwünschte isotrop elektrisch leitende Verbindung vermieden wird. Die kann beispielsweise durch ein zufälliges Koagulieren, das heißt Zusammenballen der elektrisch leitenden Teilchen in dem Basismaterial geschehen. Hierdurch können die bekannten anisotrop leitenden Kleber nur zum Kontaktieren relativ weit auseinander angeordneter Kontakte verwendet werden, da ansonsten eine ausreichend große Kontaktsicherheit nicht gege¬ ben ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße anisotrop leitende Kleber mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen hat demgegen¬ über den Vorteil, daß durch eine gezielte Koagulation der elektrisch leitfähigen Teilchen die Kontakt-

Sicherheit zwischen zwei benachbarten durch den Kle¬ ber führenden elektrisch leitenden Verbindungen ver¬ bessert ist. Dadurch, daß die leitfähigen Teilchen von unterhalb einer Perkolationsschwelle feinverteil¬ ten Metallteilchen und dispergierten Metallionen gebildet werden, die gezielt zu anisotrop elektrisch leitenden Pfaden koagulierbar sind, wird eine Ani¬ sotropie der Kontaktverbindung mit hoher Sicherheit gewährleistet. Als Perkolationsschwelle wird der Zu¬ stand verstanden, zu dem die leitfähigen Teilchen je¬ weils eine zufällige Position in dem Basismatarial einnehmen, und bei dem gerade noch keine metallisch leitfähige Verbindung zwischen zwei benachbarten Teilchen besteht. Durch die Koagulation der leit¬ fähigen Teilchen zu den elektrisch leitenden Pfaden weist der Kleber vorteilhaft zwischen zwei benach¬ barten leitenden Pfaden Bereiche mit einem verbes¬ serten Isolationsvermögen auf, da hier die Anzahl der leitfähigen Teilchen durch die Koagulation zu den leitenden Pfaden verringert ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des anisotrop leitenden Klebers ist es sehr vor¬ teilhaft möglich, in einfacher Weise an sich aus der Strukturierung von integrierten Schaltungen bekannte Prozeßschritte modifiziert anzuwenden. Dadurch, daß ein mit leitfähigen Teilchen dispergiertes thermo¬ plastisches Basismaterial vorzugsweise über eine Maske belichtet wird, so daß eine lokale Erwärmung in den belichteten Bereichen des Basismatarials erfolgt, und in den belichteten Bereichen anisotrop elektrisch leitende Pfade erzeugt werden, kann über ein großes

Prozeßfenster jedes beliebige Layout an anisotrop leitenden Pfaden erzeugt werden, wobei eine sehr hohe Auflösung möglich ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge¬ sehen, daß in das Basismaterial Silberkolloide und Silberionen in ausreichender Menge eingebracht wer¬ den, bzw. ausreichend Silber in bestimmter Form ein¬ gebracht wird und anschließend Ionen und Kolloide durch geeignete Behandlung erzeugt werden. Durch eine gezielte Reduktion der Silberionen in den Bereichen, in denen die anisotrop leitenden Pfade erzeugt werden sollen, können sehr vorteilhaft elektrisch leitende Bereiche mit dem Silber erzeugt werden, während die die elektrisch leitenden Bereiche umgebenden Bereiche an Silber verarmen, so daß die anisotrop leitenden Pfade mit sehr hoher Auflösung, das heißt mit extrem geringem Abstand zueinander erzielbar sind. Bevorzugt ist vorgesehen, daß das Silber teilweise oder voll¬ ständig stabilisiert ist, vorzugsweise durch eine Komplexbildung, so daß bei der Herstellung der aniso¬ trop leitenden Pfade keine spontane Ausfällung des Silbers erfolgt, dieses jedoch gezielt in den Be¬ reichen der gewünschten, elektrisch leitenden Pfade reduziert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei- spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er¬ läutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittdarstellung durch einen ani¬ sotrop leitenden Kleber im Ausgangszustand;

Figur 2 eine Schnittdarstellung durch einen ani¬ sotrop leitenden Kleber während einer Formierung und

Figur 3 eine Schnittdarstellung durch einen ani¬ sotrop leitenden Kleber im kontaktierten Zustand.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Figur 1 ist ein Substrat 10 gezeigt, an dessen Oberfläche 12 Kontaktstellen 14 angeordnet sind. Das Substrat 10 kann beispielsweise jedes beliebige elektronische Bauelement sein. Die Kontaktstellen 14 bilden Außenanschlüsse für auf dem Substrat 10 oder gegebenenfalls in dem Substrat 10 integrierte Bauele¬ mente. Die Kontaktstellen 14 können hierbei bei¬ spielsweise durch Leiterbahnen, Kontaktpads oder an¬ deres gebildet sein. Hinsichtlich der Geometrie der Kontaktstellen 14, das heißt deren geometrischen Aus¬ dehnung und geometrischen Form sind keine speziellen Anforderungen gestellt.

Auf der Oberfläche 12 des Substrats 10 ist eine Schicht 16 eines Schmelzklebers aufgebracht. Die

Schicht 16 kann hierbei beispielsweise aufgedruckt, aufgewalzt oder andersartig auf das Substrat 10 auf¬ gebracht werden. Die Schicht 16 besitzt ein thermo¬ plastisches Basismaterial 18, in dem elektrisch lei¬ tende Teilchen 20 dispergiert, also feinverteilt sind. Die Teilchen 20 bestehen einerseits aus kolloidalen Siberteilchen 22, die unterhalb einer möglichen Perkolationsschwelle in dem Basismaterial 18 verteilt sind. In dem Basismaterial 18 sind weiterhin Silberionen 24 dispergiert. Die Silber¬ teilchen 22 und die Silberionen 24 sind dabei über das gesamte Volumen der Schicht 16 in dem Basis¬ material 18 dispergiert. Die Silberteilchen 22 weisen hierbei einen Durchmesser in einem nm-Bereich auf. Während des Auf ringens der Schicht 16 werden die Kontaktstellen 14 an beziehungsweise auf dem Substrat 10 von dem Basismaterial 18 umschlossen.

In der Figur 2 ist die Strukturierung von anisotrop leitenden Pfaden 26 durch die Schicht 16 verdeut¬ licht. Hierzu wird die Schicht 16 über eine Maske 28 mit UV-Licht 30 belichtet. Die Maske 28 besitzt hier¬ zu Öffnungen 32, deren Layout vorzugsweise den zu kontaktierenden Kontaktstellen 14 des Substrats 10 entsprechen. Das UV-Licht 30 fällt somit durch die Öffnungen 32 der Maske 28 auf die die Kontaktstellen 14 überdeckenden Bereiche der Schicht 16. Innerhalb der belichteten Bereiche wird das UV-Licht 30 von den Silberteilchen 22 absorbiert, die sich somit er¬ wärmen. Durch die Erwärmung der Silberteilchen 22 kommt es in dem Basismaterial 18 zu einer lokalen Erwärmung, so daß das Basismaterial 18 in diesen Be-

reichen dünnflüssig wird. Innerhalb der so entstande¬ nen dünnflüssigen Bereiche werden die Silberionen 24 beweglich. Die Silberteilchen 22 bilden für die Sil¬ berionen 24 Kondensationskeime, so daß die Silber¬ ionen 24 von den Silberteilchen 22 angezogen werden und sich an diesen ablagern. Durch die andauernde Ab¬ lagerung der Silberionen 24 wachsen die Kondensa¬ tionskeime zu den anisotrop leitenden Pfaden 26 auf. Infolge des sich hierbei bildenden Konzentrations¬ gradienten der Silberionen 24 werden auch weiter ent¬ fernt angeordnete Silberionen 24 an die entstehenden Zentren der Silberteilchen 22 mit den darum an¬ wachsenden Silberionen 24 herangezogen, so daß sich schließlich die elektrisch leitenden Pfade 26 er¬ geben. Über die Dauer beziehungsweise die Intensität des UV-Lichtes 30 kann hierbei der Konzentrationsgrad von Silberteilchen 22 beziehungsweise Silberionen 24 zu den elektrisch leitenden Pfaden 26 eingestellt werden. Durch das Anwachsen der Silberionen 24 an den elektrisch leitenden Pfaden 26 werden diese gleich¬ zeitig in den zwischen zwei benachbarten elektrisch leitenden Pfaden liegenden Bereichen des Basisma¬ terials 18 ausgedünnt, so daß zwischen den benach¬ barten Pfaden 26 ein gutes Isolationsverhältnis be¬ steht. Nach Abschalten des UV-Lichts 30 und Entfernen der Maske 28 kühlt das Basismaterial 18 aus, so daß die verflüssigten Bereiche erhärten und damit die gebildeten leitfähigen Pfade 26 in ihrer Position verbleiben.

Nachfolgend wird ein weiteres vorteilhaftes Beispiel zur Erzielung von anisotrop leitenden Pfaden in einem

Kleber erläutert. Soweit es für das Verständnis sinn¬ voll erschien, wurde auf Bezugszeichen der Figuren 1 bis 2 zurückgegriffen, obwohl das Herstellungsver¬ fahren anders abläuft.

Zunächst wird das Basismaterial 18 synthetisiert. Hierzu wird 200 ml absolutiertes Ethanol unter Rühren zum Sieden erhitzt. Dann wird langsam eine Mischung aus 69,63 g (=27.5 mol%) Dichlordiphenylsilan, 98,75 g (=70 mol%) Dichlormethylvinylsilan und 5,20 g (=2.5 mol%) Tetraethoxysilan zugetropft. Nach Beendigung der Zugabe wird das Gemisch für 2 h unter Rückfluß gekocht, wobei das bei der Reaktion freiwerdende HC1- Gas über den Rückflußkühler entweicht und mit Hilfe eines Schlauches in einen Behälter mit Wasser ge¬ leitet wird. Das Reaktionsgemisch färbt sich während der Reaktion leicht gelblich. Durch Abdestillieren des Lösungsmittels im Wasserstrahlvakuum (30 bar) bei 70 °C erhält man eine leicht viskose Flüssigkeit. Dieses Vorkondensat wird nun so oft in 200 ml Ethanol aufgenommen und bei 70 °C und 30 mbar wieder einge¬ engt, bis es Neutralreaktion bezüglich des pH-Wertes zeigt. Zu der zurückbleibenden, klaren gelblichen Lö¬ sung wird die gleiche Volumenmenge Aceton zugegeben und die Lösung zum Sieden erhitzt und diese dann rasch mit 73,8 ml 0.1 normaler wäßriger Salzsäure (=4.0 mol Wasser) versetzt. Die Lösung wird dann 3 h unter Rückfluß gekocht, wobei eine weiße Trübung, die das ausfallende Kondensat hervorruft, auftritt. Nach Abziehen des Lösungsmittels im Wasserstrahlvakuum bei 70 °C erhält man ein Hydrolysat, welches dann zweimal in der gleichen Menge Aceton gelöst und jeweils wie-

der bei 30 mbar und 70 °C eingedampft wird. Der zu¬ rückbleibende, viskose, weißtrübe Rückstand wird an¬ schließend im Wasserstrahlvakuum bei 180 °C so lange erhitzt, bis sich im IR-Spektrum der Probe folgende Extinktionsverhältnisse zwischen den OH-Banden bei 3620 cm ^-1 und 3400 cm ^-1 und der Phenyl-CH-Bande bei 3070 cm ^-1 ergeben:

^E 362 _θ / ^£ 3070 ⁼ 0-358 ± 0.03 und E340θ/E3070= °* ⁶²⁴ ± °- ⁰⁶

Man erhält ein Ormocer-Harz auf der Basis von Diphenyldichlorsilan, Methylvinyldichlorsilan und Tetraethoxysilan.

Die so erhaltene Matrix des Basismaterials 18 wird anschließend zu dem vollständigen Klebstoffsystem mit den leitfähigen Teilchen 20 synthetisiert. Hierzu werden 2,3633 g des zuvor synthetisierten Ormocer- Harzes mit 1.0128 g (0,00529 mol) AMDES (Aminopropyl- methyldiethoxysilan) 30 Minuten bei 140 °C aminofunk- tionalisiert und dann auf 100 °C abgekühlt. Dann wer¬ den 2,9107 g (0,0174 mol) Silberacetat in 5 ml Aceton gelöst und versetzt mit 2,8958 g (0,0173 mol) DIAMO. Diese Silbersalz-Lösung wird zu dem aminofunktionali- sierten Ormocer-Harz gegeben und das Gemisch 5-10 Mi¬ nuten bei 100 °C gerührt, bis die Viskosität stark zunimmt. Dann wird 2,0257 g (0,0105 Epoxidäquivalent) Gy266 (Fa. Araldit) zugetropft, welches vorher in 1,5195 g Aceton gelöst wurde. Nun wird bei 100 °C un¬ ter Rühren die Reaktion aufrechterhalten, bis die ge-

wünschte ^" iskosität, die durch den "B-stage"-Test bestimmt wird, erreicht ist.

Nach Abschluß der Reaktion erhält man ein Basisma¬ terial 18, das mit einem Masseanteil von ca. 30 % Silber gefüllt ist. Das mit dem Silber als leitfähige Teilchen 20 versehene Basismaterial 18 kann nunmehr in der Schicht 16 auf ein Substrat 10 aufgebracht werden. Die Schichtdicke beträgt beispielsweise 10 um. Das Aufbringen der Schicht 16 kann mittels üb¬ licher, allgemein bekannter Verfahren, beispielsweise Aufrakeln, erfolgen.

Anschließend wird die Schicht 16 einer Laserbehand¬ lung unterzogen. Hierzu wird beispielsweise ein im VIS-Bereich und Multiline-Modus betriebener Argon- Ionen-Laser mit einem Laserspotdurchmesser von 60 μm verwendet. Je nach Art der zu erzielenden, anisotrop elektrisch leitenden Pfade 26 kann die Leistung des Lasers variiert werden. Sollen beispielsweise Lei¬ terbahnen erzeugt werden, kann die Leistung 1,3 W be¬ tragen. Der Laser wird in dem sogenannten "Direkt- Laser-Writing"-Verfahren über die Schicht 16 geführt. Hierbei kann das Substrat 10 mit der Schicht 16 an dem Laserspot vorbeigeführt werden. Das Substrat 10 ist hierzu beispielsweise auf einem entsprechenden X- Tisch angeordnet. Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt beispielsweise 0,5 mm/sec. Entsprechend der vorgege¬ benen Bewegung des Substrats 10 wird in der Schicht 16 eine Leiterbahn gezielt in den Bereichen struk¬ turiert, in denen die Laserbehandlung erfolgt. Wäh¬ rend der Laserbehandlung erfolgt eine gezielte, das

heißt lokale Erwärmung der Schicht 16, in der die Stabilisierung des Silbers aufgelöst wird. Hierbei findet beispielsweise eine thermische Zerstörung von Silberkomplexen statt. Dies hat eine erhöhte Beweg¬ lichkeit der Silberionen in bestimmten Bereichen zur Folge. Im Zentrum der Wechselwirkung reichert sich Silber an und wird gezielt reduziert. Hierdurch ent¬ steht eine Diffusionssenke für die Silberionen. Die Bereiche mit Silber im Zentrum wachsen zu den elek¬ trisch leitenden Pfaden 26 an, während um diese Be¬ reiche herum eine Verarmung mit Silberionen statt¬ findet. Die gezielte Reduktion des Silbers wird durch während der lokalen Erwärmung des Basismaterials 16 entstehende Zersetzungsprodukte des Basismaterials 16 oder von Komplexierungsmitteln des stabilisierten Silbers unterstützt. Diese wirken als Reduktions¬ mittel für die Reduktion des Silbers.

Nach einem weiteren Beispiel kann der Laserspot des Lasers auf eine bestimmte Stelle der Schicht 16 fokussiert werden. Diese gewählte Stelle wird für eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise von 10 see, bestrahlt, wobei die Laserleistung beispielsweise 1 W beträgt. Infolge der Bestrahlung über der gewählten Zeitdauer entsteht an dieser Stelle ein Silber- Pitsch, also ein einzelner, definierter, elektrisch leitender Pfad 26. Hierbei laufen die gleichen che¬ mischen Vorgänge innerhalb der Schicht 16 ab, die zu der gezielten Reduktion des Silbers in dem be¬ strahlten Bereich führen, so daß Silber-Kolloide ent¬ stehen, die die elektrisch leitende Verbindung her¬ stellen. In den nicht bestrahlten Bereichen bleibt

das Silber stabil, so daß durch die Verteilung des Silbers in dem Basismaterial 16 unterhalb der Per¬ kolationsschwelle eine isotrope Leitfähigkeit ausge¬ schlossen ist. Darüber hinaus verarmen die Silber¬ ionen im unmittelbaren Nachbarbereich des erzeugten Silber-Pitsches, so daß hiermit die Anisotropie der Leitfähigkeit verbessert ist.

Insgesamt wird deutlich, daß durch eine geeignete Komplexierung des Basismaterials 18 ein sehr hoher Füllgrad an Silber erreicht werden kann. In dem ge¬ zeigten Beispiel ist ein Massenanteil von 30 % er¬ wähnt, der aber auch wesentlich höher, beispielsweise bei 70 % liegen kann. Mittels der Synthese des Basis¬ materials 18 wird ein Ausfällen des Silbers verhin¬ dert. Gleichzeitig können während der Komplexierung Stoffe eingebaut werden, die die nachfolgende Reduk¬ tion des Silbers unter Einfluß einer Belichtung und/oder einer Laserbehandlung ermöglichen bezie¬ hungsweise unterstützen.

Anhand der Figur 3 wird eine Verbindung mittels der Schmelzkleber-Schicht 16 verdeutlicht, wobei diese aufgrund der UV-Belichtung und/oder der Laserbehand¬ lung hergestellt sein kann. Gleiche Teile wie in den Figuren 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen ver¬ sehen und nicht nochmals erläutert.

Im gezeigten Beispiel ist das Substrat 10 mit einem weiteren Substrat 34 über die Schmelzkleber-Schicht 16 verklebt. Das Substrat 34 ist ebenfalls nur bei¬ spielhaft gewählt und kann beispielsweise ein inte-

grierte elektronische Bauelemente aufweisender Chip sein. Das Substrat 34 besitzt Kontaktstellen 36, die mit den Kontaktstellen 14 des Substrats 10 elektrisch leitend verbunden werden sollen. Das Substrat 34 wird dabei mit seinen in Richtung der Schmelzkleberschicht 16 gerichteten Kontaktstellen 36 über dem Substrat 10 positioniert. Die Positionierung erfolgt dabei so, daß die zu kontaktierenden Kontaktstellen 14 bezie¬ hungsweise 36 gegenüberliegen. Da das Anschlußraster von zu verbindenden Substraten 10 und 34 an sich be¬ kannt ist, wird über das Layout der Maske 28 gewähr¬ leistet, daß zwischen jedem der zu kontaktierenden Kontaktstellen 14 beziehungsweise 36 ein elektrisch leitender Pfad 26 vorhanden ist. Die Substrate 10 und 34 werden nunmehr unter Erwärmung der Schmelzkleber¬ schicht 16 zusammengefügt. Durch diese Erwärmung wird das Basismaterial 18 erweicht, wobei die Erwärmungs¬ temperatur je nach Material des Basismaterials 18 einstellbar ist. Besteht das Basismaterial 18 bei¬ spielsweise auf Siloxanbasis, können die Substrate 10 und 34 beispielsweise bei einer Temperatur von ca. 120 °C miteinander verklebt werden. Das erweichte Ba¬ sismaterial 18 übernimmt hierbei eine flächige Haft¬ vermittlung zwischen den Substraten 10 und 34, wäh¬ rend die elektrisch leitende Verbindung über die Kon¬ taktstellen 14, die Pfade 26 und die Kontaktstellen 36 erfolgt. Das entstandene Verbundsystem wird anschließend wärmebehandelt, so daß die Schmelzkle¬ ber-Schicht 16 aushärtet. Dies kann beispielsweise bei einer Temperatur von 120 °C über einen längeren Zeitraum oder bei einer höheren Temperatur in einem kürzeren Zeitraum geschehen. Die Aushärtetemperatur

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kann in Abhängigkeit der Temperaturbelastbarkeit der Substrate 10 beziehungsweise 34 gewählt sein.

Mit dem erfindungsgemäßen anisotrop leitenden Kleber ist ein System geschaffen, das sich einfach verarbei¬ ten und handhaben läßt. Insbesondere durch das Her¬ ausführen von leitfähigen Teilchen aus den Bereichen zwischen zwei leitenden Pfaden 26 wird die Anisotro¬ pie der Schmelzkleberschicht 16 wesentlich verbes¬ sert. Die entstandenen leitfähigen Pfade 26 zeichnen sich durch eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit und Strombelastbarkeit gegenüber bekannten aniso¬ tropen Klebern aus. Die leitfähigen Pfade 26 können an beliebigen Stellen einer großflächig vorhandenen Schmelzkleberschicht 18 strukturiert werden, so daß in einem einfachen verfahrenstechnischen Prozeß jede beliebige Konfiguration einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Substraten realisierbar ist. Darüber hinaus können mit dem erfindungsgemäßen ani¬ sotrop leitenden Kleber hochbelastbare Verbindungen zwischen den zu verklebenden Substraten 10 und 34 hergestellt werden. Durch die ganzflächige mecha¬ nische Fixierung der Substrate 10 beziehungsweise 34 über das Basismaterial 18 unterliegen die elektrisch leitenden Verbindungen einer geringen mechanischen Belastung, so daß die Kontaktsicherheit der gesamten Anordnung verbessert ist. Eventuell auftretende Span¬ nungen können durch die Elastizität des Basisma- terials 18 abgefangen werden, so daß beispielsweise unterschiedliche thermische Ausdehnungen auf Seiten des Substrats 10 oder des Substrats 34 ohne Ver-

schlechterung der Kontaktsicherheit ausgeglichen wer¬ den können.