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Die
Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit mindestens einer
Isolationslage gemäß der Gattung
der unabhängigen
Ansprüche.
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Elektronische
Bauteile mit mindestens einer Isolationslage weisen neben den rein
anorganischen Isolationslagen wie Siliziumdioxydlagen und Siliziumnitritlagen
Isolationslagen aus Kunststoffen auf. Diese Kunststoffe haben gegenüber den
Isolationslagen aus anorganischen Materialien den Nachteil einer hohen
relativen Dielektrizitätskonstante.
So können sie
nachteilig kapazitive Kopplungseffekte zwischen Leiterbahnen sowie
unerwünschte
Rauscheffekte nicht ausreichend unterdrücken und mindern die Funktion
elektronischer Bauteile.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Funktion elektronischer Bauteile mit mindestens
einer Isolationslage zu verbessern und Isolationslagen anzugeben,
die es ermöglichen,
die relative Dielektrizitätskonstante
auf die Bedürfnisse
und Anforderungen der elektronischen Schaltung eines elektronischen Bauteils
anzupassen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß weist
das elektronische Bauteil mit mindestens einer Isolationslage ein
Polymer aus Norbornen-Monomeren
auf. Das Polymer behält
dabei die Doppelringstruktur des Monomers C7H10 unter Auflösung der Kohlenstoffdoppelbindung zwischen
den Kohlenstoffatomen der zweiten und dritten Position des Norbornen-Monomers
bei.
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Die
mittels Homopolymerisation vernetzten Norbornen-Monomere weisen
polare Fluorkohlenstoffverbindungen auf. Ein derartiger Kunststoff
auf der Basis von Norbornen-Monomeren, die mittels Homopolymerisation
vernetzt wurden, hat den Vorteil, daß die relative Dielektrizitätskonstante
auf die Bedürfnisse
elektronischer Bauteile, insbesondere der Isolationslagen dieser
elektronischen Bauteile zugeschnitten werden kann. Die relative
Dielektrizitätskonstante
kann beträchtlich
durch Fluorierung des Norbornen-Monomers und durch Homopolymerisations-Vernetzung
zu einer Isolationslage durch Ersatz von Kohlenwasserstoffbindungen
mittels polarer Fluor-Kohlenstoffbindungen
zu einer relativ niedrigen Dielektrizitätskonstante variiert werden.
Mit Hilfe fluorierter homopolymerisierter Polymere aus Norbornen-Monomeren
sind relative Dielektrizitätskonstanten
für Isolationslagen
bis hinunter auf den Wert 2,0 erreichbar, sowie innerhalb eines
niedrigen Bereichs der relativen Dielektrizitätskonstante zwischen den Werten
2,0 und 4,0 variierbar.
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Um
diese Variation der Dielektrizitätskonstanten
zu erreichen, weist in einer Ausführungsform der Erfindung das
Polymer aus Norbornen-Monomeren einen Grad der Fluorierung durch
polare Fluor-Kohlenstoffbindungen anstelle von Kohlenwasserstoffbindungen
von 10% bis 100% auf. Damit ist mindestens jede zehnte Kohlenwasserstoffbindung durch
eine polare Fluor-Kohlenstoffverbindung
ersetzt worden bis hin zu einem vollständigen Ersatz (100% der Kohlenwasserstoffbindungen
durch Fluor-Kohlenstoffbindungen.
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Mit
dieser Variation der Fluorierung kann nicht nur eine Variation der
relativen Dielektrizitätskonstante
für das
Polymer aus Norbornen-Monomeren erreicht werden, sondern es kann
zusätzlich
die Adhäsionsfähigkeit
des Kunststoffes variiert werden von einer stark klebrigen Masse
zu einer kaum benetzenden Masse. Der Zusammenhang zwischen Klebrigkeit
oder Adhäsionsfähigkeit
und Fluorierungsgrad besteht darin, daß an der unteren Grenze von
10% der Fluorierung noch eine ausge zeichnete und intensive Adhäsionsfähigkeit
vorhanden ist, während
sie bei vollständiger
Fluorierung (100% fast vollständig verloren
geht).
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In
einem besser an die Erfordernisse einer Isolationslage in einem
elektronischen Bauteil angepassten Polymer aus Norbornen-Monomeren
weist dieses einen Grad der Fluorierung durch polare Fluor-Kohlenstoffbindungen
anstelle von Kohlenwasserstoffbindungen von 30% bis 75% auf. Bei
30% ist noch ein hervorragendes Adhäsionsverhalten für diesen
Stoff gesichert, aber bereits eine verminderte relative Dielektrizitätskonstante
erreichbar. Diese Dielektrizitätskonstante
wird mit zunehmenden Fluorierungsgrad bis 75% weiter vermindert
und gleichzeitig nehmen die Adhäsionseigenschaften
ab. Jedoch ist bei einem Fluorierungsgrad von 75% die Haftfähigkeit
des Kunststoffes an anorganischen Schutz- und Passivierungsschichten
aus Siliziumdioxyd und/oder Siliziumnitrit sowie an den freigelegten
Metallflächen noch
intensiv genug, um für
elektronische Bauteile eingesetzt zu werden ohne eine Haftvermittlungsschicht
zwischen den anorganischen Lagen bzw. Metalllagen eines Halbleiterchips
und den erfindungsgemäßen Isolationslagen
einführen
zu müssen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß das
Polymer aus Norbornen-Monomeren einen Grad der Fluorierung durch
polare Fluor-Kohlenstoffbindungen anstelle von Kohlenwasserstoffbindungen
von 50% bis 70% aufweist. Dieses schmale Band für den Fluorierungsgrad kann
durch geeignete Mischung von entsprechend vorfluorierten Norbornen-Monomeren
und anschließender
Homopolymerisation zu vernetzten Norbornen-Monomeren erreicht werden. Dabei liegen
sowohl die Herabsetzung der relativen Dielektrizitätskonstante
als auch die Klebewirkung einer Isolationslage aus einem fluorierten
Polymer aus Norbornen-Monomeren in einem Bereich, der für Isolationslagen
in elektronischen Bauteilen von Vorteil ist. Somit kann durch die graduelle
Fluorierung des Poly-Norbornens die relative Dielektrizitätskonstante
stufenweise reduziert werden.
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Mit
dem Fluorierungsgrad dieser Ausführungsform
kann eine relative Dielektrizitätskonstante durch
die Dipol-Wirkung der polaren Fluor-Kohlenstoffverbindung bis hinunter
zu dem Wert 2,0 abgedeckt und mit einer erforderlichen Haftkraft
kombiniert und optimiert werden. Dabei sind Grad und Lage der Fluorierung
entscheidend, um die gewünschte Eigenschaft
einer niedrigen relativen Dielektrizitätskonstante bzw. einer gleichzeitig
hohen Haftung für die
Erfordernisse einer Isolationslage in einem elektronischen Bauteil
anzupassen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist deshalb vorgesehen, von zehn möglichen Positionen im Norbornen-Monomer für Wasserstoffatome
fünf bis
sieben Positionen durch Fluoratome und die verbleibenden drei bis
fünf Positionen
mit Wasserstoffatomen zu besetzen. Dieser Fluorierungsgrad liegt
mit 60% im Bereich der dem letzten Ausführungsform der Erfindung zwischen
50% bis 70%.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß mindestens
die zwei Kohlenstoffbindungen der siebten Position in dem Norbornen-Monomer
durch polare Fluor-Kohlenstoffbindungen ersetzt sind. Bei den vorhergehenden
Ausführungsformen
ging es darum, den Fluorierungsgrad den Erfordernissen elektronischer
Bauteile anzupassen, indem die Summe der Fluor-Kohlenstoffbindungen und die Summe der
Kohlenwasserstoffbindungen in einer festgelegten Bandbreite realisiert
werden. Bei dieser weiteren Ausführungsform
geht es darum, die Lage der Fluorierung innerhalb der Doppelringstruktur
des Monomers zu definieren. In diesem Fall sind die siebten Positionen
der Kohlenwasserstoffbindungen des Norbornen-Monomers durch polare
Fluor-Kohlenstoffbindungen zu ersetzen. Die siebte Position der Doppelringstruktur
des Norbornen-Monomers ist eine exponierte stabile Position, die
bei der Homopolymerisation unverändert
erhalten bleibt. Sie wird nicht wie die Positionen zwei und drei,
die der Kettenbildung durch Auflösung
ihrer Doppelbindung dienen, während
der Polymerisation variert bzw. verändert.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß sechs
Fluoratome auf der ersten, zweiten, dritten, vierten und siebten
Position angeordnet werden und vier Wasserstoffatome die fünfte und sechste
Position belegen. Die fünfte
und sechste Position innerhalb der Doppelringstruktur des Norbornen-Monomers
sind ähnlich
wie die siebte Position exponierte Positionen, die nicht in der
Homopolymerisationsphase involviert sind. Durch derartige Norbornen-Monomere
kann ein Fluorierung von 60% erreicht werden, da sechs Fluoratome
den Norbornen-Doppelring besetzen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Lage von acht Fluoratomen die erste, vierte,
fünfte,
sechste und siebte Position des Norbornen-Doppelringes und nur zwei
Wasserstoffatome belegen die zweite und dritte Position. Diese Ausführungsform
entspricht einem Fluorierungsgrad von 80%, der damit über den
70% und 75% der vorhergehenden Ausführungsformen liegt. Jedoch
kann durch Mischen von Norbornen-Monomeren,
bei denen die ersten, zweite, dritte, vierte und siebte Position
durch Fluoratome belegt sind, mit Norbornen-Monomeren, bei denen die erste, vierte,
fünfte,
sechste und siebte Position für
Fluoratome belegt sind, jeder beliebige Fluorierungsgrad zwischen
60% und 80% eingestellt werden.
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Ein
derart polymerisierter Kunststoff wird in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung als eine Isolierschicht eingesetzt. Derartige Kunststoffisolierschichten
auf Norbornen-Basis
werden in einer weitern Ausführungsform
der Erfindung in elektronischen Bauteilen für Umverdrahtungsebenen eingesetzt
und isolieren Umverdrahtungsleitungen von den Leiterbahnen, die
unmittelbar auf einem Halbleiterchip angeordnet sind. Ein Polymer
aus Norbornen-Monomeren läßt sich
aber auch als Isolationsfolie realisieren, die ebenfalls durch Beschichtung
mit einer strukturierten Metalllage für eine Umverdrahtungsfolie
in elektronischen Bauteilen zum Einsatz kommen kann. Insbesondere
bei den Umverdrahtungsfolien ist eine niedrige relative Dielektrizitätskonstante
von großer
Bedeutung, da nur durch die Isolationsfolie getrennt zwei Leiterbahnsysteme übereinander
liegen, nämlich
einmal das Leiterbahnsystem der aktiven Oberseite des Halbleiterchips
und auf der anderen Seite der Isolationslage die strukturierte Metallisierung
für eine
Umverdrahtungsebene. Durch eine minimal eingestellte relative Dielektrizitätskonstante
kann somit für
das elektronische Bauteil eine verbesserte Entkopplung und ein verbessertes
Rauschverhalten erreicht werden. Auch ein Übersprechen oder andere Kopplungseffekte
werden damit minimiert.
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Eine
Umverdrahtungschicht oder Umverdrahtungsfolie kann in einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung unmittelbar auf einem Halbleiterwafer angeordnet sein.
Die Umverdrahtungsfolie oder die Umverdrahtungsschicht auf dem Halbleiterwafer
weist Umverdrahtungsleitungen auf. Diese Umverdrahtungsleitungen
verbinden Kontaktflächen auf
der aktiven Oberseite des Halbleiterwafers mit Außenkontakten
auf der Umverdrahtungsschicht oder Umverdrahtungsfolie des elektronischen
Bauteils. Polymere aus Norbornen-Monomeren sind prädestiniert,
um komplette Halbleiterwafer, die Ausgangsprodukt für mehrere
elektronische Bauteile sind, mit einer Isolationslage zu versehen.
Nach anschließender
Metallisierung und Bilden einer Umverdrahtungsstruktur kann der
Halbleiterwafer zum Fertigen elektronischer Bauteile auseinandergesägt werden.
Jedes Bauteil trägt
nach dem Sägen
eine Umverdrahtungsfolie aus einem Polymer des Norbornen-Monomers.
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Andererseits
ist es in einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung möglich,
jeden einzelnen Halbleiterchip, der aus einem Halbleiterwafer herausgetrennt
wurde, mit einer Umverdrahtungsschicht oder einer Umverdrahtungsfolie
aus einem Polymer des Norbornen-Monomers auf seiner aktiven Oberseite
zu belegen. Handelt es sich dabei um eine Umverdrahtungsfolie, so
kann diese auf den Halbleiterchip geklebt werden, während für ein Aufbringen
einer Umverdrahtungsschicht ein Siebdruck verfahren durchgeführt werden
kann. Die Umverdrahtungsleiterbahnen verbinden dabei Kontaktflächen auf
der aktiven Oberseite eines Halbleiterchips mit Außenkontakten
auf der Umverdrahtungsschicht oder Umverdrahtungsfolie.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Umverdrahtungsfolie mehrere Lagen von Umverdrahtungsleiterbahnen
aus einem Metall und Isolationslagen aus einem Polymer des Norbornen-Monomers
auf. Diese Mehrfach-Umverdrahtungsfolien sind dann erforderlich,
wenn die Umverdrahtungsleiterbahnen derart dicht gepackt werden müssen, daß Unterführungen
oder Überführungen von
Umverdrahtungsleiterbahnen erforderlich werden. Dazu wird durch
die Isolationslage aus einem Polymer des Norbornen-Monomers ein
Durchkontakt zu den darunterliegenden Umverdrahtungsleiterbahnen
hergestellt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, daß die relative Dielektrizitätskonstante
der Isolationslage aus einem Polymer der Norbornen-Monomere einen
Wert zwischen 2,0 und 2,4 aufweist. Gegenüber Polyimiden und anderen
Isolationslagen ist das eine wesentliche Verbesserung, denn ein
Wert für
die relative Dielektrizitätskonstante
im Bereich vom 2,0 bis 2,4 ist mit Polyimid oder vergleichbaren
Materialien nicht erreichbar.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mindestens
einer Isolationslage, wobei die Isolationslage ein Polymer aus Norbornen-Monomeren
aufweist, hat folgende Verfahrensschritte:
- – Fluorieren
mindestens eines der Ausgangsprodukte der Synthese von Norbornen-Monomeren,
- – Herstellen
des fluorierten Norbornen-Monomers mittels Dien-Synthese aus den
fluorierten Ausgangsprodukten,
- – Homopolymerisieren
der fluorierten Norbornen-Monomere unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur
und Auflösung
der Kohlenstoffdoppelbindung zwischen den Kohlen stoffatomen der zweiten
und dritten Positon (2,3) des Norbornen-Monomers
zu Polymerketten,
- – Verarbeiten
des Polymers unter Ausnutzung seiner leichten Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln
zu mindestens einer Isolationslage eines elektronischen Bauteils.
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Dieses
Verfahren hat den Vorteil, daß durch das
Fluorieren des Norbornen-Monomers in einem Bereich des Fluorierungsgrades
von 10% bis 100% einerseits eine sehr niedrige relative Dielektrizitätskonstante
erreicht werden kann, sofern der Fluorierungsgrad in die Nähe der 100%
gesteigert wird. Gleichzeitig kann die Haftfähigkeit des Kunststoffes auf
anorganischen Substanzen wie Siliziumdioxyd oder Siliziumnitrit
sowie auf Metall den Bedürfnissen für elektronische
Bauteile angepaßt
werden, sofern der Fluorierungsgrad so niedrig wie möglich gehalten wird.
Ein optimaler Fluorierungsgrad für
viele Anwendungen liegt deshalb zwischen 50% und 70%.
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Zur
Verarbeitung des Polymers zu Folien oder Schichten kann die leichte
Löslichkeit
des Polymers in organischen Lösungsmitteln
eingesetzt werden, indem das Polymer aus fluorierten Norbornen-Monomeren
mit organischen Lösungsmitteln verdünnt wird,
um es in Folien unter Verdampfen der Lösungsmittel umzuformen. Damit
können
sehr dünne
Schichten in einer Dicke von wenigen Mikrometern, vorzugsweise 0,3
bis 3 μm,
erreicht werden. In einem Durchführungsbeispiel
des Verfahrens wird das verdünnte
Polymer auf einen Halbleiterwafer aufgeschleudert oder es wird im
Tauchverfahren auf den Halbleiterwafer gebracht.
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Ein
alternatives Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils
mit mindestens einer Isolationslage, wobei die Isolationslage ein
Polymer aus Norbornen-Monomeren aufweist, hat folgende Verfahrensschritte:
- – Herstellen
des Norbornen-Monomers mittels Dien-Synthese aus Cyclopentadien
und Ethylen C2H4,
- – Fluorieren
des Norbornen-Monomers auf einen Fluorierungsgrad zwischen 10% bis
100%,
- – Homopolymerisieren
der Norbornen-Monomere unter erhöhtem
Druck und erhöhter
Temperatur und Auflösung
der Kohlenstoffdoppelbindung zwischen den Kohlenstoffatomen der
zweiten und dritten Positon (2,3) des Norbornen-Monomers
zu Polymerketten,
- – Verarbeiten
des Polymers unter Ausnutzung seiner leichten Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln
zu mindestens einer Isolationslage eines elektronischen Bauteils.
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Bei
diesem Verfahren, einer Fluorierung des Norbornen-Monomers nach seiner
Synthese aus Cyclopentadien und Ethylen ist ein Bezug auf eine Lagebestimmung
der Fluoratome im Monomer gegenüber
dem obigen Verfahren geringfügig
eingeschränkt, hat
jedoch den Vorteil, daß der
Anwender als Ausgangsprodukt synthetisierte Norbornen-Monomere beim
Fluorieren einsetzen kann.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils kann weiterhin
folgende Verfahrensschritte aufweisen:
- – Beschichten
der Isolationslage aus einem Polymer von Norbornen-Monomeren mit
einer Metallschicht,
- – Strukturieren
der Metallschicht zu Umverdrahtungsleiterbahnen mit Kontaktanschlussflächen an
einem Ende der Umverdrahtungsleiterbahnen auf der Isolationslage,
- – Strukturieren
der Isolationslage durch Öffnen von
mindestens einem Bondkanal, in dem Kontaktflächen einer aktiven Oberseite
eines Halbleiterchips freigelegt sind.
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Mit
diesem Verfahren wird in dem Halbleiterbauteil eine Isolationslage
für Umverdrahtungsleiterbahnen
geschaffen. Diese überwindet
mit einer extrem niedrigen relativen Dielektrizitätskonstante
die Nachteile bisheriger Kunststoffisolationslagen. Eine verbesserte
Entkopplung der Signalführung
in der strukturierten Metallschicht auf der Isolationslage aus Poly mer
von Norbornen-Monomeren und der strukturierten Metallschicht auf
dem Halbleiterchip wird erreicht. Die strukturierte Metallschicht
auf dem Halbleiterchip weist auf seiner aktiven Oberseite metallische und
Polysiliziumleiterbahnen auf, um Elektroden aktiver und passiver
Bauteile einer integrierten Schaltung mit entsprechenden metallischen
Kontaktflächen
auf den Halbleiterchips zu verbinden. Je niedriger eine relative
Dielektrizitätskonstante
für eine
derartige Polymerschicht von Norbornen-Monomeren realisiert werden
kann, um so dünner
können
die Isolierschichten aufgebracht werden und damit gleichzeitig in
vorteilhafter Weise für
das elektronische Bauteil eine Verringerung der räumlichen
Ausdehnung erreicht werden.
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Wie
oben bereits erwähnt,
kann durch Einsetzen entsprechender organischer Lösungsmittel,
in denen das Polymer von Norbornen-Monomeren leicht löslich ist,
die Isolationslage einer Umverdrahtungsschicht unmittelbar auf einen
Halbleiterwafer durch Aufsprühen
und/oder Aufschleudern aufgebracht werden. Dieses hat den Vorteil,
daß mit
einem einzigen Bearbeitungsschritt gleichzeitig mehrere Halbleiterchips
mit der Isolationslage aus einem Polymer von Norbornen-Monomeren
beschichtet werden kann.
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Eine
Polymerschicht von Norbornen-Monomeren kann in einem weiteren Durchführungsbeispiel
des Verfahrens auch dadurch unmittelbar auf einen Halbleiterwafer
aufgebracht werden, indem der Halbleiterwafer in eine organische
Lösung
mit gelöstem
Polymer eingetaucht wird. Ein derartiges Tauchverfahren hat den
Vorteil, daß mit
einer entsprechenden Halterung gleich mehrere hundert Halbleiterwafer
mit einer Polymerschicht aus Norbornen-Monomeren beschichtet werden
können.
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Nach
Verdampfen des Lösungsmittels
verbleibt eine dünne,
und falls erforderlich, eine Polymerschicht einer Dicke im Submikrometerbereich
auf der Scheibe, die dann mit einer strukturierten Metallschicht
als Umverdrahtungsebene zu versehen ist. Eine derartige strukturierte
Metallschicht kann mittels Drucktechnik und/oder durch physikalisches
Abscheiden des Metalls aus der Gasphase auf die Oberfläche der
Isolationslage aufgebracht werden. Bei der physikalischen Abscheidung
können
mit einem Verfahrensschritt gleichzeitig mehrere Halbleiterwafer
mit einer Metallschicht beschichtet werden, die dann anschließend durch
entsprechende Photolithographieschritte strukturiert wird.
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Das
Polymer aus Norbornen-Monomeren kann jedoch auch für eine mehrlagige
Schicht aus Isolationslagen und zwischengeschalteten Umverdrahtungsleiterbahnen
aus strukturierten Metallagen verwendet werden. Dazu werden in den
Isolationslagen aus einem Polymer von Norbornen-Monomeren Durchkontakte
eingebracht, welche die einzelnen strukturierten Metallagen untereinander
oder übereinander
verbinden.
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Bei
einem weitere Durchführungsbeispiel des
Verfahrens wird eine strukturierte Isolationslage aus einem Polymer
von Norbornen-Monomeren als Lötstoppschicht
auf die Umverdrahtungsschicht mit strukturierter Metallschicht aufgebracht.
Bei diesem Verfahren werden die Umverdrahtungsleitungen durch die
als Lötstoppschicht
eingesetzte Polymerschicht aus Norbornen-Monomeren gegen Korrosion und gegen
Ausbreitung von Lötmaterial
geschützt. Lediglich
die Kontaktanschlussflächen
der Umverdrahtungsschicht bleiben frei zugänglich. Auf diese frei zugänglichen
Kontaktanschlussflächen
der Umverdrahtungsschicht werden anschließend Kontaktanschlüsse beispielsweise
aus Lotbällen
aufgebracht. Diese Polymerschicht aus Norbornen-Monomeren dient
dann gleichzeitig als Gehäuseaußenseite
des Halbleiterbauteils.
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Da
die obigen Verfahrensschritte sowohl auf einem vereinzelten Halbleiterchips
als auch auf einem Halbleiterwafer für mehrere Halbleiterchips durchführbar sind,
muß für die Herstellung
von elektronischen Bauteilen aus einem Halbleiterwafer dieser abschließend zu
Einzelbauteilen getrennt werden.
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Diese
Bauteile können
dann unmittelbar an den Kunden geliefert werden oder noch auf der
Rückseite
oder auf den Randseiten mit einer Kunststoffmasse beschichtet werden.
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Das
Vergießen
mit einer Kunststoffmasse wird in einem weiteren Durchführungsbeispiel
des Verfahrens noch vor dem Aufbringen von Kontaktanschlüssen auf
die Kontaktanschlussflächen
durchgeführt,
da der Halbleiterchip mit Kontaktanschlussflächen aber ohne Kontaktanschluß eine relativ
ebene Auflage beim Spritzgießen
der Rückseite
des Halbleiterchips und der Randbereiche des Halbleiterchips darstellt.
Somit werden bei diesem Verfahren erst nach dem Versehen des Halbleiterchips
auf der Rückseite
und auf den Randseiten mit einem Kunststoffgehäuse die Kontaktanschlüsse beispielsweise durch
einen Lötprozess
von Lötbällen auf
den Kontaktanschlussflächen
aufgebracht.
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Zusammenfassend
ergeben sich hierdurch die erfindungsgemäße Isolationslage aus einem
Polymer von Norbornen-Monomeren und Umverdrahtungsebenen mit Polymerschichten,
die eine geringe relative Dielektrizitätskonstante aufweisen. Zwar können mit
reinem Teflon, einem Polytetrafluorethylen relative Dielektrizitätskonstanten
mit Werten unter 2 erreicht werden, jedoch ist Polytetrafluorethylen wegen
seiner schlechten Adhäsionseigenschaften für den Einsatz
in elektronischen Bauteilen als Isolationslage ungeeignet, da Polytetrafluorethylen
als Antihaftmittel bekannt ist und folglich nicht unmittelbar als
haftende Isolationslage in elektronischen Bauteilen eingesetzt werden
kann. Gut haftende Materialien wie Polyimid oder Polybenzoxazol
(PBO) liegen jedoch mit ihren relativen Dielektrizitätskonstanten
von ca. 4 in einem Bereich, der Signalkopplungsprobleme und Rauschprobleme
mit sich bringt. Durch die graduelle Fluorierung von Polynorbornen
kann der Wert der relativen Dielektrizitätskonstante stufenweise reduziert
werden. Durch den Fluorierungsgrad kann ein Bereich für die relative
Dielektrizitätskonstante
abgedeckt werden, der auch den technisch interessanten Teil bis
herunter auf 2,0 aufgrund der Dipolwirkung der polaren Fluor-Kohlenstoffbindungen abdecken
kann. Diese Eigenschaft kann in Kombination mit der erforderlichen
Haftkraft für
Isolationslagen in einem elektronischen Bauteil optimiert werden.
Durch den Grad und die Lage der Fluorierung kann die gewünschte Eigenschaft,
nämlich
eine niedrige Dielektrizitätskonstante
bzw. eine verbesserte Haftung in dem Anwendungsfall angepasst werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit bezug auf
die beigefügten
Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
eine Strukturskizze eines ersten Norbornen-Monomers für eine Isolationslage eines elektronischen
Bauteils einer ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 zeigt
eine Strukturskizze eines zweiten Norbornen-Monomers für eine Isolationslage eines
elektronischen Bauteils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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3 zeigt
Strukturskizzen von möglichen Ausgangsprodukten
einer Norbornen-Monomer-Synthese,
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4 zeigt
Strukturskizzen von möglichen Ausgangsprodukten
zur Synthese eines Norbornen-Monomers der 2,
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5 zeigt
eine Strukturskizze eines Polymers aus ersten Norbornen-Monomeren
für eine
Isolationslage eines elektronischen Bauteils der ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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6 zeigt
eine Strukturskizze eines Polymers aus zweiten Norbornen-Monomeren
für eine Isolationslage
eines elektronischen Bauteils der dritten Ausführungsform der Erfindung,
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7 zeigt
eine Strukturskizze eines Polymers von Norbornen-Monomeren für eine Isolationslage
eines elektronischen Bauteils einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
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8 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines elektronischen Bauteils
mit einer Isolationslage aus einem Polymer aus Norbornen-Monomeren.
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1 zeigt
eine Strukturskizze eines ersten Norbornen-Monomers 14 für eine Isolationslage
eines elektronischen Bauteils einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das
Norbornen-Monomer 14, wie es die 1 zeigt,
weist eine Doppelringstruktur 15 auf, die aus zwei Pentaringen
zusammengesetzt ist. Diese Doppelringstruktur 15 aus sieben
Kohlenstoffatomen weist entsprechend sieben Strukturpositionen 1 bis 7 auf.
Dabei ist die siebte Position 7 eine exponierte Position,
die sowohl bei der ersten, zweiten, als auch bei der dritten Ausführungsform
der Erfindung mit zwei Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 belegt
ist, wobei diese polaren Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 bereits
eine Erniedrigung der relativen Dielektrizitätskonstante bewirken.
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Wird
nur die siebte Position 7 durch zwei polare Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 belegt,
so entspricht dieses bei einer Homopolymerisation auf der Basis
dieses Monomers einem Fluorierungsgrad von 20%. Soll dennoch ein
Fluorierungsgrad von lediglich 10% erreichbar werden, so wird das
Norbornen-Monomer
mit einem Fluorierungsgrad von 20% mit einem nichtfluorierten Monomer
im Verhältnis
1:1 gemischt. Anschließend
wird die Mischung polymerisiert.
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Das
Monomer der 1 weist jedoch einen wesentlich
höheren
Fluorierungsgrad auf, weil auch die Positionen eins bis vier mit
Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 belegt sind, so daß lediglich
die Positionen fünf
und sechs mit insgesamt vier Kohlenwasserstoffbindungen 18 belegt
sind, was einem Fluorierungsgrad von 60% entspricht. Ein Polymer,
das durch Homopolymerisation dieses Norbornen-Monomers der 1 gebildet
wird, weist wegen der verbliebenen vier Kohlenwasserstoffbindungen 18 eine ausreichende
Adhäsionsfähigkeit
auf und hat gegenüber
einem nicht-fluorierten Norbornen-Monomer den Vorteil, daß die relative
Dielektrizitätskonstante einen
wesentlich niedrigeren Wert, der weit unter dem Wert 4 von
Polyimid oder Polybenzoxazol liegt.
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Das
Norbornen-Monomer der 1 weist zwischen den zweiten
und dritten Positionen 2 und 3 der Strukturskizze
eine Doppelbindung 6 auf, die eine Homopolymerisation d.h.
eine Polymerisation ohne Zusatzstoffe oder Brückenradikale ermöglicht,
so daß ein
langkettiges Molekül
entsteht, das in seiner makroskopischen Eigenschaft als Isolationslage nicht
nur eine geringe Dielektrizitätskonstante
in einem Bereich von 2 bis 4 vorzugsweise zwischen 2,0 und 2,4 aufweist,
sondern auch eine thermoplastische Eigenschaft besitzt. Somit kann
die Isolationsschicht durch Erweichen des Polymers oder durch Schmelzen
des Polymers auf einen Halbleiterwafer oder auf einen Halbleiterchip
aufgebracht werden. Ein mehrfacher Wechsel zwischen festem, erweichtem
oder flüssigem
Zustand ist bei derartigen kettenförmigen Polymeren oder Thermoplasten
möglich und
verbessert die Verarbeitbarkeit. Darüber hinaus kann ein Polymer
aus diesen Norbornen-Monomeren leicht in organischen Lösungsmitteln
gelöst
und damit verdünnt
werden zu dünnflüssigen Lacken,
die in dünner
Schicht auf entsprechende Halbleiterchips oder Halbleiterwafer auftragbar
sind.
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2 zeigt
eine Strukturskizze eines zweiten Norbornen-Monomers 14 für einen
Isolationslage eines elektronischen Bauteils einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Komponenten mit gleicher Funktion wie in 1 werden
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht näher erläutert. Der
Unterschied zwischen dem Monomer der ersten Ausführungsform und der zweiten
Ausführungsform besteht
darin, daß die
fünfte
und sechste Position 5 und 6 ebenfalls fluoriert
sind, und dafür
die Positionen 2 und 3, zwischen denen die Kohlenstoffdoppelbindung 16 angeordnet
ist, lediglich jeweils mit einer Kohlenwasserstoffbindung 18 belegt
sind. Auch bei dieser zweiten Ausführungsform ist die siebte Position 7 mit
zwei polaren Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 belegt, so daß der Fluorierungsgrad
dieses Monomers 80% beträgt.
Zwar nehmen die Adhäsionseigenschaften
etwas ab, aber dafür
kann die Dielektrizitätskonstante
weiter abgesenkt werden und kommt in die Nähe von Polytetrafluorethylen
(PTFE), das jedoch den Nachteil hat, daß es ein Antihaftmittel darstellt.
Ein Antihaftmittel kann jedoch zumindest für Isolationslagen, die einerseits
eine gute Haftung auf anorganischen Isolierschichten wie Siliziumdioxyd und
Siliziumnitrit aufweisen sollen, und andererseits eine gute Haftung
zu Metallschichten ermöglichen sollen,
nicht eingesetzt werden. Für
die Adhäsionsfähigkeit
des Monomers nach 2 sorgen die verbliebenen Kohlenwasserstoffbindungen
in den zweiten und dritten Positionen 2 und 3,
zwischen denen gleichzeitig eine Kohlendoppelbindung 6 vorhanden ist,
welche bei der Homopolymerisation und Bildung von Polymerketten
aus diesen Norbornen-Monomeren 14 aufgelöst wird.
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3 zeigt
Strukturskizzen von möglichen Ausgangsprodukten
einer Norbornen-Monomer-Synthese. Komponenten, die eine gleiche
Bedeutung, wie in den 1 und 2 haben,
werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht näher erläutert.
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4 zeigt
Strukturskizzen von möglichen Ausgangsprodukten
zur Synthese eines Norbornen-Monomers der 2 mit einem
Fluorierungsgrad von 80%. Komponenten, die eine gleiche Bedeutung,
wie in den vorhergehenden Figuren haben, werden mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und nicht näher
erläutert.
In dieser Ausführungsform werden
als Ausgangsprodukte einer Dien-Synthese vollständig fluoriertes Ethylen (C2F4) 36 und
teilweise fluoriertes Cyclopentadien (C5H2F4) 37 eingesetzt, bei
dem vier von sechs Wasserstoffatomen (H) durch Fluoratome (F) des
Penta-Ringes 38 ersetzt sind. Nach der Synthese ergibt
sich das Norbornen-Monomer 14 in einer Struktur, wie sie
in 2 gezeigt wird, wobei das Norbornen-Monomer 14 zu
80% fluoriert ist.
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5 zeigt
eine Strukturskizze eines Polymers aus ersten Norbornen-Monomeren 14 für eine Isolationslage
eines elektronischen Bauteils der ersten Ausführungsform der Erfindung. Da
das Monomer der 1 mit einem Fluorierungsgrad
von 60% polare Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 in den Positionen
zwei und drei, zwischen denen gleichzeitig eine Kohlenstoffdoppelbindung 16 vorherrscht,
aufweist, wird bei der Polymerisation und damit der Auflösung dieser
Kohlenstoffdoppelbindung 16 nun an jeder Koppelstelle zwischen
zwei Monomeren jeweils eine polare Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 positioniert sein.
Dies ergibt eine Kette aus aneinander gereihten Kohlenstoffatomen
mit Fluorbindungen, wie es die 3 zeigt.
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Die
Polymerkette 27 kann beliebig verlängert werden, ohne bei der
Homopolymerisation Bindemittel oder verbindende Radikale hinzufügen zu müssen, so
daß auch
keine Silizierung zur Polymerbildung erforderlich wird. Von der
zentralen Polymerkette mit Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 sind
die Kohlenwasserstoffbindungen 18 dieser Polymerkette weit
entfernt, so daß die
Polymerkette von Kohlenwasserstoffbindungen 18 umschlossen
ist, wodurch eine große
Adhäsionsfähigkeit
erreicht werden kann. Der Fluorierungsgrad dieses Polymers entspricht dem
Fluorierungsgrad des Monomers und weist in dieser ersten Ausführungsform
der Erfindung 60% auf.
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6 zeigt
eine Strukturskizze eines Polymers 13 aus Norbornen-Monomeren 14 der
zweiten Ausführungsform
der Erfindung für
eine Isolationslage eines elektronischen Bauteils. Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ist lediglich die zentrale Polymerisationskette 27 mit
Kohlenwasserstoffbindungen 18 belegt. Die räumlich außen liegenden
Kohlenstoffatome sind alle mit Fluor-Kohlenstoffbindungen 17 ausgestattet,
so daß eine
niedrige Dielektrizitätskonstante
mit diesem Polymer aus Norbornen-Monomeren erreicht werden kann.
Jedoch ist die Haftung stark eingeschränkt, da sich die Kohlenwasserstoffbindungen
auf die zentrale Polymerkette 27 konzentrieren und damit
in ihrer Wirkung eingeschränkt
sind.
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7 zeigt
eine Strukturskizze eines Polymers von Norbornen-Monomeren 14 für eine Isolationslage
eines elektronischen Bauteils einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten,
welche die gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren
erfüllen,
werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht näher erläutert. Ein Polymer 13 der
dritten Ausführungsform
nach 5 kann dadurch gebildet werden, daß ein Monomer
der ersten Ausführungsform
der Erfindung mit einem Monomer der zweiten Ausführungsform der Erfindung im
Verhältnis
1:1 vor dem Polymerisieren gemischt wird. Durch diese Mischung entsteht
eine Anordnung, bei der nicht alle Außenpositionen des Polymers
mit Fluor-Kohlenstoffbindungen belegt sind, sondern abwechselnd
dazwischen auch Kohlenwasserstoffbindungen auftreten, welche die
Adhäsionsfähigkeit
der Polymerkette erhöhen.
Der Fluorierungsgrad dieses Polymers liegt zwischen dem Polymerisationsgrad
der ersten und der zweiten Ausführungsform
und weist einen Polymerisationsgrad von 70% auf. Wird für andere
Anwendungen ein niedrigerer Polymerisationsgrad gefordert, so kann
jederzeit ein größerer Anteil
nicht-fluorierter Norbornen-Monomere zugemischt und eingesetzt werden,
um den Fluorierungsgrad der gesamten Polymerkette zu vermindern.
Sind höhere
Fluorierungsgrade als die mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung erreichbaren
80% wünschenswert,
so muß die
aus 4 oder 5 bekannte Polymerkette durch
vollständig fluorisierte
Monomere ergänzt
werden. Der Fluorierungsgrad für
ein Polymer kann bis auf 100% gesteigert werden, wenn ausschließlich für die Polymerisation
vollständig
fluorierte Norbornen-Monomere eingesetzt werden.
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8 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht eines elektronischen Bauteils 11 mit
einer Isolationslage 12 aus einem Polymer 13 aus
Norbornen-Monomeren.
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In 8 bezeichnet
die Bezugsziffer 20 einen Halbleiterwafer, die Bezugsziffer 21 eine
Umverdrahtungsleiterbahn, die Bezugsziffer 22 Kontaktflächen, die
Bezugsziffer 23 eine aktive Seite eines Halbleiterchips,
die Bezugsziffer 24 Außenkontakte, die
Bezugsziffer 25 einen Halbleiterchip, die Bezugsziffer 26 eine
Umverdrahtungsfolie, die Bezugsziffer 28 eine Metallschicht,
die Bezugsziffer 29 Kontaktanschlussflächen und die Bezugsziffer 30 einen
Bondkanal.
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In
der 8 ist auf einem Halbleiterchip 25 eine
Isolationslage 12 aus einem Polymer von Norbornen auf die
aktive Oberseite 23 des Halbleiterchips 25 aufgebracht.
Die aktive Oberseite 23 des Halbleiterchips 25 weist
in ihrem Zentrum Kontaktflächen 22 auf,
die in einer Reihe innerhalb eines Bondkanals 30 auf der
aktiven Oberseite 23 angeordnet sind. Das Kontaktfenster 30 wird
zunächst
von der Isolationslage 12 aus einem Polymer 13 der
Norbornen-Monomere freigehalten, so daß eine elektrische Verbindung 33 zwischen
der Kontaktfläche 22 und den
Umverdrahtungsleiterbahnen 21 hergestellt werden kann.
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Die
Isolationslage 12 isoliert die nicht gezeigten Leiterbahnen
auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips 25 von den
Umverdrahtungsleiterbahnen 21 auf der Umverdrahtungsfolie 26 oder
Umverdrahtungsschicht 19. Eine auf die Umverdrahtungsschicht 19 aufgebrachte
Metallschicht 28 ist derart strukturiert, daß sie einzelne
Kontaktanschlussflächen 29 aufweist,
die für
Außenkontakte 24 vorgesehen
sind. Zwischen den Kontaktanschlussflächen 29 und den Kontaktflächen 22 besteht
eine elektrische Verbindung über
die Umverdrahtungsleiterbahnen 21. Aufgrund der niedrigen
Dielektrizitätskonstante
der Isolationslage aus einem Polymer von Norbornen-Monomeren bei
gleichzeitig vorhandenen Adhäsionseigenschaften
ist es möglich,
ein elektronisches Bauteil, wie es die 6 zeigt,
zu schaffen, bei dem Rückkopplungen
zwischen den Leiterbahnen auf der aktiven Oberseite 23 des
Halbleiterchips 25 mit den Umverdrahtungsleiterbahnen 21 auf
der Isolationslage 12 vermieden werden.
-
- 1–7
- Positionen
der Doppelringstruktur des Norbornen-
-
- Monomers
- 11
- elektronisches
Bauteil
- 12
- Isolationslage
- 13
- Polymer
- 14
- Norbornen-Monomer
- 15
- Doppelringstruktur
- 16
- Kohlenstoffdoppelbindung
- 17
- Polare
Fluor-Kohlenstoffbindungen
- 18
- Kohlenwasserstoffbindungen
- 19
- Umverdrahtungsschicht
oder Umverdrahtungsfolie
- 20
- Halbleiterwafer
- 21
- Umverdrahtungsleiterbahnen
- 22
- Kontaktflächen
- 23
- aktive
Seite
- 24
- Außenkontakte
- 25
- Halbleiterchips
- 26
- Umverdrahtungsfolie
- 27
- Polymerketten
- 28
- Metallschicht
- 29
- Kontaktanschlussflächen
- 30
- Bondkanal
- 31
- Oberfläche der
Isolationslage
- 32
- Lötstoppschicht
- 33
- elektrische
Verbindung
- 34
- Ethylen
C2H4
- 35
- fluoriertes
Cyclopentadien C5F6
- 36
- fluoriertes
Ethylen C2F4
- 37
- teilweise
fluoriertes Cyclopentadien C5H2F4
- 38
- Penta-Ring