(57)【要約】本発明は、少なくとも２枚の柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法に関し、またこれに関連する接触配置に関する。本発明は、相互接続する柔軟基板１が、接続部位上に少なくとも１つの開口部４をそれぞれ備え、一方の柔軟基板１の開口部４が他方の柔軟基板の開口部４と一致する方法で位置決めされている。一致するべく整列された開口部４の各側には１つのボンディング要素７が位置決めされており、また、結合した接続部を製造するべく両方のボンディング要素７に圧力が付加され、ボンディング要素７に向いた開口部４の外周縁を少なくとも部分的に包囲する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚の柔軟な薄膜基板（以下、柔軟基板という）間に電気および／または機械接続を製造する方法であって、
接続点に開口部を備えた前記結合する各々の柔軟基板が、一方の柔軟基板の前記開口部が他方の柔軟基板の開口部と一致する方法で位置決めされ、
一致するべく整列された前記開口部の両側にボンディング要素が位置決めされており、
前記ボンディング要素の両方が、相互に対して押圧されることによって、ボンディング接続部に結合され、また、前記ボンディング要素に向いた前記開口部の外周縁を少なくとも部分的に包囲する柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法。
【請求項２】
前記ボンディング要素が、それぞれボール／ウェッジボンダによりボンディングキャピラリによってボンディングボールの形態で提供される請求項１に記載の柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法。
【請求項３】
第１ボンディング要素が補助基板上に配置されている請求項１または２のいずれか１項に記載の柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法。
【請求項４】
前記補助基板が加熱され、また、前記ボンディング要素が前記補助基板上に押圧され、超音波エネルギーの供給を受けながら、ボンドバンプに変形される請求項３に記載の柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法。
【請求項５】
前記結合する柔軟基板の前記一致するべく整列された開口部が、前記第１ボンディング要素よりも上に位置決めされ、
第２ボンディング要素が、前記開口部を介して、前記補助基板上に置かれた前記第１ボンディング要素に対して押圧され、熱と超音波エネルギーを供給されながら結合され、次いで、前記補助基板の結合が除去される請求項３または４のいずれか１項に記載の柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法。
【請求項６】
前記補助基板を除去する前に、さらに少なくとも１枚の柔軟基板が、既に結合された柔軟基板と接続され、ここで、前記追加の柔軟基板の前記開口部が前記第２ボンディング要素よりも上に位置決めされ、前記他の柔軟基板の前記開口部を介して、第３ボンディング要素の手段により、前記第２ボンディング要素に対して結合される請求項５に記載の柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法。
【請求項７】
タワー型の配置であるスタック配置を得るための前記方法が、複数の結合した柔軟基板によって繰り返される請求項６に記載の柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法。
【請求項８】
前記柔軟基板に導電層が設けられ、
２枚の柔軟基板間に前記導電層を接続するために、前記ボンディング接続が、すぐ近くの柔軟基板の前記電気層間に前記開口部を介して電気接続を製造する方法により、前記開口部が、前記開口部の外周縁で前記導電層が終端する方法で前記柔軟基板に配置される請求項１〜７のいずれか１項に記載の柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法。
【請求項９】
少なくとも２枚の柔軟基板間の接触配置構造であって、
前記柔軟基板の各々の接続点に、少なくとも１つの開口部が設けられ、前記開口部が相互に一致するべく配置されており、
２つの開口部の両側にボンディング要素が設けられ、また、緊密なボンディング接続が製造され、前記ボンディング要素が、前記ボンディング要素にそれぞれ向いた前記開口部の外周縁を少なくとも部分的に包囲する方法で、前記ボンディング要素が結合される柔軟基板間の接触配置構造。
【請求項１０】
前記柔軟基板が少なくとも１枚の導電層を備え、前記導電層が、少なくとも１つの開口部によって貫通され、前記開口部の前記外周縁を少なくとも部分的に包囲し、前記ボンディングが、２枚の個別で結合した柔軟基板の前記導電層間に電気接続を製造する請求項９に記載の柔軟基板間の接触配置構造。
【請求項１１】
前記柔軟基板が数１０μｍの厚みを有し、前記開口部が約５０μｍの直径を有する請求項９または１０のいずれか１項に記載の柔軟基板間の接触配置構造。
【請求項１２】
複数のボンディング要素を備え、前記複数のボンディング要素が重ねて積まれ、急速に結合され、また、基板上に垂直に突出したタワー型接続フィンガのタイプを形成する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の柔軟基板間の接触配置構造。
【請求項１３】
複数の前記接触フィンガが、柔軟基板上に設けられ、電極として、または前記既存の柔軟基板に対してさらに柔軟基板を結合するためのスペーシング要素として機能する請求項１２に記載の柔軟基板間の接触配置構造。
【請求項１４】
少なくとも、前記接触配置上に最後に配置されたボンディング要素が、供給電線であるボンディングワイヤに１部品として接続される請求項９〜１３のいずれか１項に記載の柔軟基板間の接触配置構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２の柔軟な薄膜基板間の電気および／または機械接続の製造方法と、関連する接触配置構造とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に柔軟基板とも呼ばれる薄膜基板は、通常、平坦な有機材料から成る柔軟なシート状基板であり、上に電気構成要素が配置される、平坦に付加した電気伝導体構造を提供する。この方法で処理され、ほんの１０μｍ程の基板厚みを有する柔軟基板には、電子構成要素を電気または機械的に接続するための適当な方法における様々な用途がある。これらの電気および機械的な伝導性を有する接続は、通常、一般に「ボンディング」と呼ばれる方法を用いて行われる。ボンディングの技術については、特許文献１を参照されたい。さらに、本願明細書で使用する用語についても同刊行物を参照されたい。さらに、特許文献２には、いわゆるボールボンディング方法に関連した正確な詳細が記載されている。これに加えて、半導体チップのボンディングのボールに基づく方法を記述した特許文献３もあり、その内容は、タワー型の接続構造の製造についてのものである。
【０００３】
【特許文献１】
ドイツ公開特許公報 １９８ ３１ ８７６号
【０００４】
【特許文献２】
ドイツ公開特許公報 ３７ ０３ ６９４号
【０００５】
【特許文献３】
ドイツ公開特許公報 ４１４ ３１ ４１２３号
【０００６】
【特許文献４】
ドイツ公開特許公報 ３５ １２ ２３７号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特に、非常に複雑なマイクロシステムを形成するための取り付けおよび接続技術（ＡＶＴ）の分野では、伝導体構造で処理した柔軟基板上へのマイクロ電子構成要素の接続に加えて、２枚またはそれ以上の枚数の柔軟基板を相互に接続することがしばしばある。本発明の技術によれば、これは、接着、半田付け、溶接、または熱圧縮ボンディングの手段によって行われる。
【０００８】
少なくとも２枚の柔軟基板を接着する場合、導電性重合体の形態の伝導性接着剤を使用し、これを、接続する柔軟基板上の特定の位置に塗布する。しかしながら、接続する柔軟基板を接続する際に、基板間の毛管力により、粘性のある接着力の流れを制御することが困難であるという問題のみが生じてしまう。それでも、フィリグリー設計の伝導体構造を備える柔軟基板を接着技術を用いて接続する場合には、高いコストを伴う複雑な方法を用いざるを得ない。
【０００９】
他方で、従来技術の半田付け技術を使用して２枚の柔軟基板を結合する場合、２枚の柔軟基盤間に半田付け接続を製造するのに、電気伝導体構造の形態で付加される金属被覆を柔軟基板の構造上に設ける必要があるため、製造できるのは電気接続だけである。そのため、そのような機能においての従来技術の半田方法を使用して、伝導性重合体から成る電気伝導体基板を備えた柔軟基板を結合することは不可能である。さらに、医学分野では生体適合性材料しか採用できないので、半田付け材料とその処理方法のために、半田付けは不適切である。
【００１０】
従来技術の半田付け技術を用いると、現在のところ、１つのプロセスで機械接続と電気接続の両方を製造することは不可能である。そのため、通常の材料を利用して２枚の柔軟基板を接続するには、少なくとも２つの異なる結合ステップが必要となるが、その一方はプラスチック溶接を、他方は金属溶接を採用したものである。金属被覆溶接では、伝導層が特定の最小厚みを有することが必要であり、これは、通常、スパッタリングまたは蒸着で製造されたような、薄膜基板金属被覆の多様な厚みである。
【００１１】
これに関連して、前記特許文献４は、隣接する２つの回路キャリアが超音波溶接の手段により結合されているマルチレイヤ柔軟回路配置を製造するための接続方法を開示している。結合の超音波溶接方法については、先に参照した欠点を挙げる必要がある。
【００１２】
最後に、半田付け方法と同様に、熱圧縮ボンディング方法は金属被覆層を要するため、熱圧縮ボンディングの手段による、通常有機材料から成る柔軟基板の機械接続のみの製造は不可能である。
【００１３】
本発明の目的は、前述の結合方法として先に挙げた欠点を克服する方法で、それぞれ柔軟基板である、少なくとも２枚の柔軟な薄膜基板間、および関連する接触配置間の電気および／または機械接続を製造する方法を改善することを目的とする。
【００１４】
特に、少なくとも２枚の柔軟基板は、空間的に正確な配置において結合可能でなければならない。使用する結合材料は、医学用途で使用できるようにするために、生体適合可能でなければならない。さらに、少なくとも２枚の柔軟基板の機械結合のみをも可能にするために、金属被覆層の有無に関わらず、結合技術を適用できなければならない。本発明の接触配置に関する本発明の方法は、製造が容易で安価でなければならない。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明が基づく目的の解決法を請求項１に記載している。請求項９の課題は、本発明の方法で製造可能な接触配置構造である。本発明の概念をさらに改善する有利な特徴は副請求項の課題であり、図面を参照した本発明の説明中に含まれている。
【００１６】
本発明の重要な要素は、少なくとも２枚の柔軟な薄膜基板間に電気および／または機械接続を製造する方法であり、これは次の様に設計される。すなわち、結合する柔軟基板の各々が、少なくとも１つの開口部を１つの接続点に備え、一方の柔軟基板の開口部が他方の柔軟基板の開口部と一致する方法で位置決めされている。通常、所望の接続点における開口部は約５０μｍの直径を有するため、２つまたはそれ以上の接続する柔軟基板を、一致するべく整列する開口部に基づいて調整するだけで、１枚の柔軟基板の非常に正確な相補的整列が可能になる。ボンディング要素は、一致するべく整列した開口部の両側にそれぞれ位置決めされ、次に、ボンディング要素に向いた開口部の外周縁がボンディングプロセスによって変形されながら、ボンディングした接続を形成するべく相互に対して押圧されることで結合される。通常、１つのボンディング要素を提供する、ボンディングキャピラリの補助を伴うボンディングプロセスは、ボンドボールの形態であり、また、熱および超音波エネルギーを供給されながら、相互に対して押圧されたボンディングした接続を変形し、いわゆるボンドバンプとなる。
【００１７】
本発明の方法により、２枚またはそれ以上の枚数の柔軟基板を、垂直に積層して接続することが可能になる。例えば金バンプ要素を用いて、生体適合可能な材料を採用することができる。
【００１８】
接続する柔軟基板内の開口部が、導電性の伝導体構造を備えていない範囲内に配置されている場合には、本発明の方法で製造されたボンディングした接続では、柔軟基板を急速に機械的に結合することしかできない。しかし、柔軟基板の開口部の範囲内に導電層を備えていれば、導電性のボンディング材料によって、これらの層を電気的に接続することができる。
【００１９】
２枚またはそれ以上の枚数の柔軟基板を接続するには、開口部によって一致するべくなった柔軟基板を介してボンディングされた緊密な接続部に結合される、少なくとも２つのボンディング要素が必要である。２つのボンディング要素の提供は、ボンディングキャピラリの手段によって得られる。２つのボンディング要素を同時に処理するには、一致および結合する柔軟基板の開口部の反対側に配置した２つのボンディングキャピラリが必要であり、これにより、熱エネルギーおよび超音波エネルギーを供給され、圧力に晒されながら開口部においてボンディング要素が結合する。
【００２０】
本発明の接触配置を製造できる別の方法は、ボンディング要素がまず、ボンディングキャピラリの補助を得て、加熱可能な補助基板上に配置され、ボンディングバンプに変形される。次に、結合する柔軟基板が、開口部で一致するべく、補助基板上に置かれたボンディングバンプ上に位置決めされる。続いて、ボンディングキャピラリの補助によって、積層した柔軟基板の開口部上に、ボンディングボールが上から垂直に配置され、熱エネルギーと超音波エネルギーを供給されながら、補助基板の頂部に置かれたボンディングバンプと結合される。任意で、ボンディングキャピラリを除去した後にも、ボンディングボールに関連した最上のボンディング要素への接続線を残すことが可能である。
【００２１】
さらに、前述した方法は　開口部の大きさと、ボンディングボールに関連して採用したボンディング要素の直径とにより、３枚またはそれ以上の柔軟基板を相互に結合するためにも適する。
【００２２】
当然ながら、前述の進行モードは、既に相互接続した柔軟基板の対を、別の既に相互接続した柔軟基板の対と相互接続して、関連のボンディングした接続部を介して積層配置を製造する方法にも適用できる。
【００２３】
以降において、本発明は、本発明の全体概念の範囲および精神を限定する意図なく、例証の方法による添付の図面を参照し、好ましい実施形態を用いてさらに明白となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な柔軟基板間に電気および／または機械接続を製造する方法、および柔軟な薄膜基板間の接触配置構造の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、柔軟基板の基本構成を示す図であり、図１（ａ）はその側面図、図１（ｂ）はその正面図である。
【００２６】
図１（ａ）は、２つの電気絶縁層２と、電気絶縁層２の間に配置された導電層３とで構成された柔軟基板１のビルドアップの概略的な側面図を示す。柔軟基板１の層のビルドアップの厚みは、通常数１０μｍある。さらに、開口部４が設けられているが、この開口部４は、一方で導電層３によって完全に包囲され、他方で２枚の電気絶縁層２を完全に貫通する形で、柔軟基板１を貫通している。最上の電気絶縁層２は開口部４から或る距離で離間した場所に配置されているが、この場合、上から自由にアクセスが可能であり、後続の接触にとって非常に重要な外縁が開口部４の周囲に形成される。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した柔軟基板１の正面図を示す。
【００２７】
図２は、２枚の柔軟基板間に、ボンディングした接続部を製造する方法を示す製造工程図である。
【００２８】
図２（ａ）〜（ｈ）では、本発明による２枚の柔軟基板の電気および機械接続の製造を生じさせる方法の段階を示す。まず図２（ａ）によれば、ボンディングボール７が、好ましくは加熱可能である補助基板５上に、ボール・ウェッジボンダとして設計されたボンディングキャピラリ６の補助を得て配置される。ボンディングキャピラリ６は、超音波発生ユニットに接続している。電線状の導電材料、好ましくは金属が、ボンディングキャピラリ６内の中空チャネルを通り、ボンディングキャピラリ６の先端へと到達し、この先端において、ボンディング材料が、火花放電の手段によってそれぞれ熱エネルギーを供給される手段によりボール７に溶解される。図２（ｂ）による方法の次のステップでは、ボンディングキャピラリ６の先端に形成されたボンディングボール７が、ボンディングキャピラリ６を介してボンディングボール７に作用する超音波エネルギーを供給されながら、補助基板５に対抗する力で押圧される。この方法で、ボンディングボール７がボンディングバンプに変形する。
【００２９】
図２（ｃ）による方法のステップでは、ボンディングキャピラリ６が引き出され、ボンディングバンプ８の電線が剥ぎ取られる。ボンディングバンプ８のみが補助基板５上に残る。図２（ｄ）による別のステップでは、結合される柔軟基板１が中心決めされ、その開口部４の手段によって、補助基板５上に配置されたボンディングバンプ８よりも上に各々保持される。図２（ｅ）によれば、ボンディングボール７が、積層された柔軟基板１上に再度配置される。図２（ｆ）によれば、第２ボンディングバンプ８は、２つのボンディングバンプ間に配置された柔軟基板１が急速に結合される方法で、補助基板５の直上に置かれた第１ボンディングバンプ８上にボンディングされる。このボンディングが終了すると、ボンディングキャピラリ６が図２（ｇ）に従って引き出され、最上のボンディングバンプからボンディングワイヤが剥ぎ取られる。最後に、底部のボンディングバンプが補助基板５から機械的に除去される。この結果、図２（ｈ）による、柔軟基板１間の緊密な機械および電気接続が得られる。
【００３０】
この方法で製造した接触配置は、変形し、ボンディングされた状態において２つの接続した柔軟基板の開口部の外周縁を包囲する、結合した２つのボンディングバンプ８によって特にその特徴が顕著である。この方法では、柔軟基板が、急速で電気的に緊密な接続を行う接続点において結合される。
【００３１】
図３は、２枚よりも多い柔軟基板の接続部を製造する方法を示す製造工程図である。
【００３２】
さらに、図３（ａ）、（ｂ）に示したボンディングバンプの補助により、２枚よりも多い数の柔軟基板を結合することも可能である。ここでも、それぞれ開口部を備えた結合する柔軟基板１が適合的に配置され、第１ボンディングバンプに対して中心決めされ、これにより保持される。次に、ボンディングボール７が、図２（ｅ）のボンディング手順によって、図３（ａ）に示すボンディングキャピラリ６の補助を得て配置される。次の、関連する力の付加、および超音波エネルギーと熱の供給により、ボンディングキャピラリ６が引き出され、ボンディングワイヤが剥ぎ取られた後に、２つのボンディングバンプ８が結合され、図３（ｂ）に従ってボンディング接続を形成する。
【００３３】
図４は、結合した積層ボンディング要素の補助により、タワー型の接触フィンガを製造する方法を示す製造工程図である。
【００３４】
図４（ａ）〜（ｄ）は、単一の接触フィンガで構成された３次元のマルチ電極アレイの製造が可能な方法の有益な応用形を示す。そのため、図４（ａ）によれば、図２（ａ）から図２（ｃ）に示した方法ステップの手段によって得られたボンディングバンプ８が、補助基板５上に配置される。柔軟基板１は、その開口部４に関連して中心的に配置され、ボンディングキャピラリ６の補助を得て、別のボンディングボール７を設ける。
【００３５】
図４（ｂ）は、結合した２つのボンディングバンプ８を示す。次に、図４（ｂ）に従って、さらなるボンディングボール７が、ボンディングキャピラリ６を具備するボンディングされた接続部上に運搬され、さらに、図４（ｃ）に従って、やはり同じ方法で別のボンディングボール７が運搬される。最終的には、相互のに積層された複数のボンディングバンプ８で構成されたタワー構造９が出来上がる。このようなタイプのタワー構造９は、例えば、医学または生物学において、貫通型の神経電極（ａ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｎｅｒｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）として利用することができる。１枚の基板上に配置された複数のタワー構造は、例えば皮質神経細胞の結合に使用可能な、３次元のマルチ電極アレイを生成する。
【００３６】
さらに、タワー構造９の補助を得て、異なる柔軟基板を、異なる距離で急速に結合することも可能である。急速に結合できる単一のボンディングバンプは、スペーサとして機能する。
【００３７】
図５は、ボンディングした接続部を、これに接続した電気供給電線で製造する方法を示す製造工程図である。
【００３８】
図５（ａ）〜（ｄ）は、２つの結合バンプ８で構成されたボンディングを電源電線１０に接続する方法を示す。前出の、ボンディングキャピラリ６が引き出される際にボンディングワイヤが剥ぎ取られる方法の応用形とは反対に、図５（ｂ）の方法応用形によれば、ボンディングワイヤを剥ぎ取ることなく、ボンディングキャピラリ６が引き出される。ボンディングキャピラリ６に対応した補助基板の側方移動と、関連する補助基板５に対応したボンディングキャピラリ６の側方への揺動とにより、最上のボンディングバンプに接続したボンディングワイヤが側方に向かって変形し、図５（ｄ）に示す電気供給電線として機能することができる。
【００３９】
以上の実施形態は本発明のいくつかの態様を例示する目的で記載したものであるため、本明細書に記載され、請求されている発明の範囲は、本明細書で開示した好適実施形態により制限されるものではない。等価の実施形態であればいずれも本発明の範囲内とする。無論、当業者であれば、上述から、本明細書に示し、記載した内容について本発明に対する様々な変更を加えられることが明白であろう。こうした変更も、添付した請求の範囲に含まれるものである。
【００４０】
本明細書においていくつかの引例を用いた。その開示内容全体を本明細書内に引用したものとする。さらに、これらの引例のいずれも、それがいかに上述で論じられていようとも、本明細書で請求している本発明の論述内容に対する先行技術として認められるものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、少なくとも２枚の柔軟基板間の電気および／または機械接続の製造方法は、特に、柔軟基板上のプロトタイプおよび電子機器の小規模な連続の製造に利用される。特に興味深い技術分野は、軍事技術と宇宙技術である。とりわけ特別な特徴として、ボンディング材料を含む使用する材料が生体適合材料から成る場合、再びその生体適合性に注目が集まる。これにより、特に、医学、特に電子機器インプラントの分野において、本発明の接触配置で形成した柔軟基板の使用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施形態の柔軟基板の基本構成を示す図であり、
【図２】
本発明の実施形態の２枚の柔軟基板間に、ボンディングした接続部を製造する方法を示す製造工程図である。
【図３】
本発明の実施形態の２枚よりも多い柔軟基板の接続部を製造する方法を示す製造工程図である。
【図４】
本発明の実施形態の結合した積層ボンディング要素の補助により、タワー型の接触フィンガを製造する方法を示す製造工程図である。
【図５】
本発明の実施形態のボンディングした接続部を、これに接続した電気供給電線で製造する方法を示す製造工程図である。
【符号の説明】
１　柔軟基板
２　電気絶縁層
３　導電層
４　開口部
５　補助基板
６　ボンディングキャピラリ
７　ボンディングボール
８　ボンディングバンプ
９　タワー構造
１０　ボンディングワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004504728.tif 000029
2004504728.tif 000030
2004504728.tif 000031
2004504728.tif 000032
2004504728.tif 000033
2004504728.tif 000034