DD152025A1

DD152025A1 - Substrat fuer gedruckte schaltungen mit eingesetzten halbleiterchips

Info

Publication number: DD152025A1
Application number: DD22244780A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Beck
Original assignee: Wolfgang Beck
Priority date: 1980-07-07
Filing date: 1980-07-07
Publication date: 1981-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Substrat fuer gedruckte Schaltungen mit einem oder mehreren niveaugleich zur Leiterbahnebene eingesetzten Halbleiterchips, vorzugsweise fuer Schaltungsanordnungen kleiner geometrischer Abmessungen. Ziel der Erfindung ist eine toleranzunempfindliche und produktive Montage von Halbleiterchips. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Substrat mit eingesetztem Halbleiterchip zu schaffen, das eine sowohl konventionelle als auch simultane Verbindung aller Kontaktflaechen mit den Leiterbahnen bei kleinen geometrischen Abmessungen und guter Ableitung der Verlustwaerme ermoeglicht. Erfindungsgemaess ist die Aufgabe dadurch geloest, dass das oder die Halbleiterchips (4) bei der Herstellung des Substrates mit eingepresst werden und dass an der Rueckseite jedes Halbleiterchips (4) je ein elastisches Element (3) angeordnet ist. Die Dicke des Halbleiterchips (4) und die Dicke des elastischen Elementes (3) zusammen sind vor dem Pressvorgang groesser als die Dicke des Substrates (7). Die Leiterbahnen (8) auf dem Substrat (7) und zu den Kontakten (9) des Halbleiterchips (4) werden gleichzeitig nach bekannten Verfahren hergestellt oder aber es erfolgt eine konventionelle Drahtkontaktierung nach bekannter Bondtechnologie.

Description

Substrat für gedruckte Schaltungen mit eingesetzten Halbleiterchips

Erf indüng

Die Erfindung betrifft ein Substrat für gedruckte Schaltungen mit einem oder mehreren niveaugleich zur Leiterbahn ebene eingesetzten Halbleiterchips. Das Substrat dient als Schaltungsträger für elektronische Schaltungsanordnungen vorzugsweise kleiner geometrischer Abmessungen, beispielsweise als Schaltungsträger für elektronische Armbanduhren.

Es ist allgemein bekannt, Halbleiterchips vorzugsweise in Kunststoff- oder Keramikgehäuse einzusetzen, zu kontaktieren so?/ie die Gehäuse zu verschließen und diese Bauelemente danach in ätztechnisch oder anderv/eitig hergestellte Leiterplatten - sogenannte gedruckte Schaltungen - einzusetzen und die Anschlüsse der Bauelemente mit den Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch leitend zu verbinden, beispielsweise mittels Weichlot. Für Schaltungsanordnungen kleiner geometrischer Abmessungen ist diese Lösung jedoch wegen des notwendigen Gehäuses ungeeignet·

Nach der DE-OS 25 48 122 (HOlL - 33/00) ist es bekannt, das Halbleiterchip in einer Vertiefung eines Substrates anzuordnen, wobei die Leiterbahnen auf dem Substrat bis an den Band der Vertiefung herangeführt sind. Die elektrische Ver-

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bindung zwischen dem Halbleiterchiρ und den Leiterbahnen erfolgt, nach koplanarer Ausrichtung der Leiterbahnen auf dem Halbleiterchip und dem Substrat, durch Leiterbrücken.

Es ist weiterhin nach der DE-OS 24 25 626 (HOlL - 23/08) bekannt, daß das Halbleiterchip mit seiner aktiven Seite nach oben in der Vertiefung eines mit Leiterbahnen versehenen Substrates eingelassen ist, wobei die Leiterbahnen und die Kontaktflächen des Halbleiterchips in einer Ebene liegen und mittels Drahtbonden miteinander verbunden sind. Zum Ausfüllen der Hohlräume und zum Abdecken der Oberfläche ist eine Glaskeramik aufgebracht.

Nach der DE-AS 22 44 708 (HOlL - 23/08) ist es weiterhin bekannt, das Halbleiterchip auf einer Leiterbahn des Substrates mittels Gold aufsubonden (Chipbonden) und die Verbindungen zwischen den Eontaktflächen des Halbleiterchips und den Leiterbahnen durch Drahtbonden herzustellen, Anschließend werden das Halbleiterchip and die Bondstellen auf den Leiterbahnen mit einer Glaskeramik abgedeckt. Alle drei genannten Anordnungen haben den Nachteil, daß zum elektrischen Verbinden der Kontaktflächen des Halbleite rchips mit den Leiterbahnen des Substrates eine Anzahl von Bendverbindungen notwendig ist, so daß bei einer größeren Anzahl ^on notwendigen Bondverbindungsη ein erheblicher zeitlicher Aufwand zum Herstellen dieser Verbindungen erforderlich ist.

Es ist weiterhin nach DE-OS 24 24 857 (H05K - 3/36) bekannt, die Kontaktflächen des Halbleiterchips mit Kontakthügeln aus Lotmaterial au vershen und mit den Kontakthügeln auf die Leiterbahnen des Substrates aufzusetzen und zu verlöten. Hierdurch ist zwar eine simultane Verbindung aller Kontaktflächen des Halbleiterchips mit den Leiterbahnen des Substrates ermöglicht, aber die Abführung der Verlustwärme, die vorzugsweise von der Chiprückseite erfolgt, ist schlecht* Ein Schutz des Halblaiterchips gegen Umwelteinflüsse kann

außerdem nur durch eine zusätzliche Umhüllung erfolgen.

Nach dem DD-WP 134 4-71 (HOlL - 21/58) ist es schließlich bekannt, auf einem Substrat mittels des Siebdruckverf.ahrens Isolationspaste derart aufzubringen, daß ein Gesenk für das zu montierende Halbleiterchip entsteht, wobei die Schichtdicke der Isolationspaste der Höhe des Halbleiterchips entspricht. Nach der Montage des Halbleiterchips werden die ver bliebenen Hohlräume mit isolierenden Mitteln ausgefüllt und anschließend werden mittels Siebdruck oder einer Aufdampftechnologie mit nachfolgender Strukturierung die Leiterbahnen auf dem Substrat und gleichzeitig die Verbindungen zu dem Halbleiterchip hergestellt. Dieses Verfahren hat jedoch die Nachteile, daß eine Mehrzahl von engtolerierten und damit relativ schwierig zu beherrschenden Druckvorgängeη notwendig ist, so daß ein guter Niveauangle ich an die Chipoberseite sehr schwierig ist· Die Güte des Niveauangleichs ist aber im hohen Maße mitbestimmend für die Güte und Zuverlässigkeit der Verbindungen vom Halbleiterchip zu den Leiterbahnen auf dem Substrat« Durch die Mehrzahl von Druckvorgängen ist außerdem ein relativ hoher Arbeitsaufwand erforderlich.

Ziel der Erfindung ist eine töleranzunempfindliehe und produktive Montage von Halbleiterchips in Substraten für gedruckte Schaltungen.

Darlegung „des^Wesens^dgr^Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Substrat für gedruckte Schaltungen mit eingesetzten Halbleiterchips zu schaffen, das eine sowohl konventionelle als auch simultane Verbindung aller Kontaktflächen des Halblaiterchips mit den Leiterbahnen der gedruckten Schaltung bei kleinen geometrischen Abmessungen und guter Ableitung der Verlustwärme ermöglicht, wobei Schwankungen der Dicke des Halbleiterchips bzw. des Substrates unwirksam bleiben.

Erfindungsgeinäß ist die Aufgabe zur Schaffung eines Substrates für gedruckte Schaltungen mit einem oder mehreren eingesetzten Halbleiterchips, deren Kontaktflächen bzw. Kontakthügel in der Ebene der Leiterbahnen der gedruckten Schaltung liegen, dadurch gelöst? daß das oder die Halbleiterchips unmittelbar bei der Herstellung des Substrates in dieses mit eingepreßt sind und daß an der Bückseite eines jeden Halbleiterchips ein elastisches Element angeordnet ist, das eine kleinere Fläche gegenüber der des Halbleiterelementes hat.

Es ist zweckmäßig, daß die Dicke des Halbleiterchips und die Dicke des elastischen Elementes zusammen vor dem Preßvorgang des Substrates größer ist als die Dicke des Substrates»

Es ist ferner zweckmäßig, daß das elastische Element aus einem bei der Preßtemperatur formstabilen, elastischen Plast, "beispielsweise Polytetrafluoräthylen (PTFE), besteht»

Is ist weiterhin zweckmäßig, daß die Leiterbahnen auf dem Substrat und zu den Kontaktflächen bzw« Kontakthügeln des Halbleiterchips gleichzeitig nach bekannten Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen hergestellt sind.

Es ist auch zweckmäßig, daß die Kontaktflächen bzw. Kontakthügel des Halbleiterchips über Drahtverbindungen mit den Leiterbahnen des Substrates verbunden sind·

Ss ist schließlich vorteilhaft, daß die strukturierte Seite des Halbleiterchips mit einer Schutsschicht versehen ist.

Beim Preßvorgang des Substrates, das beispielsweise aus glasfasergefülltem Duroplast besteht, wird das Halbleiterchip an die im Substrat vorgesehene Position derart eingelagert, daß die strukturierte und mit Kontaktflächen bzw. Kontakthügeln versehene Seite des Halbleiterchips in der Ebene der Leiterbahnen zu liegen kommt» Durch das elastische Element, das an der Rückseite des Halbleiterchips angeordnet ist, wird

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die strukturierte Seite des Halbleiterchips beim Schließen der Preßform so fest gegen deren eine Seite gedrückt, daß die strukturierte Seite des Halbleiterchips frei von Preßstoff bleibt. Ist das Halbleiterchip mit Kontakthügeln versehen, so.warden nur diese gegen die Preßform-gedrückt, so daß nur die Kontakthuge 1 frei von Preßstoff bleiben, während der übrige Teil der strukturierten Seite des Halbleiterchips vom Preßstoff abgedeckt wird. Außerdem werden die Kontakthügel durch den Preßvorgang niveaügleich planiert und flächenhaft ausgebildet» .

Anschließend werden die Leiterbahnen nach bekannten Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen auf dem Substrat aufgebracht, beispielsweise durch Siebdruck von leitfälligen Pasten mit nachfolgendem Aushärten, wobei die Kontaktflächen bzw. Kontakthüge1 des Halbleiterchips gleich mit den Leiterbahnen verbunden werden, indem diese bis zu den Kontaktflächen bzw. Kontakthügeln geführt werden. Es ist aber auch möglich, die Leiterbahnen bis dicht an das Halbleiterchip heranzuführen und die Verbindung zwischen den Kontaktflächen des Halbleiterchips und den entsprechend ausgebildeten chipseitigen Enden der Leiterbahnen mit dünnen Drähten mittels einer bekannten Bondtechnologie herzustellen, beispielsweise mittels Ultraschallbondens.

Bei Chips, die auf der strukturierten Seite ganzflächig frei vom Preßstoff bleiben sollen, ist es vorteilhaft, diese Chips noch im Seheibeiiverband mit einer dünnen Schutzschicht, beispielsweise aus Fotolack, zu versehen, die nach dem Preßvorgang nach bekannten Verfahren wieder entfernt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung hat die Vorteile, daß die Kontaktflächen bzw. Kontakthügel immer niveaügleich in der Leitarbahnebene des Substrates liegen, so daß beim Druckvorgang der Leiterbahnen keine Komplikationen durch Höhenunterschiede zwischen Halbleiterchip und Substrat auftreten können, auch nicht bei Schwankungen der Dicke des Halbleiterchips bzw. des Substrates, Dadurch ist eine toleranzunempfindliche' und produktive Montage der Halbleiterchips möglich»

Durch die großflächige Einbettung des Halbleiterchips in dem Substrat wird außerdem eine gute Abführung der Verlustwärme ermöglicht« Da bei der Ausführung des Halbleiterchips mit Kontakthügeln das Halbleiterchip völlig vom Preßstoff umgeben ist, ist eine zusätzliche Umhüllung der Oberfläche des Halbleiterchips und der Bendverbindungen nicht erforderlich» Die erfinderische Lösung ist daher besonders für gedruckte Schaltungen kleiner geometrischer Abmessungen geeignet.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:

Fig· I: Einen Querschnitt durch eine geöffnete Preßform zur Herstellung von Substraten für gedruckte Schaltungen mit eingelegtem Halbleiterchip und angeheftetem elastischem Element}

Fig. 2s Einen Querschnitt durch eine gedruckte Schaltung mit eingesetztem Halbleiterchip mit Kontakthügeln;

Fig. 3: Einen Querschnitt durch eine gedruckte Schaltung mit eingesetztem Halbleiterchip und Drahtkontaktierung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Preßform zur Herstellung von Substraten für gedruckte Schaltungen dargestellt, die aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2 besteht. In das Unterteil 2 ist ein Halbleiterchip 4 in der im Substrat vorgesehenen Position derart eingelegt, daß seine mit einer Schutsschicht 6 abgedeckte strukturierte Saite auf dem Unterteil 2 liegt. An der Rückseite 5 des Halbleiterchips 4 ist ein elastisches Element 3 befestigt, beispielsweise mittels einer Klebverbindung, die in der Figur nicht dargestellt ist.

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Die Dicke des Halbleiterchips 4 und die Dicke des elastischen Elements 3 sind zusammen größer als die Dicke des zu pressenden Substrates (etwa um 0,2,..0,3 mm), d. fcu, beim Schließen der Preßform wird das Halbleiterchip 4 mit seiner durch die Schutzschicht 6 abgedeckten strukturierten Seite durch das elastische Element 3 fest auf das Unterteilt der Preßform gedrückt, so daß kein Preßstoff zv/ischan die Schutzschicht 6 und das Formunterteil 2 dringen kann. Das elastische Element 3 muß aus einem bei der Preßtemperatur formstabilen, elastischen Plast bestehen, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen (PTi¹E).

Bei der Verwendung von Halbleiterchips 4 mit Kontakthügeln auf dessen strukturierter Seite kann eine Schutzschicht entfallen» Beim Preßvorgang werden die Kontakthügel des Halbleiterchips 4 durch das elastische Element 3 so fest auf das Unterteil 2 gedrückt, daß sie frei von Preßstoff bleiben und außerdem niveaugleicii planiert und flächenhaft ausgebildet werden.

In Fig. 2 ist ein nicht maßstabsgerechter Querschnitt durch eine gedruckte Schaltung dargestellt. In einem Substrat 7 ist das Halbleiterchip 4 eingepreßt, das mit Kontakthügeln versehen ist. Die Kontakthügel 9 sind mit Leiterbahnen 8 der gedruckten Schaltung unmittelbar verbunden* Die strukturierte Seite des Halbleiterchips 4 ist mit einer PreB-stoffschicht 10 abgedeckt, so daß keine zusätzliche Umhüllung erforderlich ist. Die Verbindung der Leiterbahnen 8 mit den KontakthügeIn 9 erfolgt gleichzeitig mit der Herstellung der Leiterbahnen 8, beispielsweise durch Siebdruck einer leitfähigen Paste mit nachfolgender Aushärtung.

In Fig. 3 ist das Halbleiterchip 4 mit Kontaktflächen 13 ' versehen. Dia für den Preßvorgang vorteilhafte dünne Schutzschicht 6 von etwa l/Um Dicke (Fig. 1) wird nach dem Preßvorgang von der gesamten Fläche des Halbleiterchips 4

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entfernt· Die Verbindung der Kontaktflächen 13 mit den Leiterbahnen 8 erfolgt mittels eines Drahtes 12 durch je eine-Bondverbindung 11 auf der Leiterbahn 8 und auf der Kontairfcflache 13 mittels einer bekannten Bcndt6chnologie, beispielsweise mittels Ultraschallbondens. Eine zusätzliche Umhüllung der strukturierten Seite des Halbl6iterchips 4 und der Bondverbindungen 11; 12j 13 ist zweckmäßig, um die Anordnung vor Umwelteinflüssen zu schützen« Diese zusätzliche Umhüllung ist in der Fig. 3 nicht dargestellt«

Claims

1. Substrat für gedruckte Schaltungen mit einem oder mehreren eingesetzten Halbleiterchips, deren Kontaktflächen bzw. Kontakthügel in der Ebene der Leiterbahnen der gedruckten Schaltung liegen, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Halbleiterchips (4) unmittelbar bei der Herstellung des Substrates (7) in dieses mit eingepreßt sind und daß an der Rückseite (5) jedes Halbleiterchips (4) ein elastisches Element (3) angeordnet ist, das gegenüber dem Halbleiterchip (4) eine kleinere Fläche hat.

2. Substrat nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Halbleiterchips (4) und die Dicke des elastischen Elements (3) vor dem Preßvorgang zusammen größer

- sind als die Dicke des Substrates (7).

3« Substrat nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (3) aus einem bei der Preßtemperatur formstabilen, elastischen Plast, beispielsweise Polytetrafluorethylen, besteht.

4. Substrat nach Punkt 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (8) auf dem Substrat (7) und zu den Kontaktflächen bzw. Kontakthügeln (13j 9) des Halbleiterchips (4) gleichzeitig nach bekannten Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen hergestellt sind.

5>. Substrat nach Punkt 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen bzw. Kontakthügel (13; 9) des Halbleiterchips (4) über Drahtverbindungen (12) mit den Leiterbahnen (8) des Substrates (7) verbunden sind.

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6. Substrat nach Punkt 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, da-ß die strukturierte Seite des Halbleiterchips (4) während des PreBvorganges mit einer Schutzschicht (6) versehen ist,

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