DE10046296A1 - Elektronisches Chipbauteil mit einer integrierten Schaltung und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Elektronisches Chipbauteil mit einer integrierten Schaltung und Verfahren zur Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Chipbauteil und ein Verfahren zur Herstellung des Chipbauteils mit einer integrierten Schaltung (6) in einem Halbleiterchip (1) und Kontaktflächen (2) auf der aktiven Oberfläche (3) des Halbleiterchips (1), wobei die Kontaktflächen (2) der integrierten Schaltung (6) eine Kontaktschicht (7) aus Andruckkontaktmaterial aufweisen, die über das Niveau der obersten elektrisch nichtleitenden Schicht (5) hinausragen und wobei die aktive Oberfläche des Halbleiterchips (1) eine der Kontaktschichthöhe angepaßte schmelzflüssige Klebstoffschicht (9) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Chipbauteil mit ei­ ner integrierten Schaltung und ein Verfahren zu seiner Her­ stellung.
Integrierte Schaltungen werden zunehmend auch für Anwendungs­ fälle eingesetzt, in denen nicht die gleichen Anforderungen an die Qualität und Zuverlässigkeit der Verbindungsstelle zwischen Halbleiterchip und Kontaktanschlußflächen eines ex­ ternen Schaltungsträgers unter entsprechenden Extrembedingun­ gen gestellt werden, wie es z. B. für den Einsatz in der Tele­ kommunikation, der Luft- und Raumfahrt, der Verkehrstechnik, der Medizintechnik usw. erforderlich ist. Chipbauteile mit derartigen integrierten Schaltungen, die nicht die extremen Anforderungen an Temperaturwechselbeständigkeit bei hohen bzw. tiefen Extremtemperaturen oder die Lagerfähigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen müssen, gehören zu den "Low­ tech"-Chipbauteilen, die ein Anwendungssegment abdecken sol­ len, bei dem die kostenintensiven Verbindungstechniken her­ kömmlicher Chipbauteile ersetzt werden müssen durch preiswer­ tere Lösungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Verbindungstechnik zu ver­ einfachen und die Verfahrenskosten beim Verbinden von Chip­ bauteilen mit Chipträgern zu vermindern.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen An­ sprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß weist das elektronische Chipbauteil eine in­ tegrierte Schaltung in einem Halbleiterchip auf, das auf sei­ ner aktiven Oberfläche Kontaktflächen aufweist, die dem An­ schließen der integrierten Schaltung an externe Schaltungs­ träger dienen. Dazu weisen die Kontaktflächen gegenüber dem Niveau der obersten elektrisch nichtleitenden Schicht der in­ tegrierten Schaltung eine Kontaktschicht auf, die aus Andruck Kontaktmaterial besteht, und ragen über das Niveau der ober­ sten elektrisch nichtleitenden Schicht hinaus. Darüber hinaus ist zumindest die aktive Oberfläche des Halbleiterchips, die nicht von den Kontaktflächen eingenommen wird, von einer der Kontaktschichthöhe angepaßten schmelzfähigen Klebeschicht be­ deckt.
Ein derartig aufgebautes elektronisches Chipbauteil hat den Vorteil, daß es ohne zusätzliches Gehäuse ausgeliefert werden kann und unmittelbar auf einen externen Schaltungsträger un­ ter Bildung einer Andruckkontaktierung zwischen den Andruck­ kontaktflächen des elektronischen Chipbauteils und den Kon­ taktanschlußflächen des externen Schaltungsträgers montierbar ist. Ein weiterer Vorteil dieses elektronischen Chipbauteils ist es, daß die Präparation der Kontaktflächen mittels einer zusätzlichen Kontaktschicht unmittelbar auf einem Halbleiter­ wafer für mehrere integrierte Schaltungen simultan erfolgen kann und ebenso das Aufbringen einer angepaßten schmelzfähi­ gen Klebeschicht im ungeteilten Zustand des Halbleiterwafers für mehrere integrierte Schaltungen und damit für mehrere elektronische Chipbauteile in einem Arbeitsschritt erfolgen kann. Schließlich ist ein ganz wesentlicher Vorteil des er­ findungsgemäßen elektronischen Chipbauteils, daß es ohne Ge­ häuse vermarktet werden kann, so daß der Abnehmer sowohl in der Formgebung des externen Schaltungsträgers als auch in der Ausbildung sehr flacher mit elektronischen Chipbauteilen be­ stückter Schaltungsträger frei gestalten kann. Außerdem er­ möglicht das erfindungsgemäße mit Andruckkontaktflächen aus­ gestattete elektronische Chipbauteil einen Einbau oder Aufbau auf externe flexible Schaltungsträger, da die erfindungsgemä­ ße Andruckkontakttechnik eine weite Toleranz in bezug auf die Anpassung der Wärmeausdehnungseigenschaften des Halbleiter­ chips und des Schaltungsträgers zuläßt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der externe Schal­ tungsträger ein Sicherungschipträger für Konsumartikel. Diese Sicherungschipträger sind mit integrierten Sicherungsschal­ tungen bestückt, um über sogenannte Tags den Konsumartikel zu kennzeichnen, logistisch zu verwalten und vor einer unberech­ tigten Entnahme zu sichern. Da derartig gesicherte Konsumar­ tikel in klimatisierten Räumen in großen Mengen gelagert, verwaltet und angeboten werden, kann das elektronische Chip­ bauteil auf dem Sicherungschipträger aufgrund der kostengün­ stigen Herstellung der elektrischen Verbindungsstellen zwi­ schen Sicherungschipträger und elektronischen Chipbauteilen zur Verbilligung auch der Konsumartikel beitragen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der ex­ terne Schaltungsträger ein Chipträger mit Antennenfunktion für Zugangskontrollen zu Fahrzeugen und/oder Gebäuden. Auch dieser Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Chipbauteils nutzt den Vorteil, daß das elektronische Chipbauteil ohne spezielle Gehäuseform einem beliebig geformten Chipträger, einem Gehäuse- oder Fahrzeugschlüsselkopf oder anderen mit Antennenfunktion ausgestatteten Zugangskontrollvorrichtungen angepaßt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der ex­ terne Schaltungsträger ein Chipträger für Identitäts-, Bu­ chungs-, Telefon- und/oder Bankautomatenkarten. Bei dieser Ausführungsform kommt ebenfalls der Vorteil eines elektroni­ schen Chipbauteils zur Geltung, das keinerlei Gehäuseteile aufweist und somit einfach und platzsparend auf die jeweili­ gen Karten aufgeklebt oder in entsprechenden Aussparungen der Karten untergebracht werden kann. Ferner kommt bei dieser Ausführungsform besonders die Flexibilität der Andruckkon­ taktlösung dieses elektronischen Chipbauteils zur Geltung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der ex­ terne Schaltungsträger ein Chipträger für die Steuerung von Spielzeugen und/oder Modellen. Bei dieser bevorzugten Anwen­ dung der Erfindung wirkt sich besonders die preiswerte Ferti­ gungs- und Weiterverarbeitungsmöglichkeit des erfindungsgemä­ ßen elektronischen Chipbauteils aus. Im Prinzip kann jedes elektronische Chipbauteil Bestandteil eines Bausatzes sein, aus denen Spielzeuge und Modelle zusammengesetzt sind, da aufgrund der schmelzfähigen Klebeschicht das elektronische Chipbauteil für den Bausatz handhabbar, austauschbar und mehrfach einsetzbar wird.
Die Klebeschicht weist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zwischen den Andruckkontaktflächen eine größere Dicke auf als auf den Andruckkontaktflächen. Diese Unter­ schiede in der Dicke können bereits beim Auftragen der Klebe­ schicht durch die gewählte Auftragstechnik auf einen Halblei­ terwafer erreicht werden, insbesondere, wenn die Klebeschicht durch Rollbeschichten mit filmbildenden Medien erfolgt ist. Eine unterschiedliche Dicke der Klebeschicht zwischen An­ druckkontaktfläche und dem übrigen Oberflächenbereich eines Halbleiterwafers hat den Vorteil für die Weiterverarbeitung und Anwendung des elektronischen Chipbauteils, daß eine ge­ ringe Erwärmung bereits ausreicht, um mit den Andruckkontakt­ flächen durch eine hauchdünne Klebeschicht unter Anwendung eines geringen Anpreßdruckes hindurchzustoßen.
Durch besondere Auswahl des Klebeschichtmaterials in bezug auf die zu verklebenden Oberflächen und in bezug auf die von Klebstoff freizuhaltenden Oberflächen benetzt im geschmolze­ nen Zustand die Klebeschicht die elektrisch nichtleitende oberste Schicht der integrierten Schaltung und den Oberflä­ chenbereich des Schaltungsträgers außerhalb der Kontaktan­ schlußflächen und benetzt im schmelzflüssigen Zustand nicht die Andruckskontaktflächen des elektronischen Chipbauteils selbst sowie die Kontaktanschlußflächen auf dem Schaltungs­ träger. Bei dieser Abstimmung der Benetzungseigenschaften des Materials der Klebeschicht in bezug auf die Materialien von elektronischem Chipbauteil und externem Schaltungsträger wird vorteilhaft erreicht, daß sich im schmelzflüssigen Zustand die Klebstoffschichtbereiche von den Bereichen der Andruck­ kontaktflächen und Kontaktanschlußflächen trennen, indem sich der Klebstoff auf die Oberflächenbereiche zurückzieht, die benetzbar sind.
Zur Verbesserung der Kontaktgabe der Andruckkontaktflächen können diese in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Aufrauhung aufweisen. Diese Aufrauhung kann bereits mit der Herstellung bzw.. Abscheiden des Andruckkontaktmaterials entstehen oder durch einen zusätzlichen Aufrauhungsschritt erfolgen, der dann für den gesamten Halbleiterwafer gleich­ zeitig dem Befreien der Kontaktandruckflächen von eventuell anhaftendem Klebstoff in vorteilhafter Weise dienen kann.
Das Andruckkontaktmaterial der Andruckkontaktfläche ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine duktile elektrisch leitende Metall-Legierung. Die Duktilität der Me­ tall-Legierung gewährleistet, daß sich die Andruckkontaktflä­ che der Oberfläche einer Kontaktanschlußfläche eines externen Schaltungsträgers anpassen kann. Insbesondere ist die Dukti­ lität dann von Vorteil, wenn die Kontaktanschlußflächen nach der Präparation des Schaltungsträgers aufgerauht sind, so daß beim Andruckkontaktieren sich das duktile elektrisch leitende Metallmaterial in die rauhe Oberfläche der Kontaktanschluß­ flächen des Schaltungsträgers einarbeiten kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das An­ druckkontaktmaterial eine oxidationsresistente Metall- Legierung. Eine derartige Metall-Legierung gewährleistet, daß die Andruckkontaktflächen nicht durch Oxidation in ihrer elektrischen Kontaktierfähigkeit im Laufe der Zeit beein­ trächtigt werden, sondern gewährleistet eine langlebige elek­ trische Kontaktierung zwischen den zu kontaktierenden Kompo­ nenten.
Das Andruckkontaktmaterial der Andruckkontaktfläche ist in einer weiteren Ausführungsform eine Nickel-Gold-Legierung. Dabei sorgt der Goldanteil für die erforderliche Oxidations­ resistenz und der Nickelanteil für die gewünschte Festigkeit des Andruckkontaktes. Bei Andruckkontaktmaterialien auf der Basis von Silber ergibt sich der Vorteil, daß Silber nicht mit dem Sauerstoff oder mit den Wassermolekülen in der Luft reagiert, sondern Silbersulfit in einer normalen atmosphäri­ schen Umgebung bildet, das im Gegensatz zu den meisten Metall­ oxiden elektrisch leitend bleibt. Bei Verwendung eines auf Indium basierenden Andruckkontaktmaterials ergibt sich der Vorteil, daß Indiumoxid eines der wenigen elektrisch leiten­ den Oxide bildet und somit sich der Andruckkontakt selbst durch den atmosphärischen Sauerstoff nicht wesentlich während der Betriebslebensdauer verschlechtert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ragt die An­ druckkontaktfläche 1,5 bis 8 µm über die oberste elektrisch nichtleitende Schicht der integrierten Schaltung hinaus. Mit dieser Kontaktflächenerhöhung der integrierten Schaltung wird gewährleistet, daß ein sicherer Andruckkontakt zu den Kontakt­ anschlußflächen eines externen Schaltungsträgers beim Auf­ kleben des elektronischen Chipbauteils erreichbar ist. Dazu weist die Klebeschicht wenigstens die Dicke der Kontakt­ schicht auf und ist zwischen den Andruckkontaktflächen ange­ ordnet. Bei Klebeschichten mit einer Dicke unterhalb der Kon­ taktschichtdicke besteht die Gefahr, daß das Klebstoffvolumen nicht ausreicht, das Chipbauteil mit dem Schaltungsträger so zu verbinden, daß eine sichere Kontaktierung zwischen Kontak­ tandruckflächen und Kontaktanschlußflächen gewährleistet ist.
Soweit der Klebstoff die Dicke der Andruckkontaktflächen überragt und teilweise auf den Andruckkontaktflächen positio­ niert ist, wird er beim Kontaktieren des elektronischen Chip­ bauteils mit dem externen Schaltungsträger von den Andruck­ kontaktflächen verdrängt und füllt teilweise die Zwischenräu­ me zwischen den Kontaktanschlußflächen des externen Schal­ tungsträgers auf. Mit dieser Ausführungsform des elektroni­ schen Chipbauteils ist der Vorteil verbunden, daß der Über­ schuß an Klebstoffvolumen derart bemessen ist, daß der Zwi­ schenraum zwischen oberster nichtleitender Schicht des Chip­ bauteils und der Oberfläche des Schaltungsträgers, die nicht von den Kontaktanschlußflächen belegt ist, teilweise von Klebstoff benetzt wird, so daß beim Erkalten des schmelzflüs­ sigen Klebstoffs ein intensiver Kontakt zwischen den Andruck­ kontaktflächen des elektronischen Chipbauteils und den Kon­ taktanschlußflächen des Chipträgers erreicht wird. Ein Über­ schreiten der Nivellierung der Klebstoffschicht mit der Über­ höhung der Andruckkontaktflächen ist bei dieser Ausführungs­ form erwünscht, um ein Füllen der oben angegebenen Zwischen­ räumen zwischen elektronischem Chipbauteil und Schaltungsträ­ ger zu gewährleisten.
In einer der Ausführungsformen der Erfindung besteht der Klebstoff aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugswei­ se aus Glykolesterterephthalat, dessen Schmelzvolumen größer ist als das Volumen des erstarrten Klebstoffs, so daß die auftretenden Spannungen in dem sich verfestigenden Klebstoff zusätzlich das elektronische Chipbauteil auf den externen Schaltungsträger in vorteilhafter Weise ziehen, so daß ein intensiver Andruckkontakt zwischen Andruckkontaktflächen und Kontaktanschlußflächen gewährleistet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von elektroni­ schen Chipbauteilen ist durch folgende Verfahrensschritte ge­ kennzeichnet:
  • - selektives Aufbringen einer Kontaktschicht aus Andruck­ kontaktmaterial auf Kontaktflächen eines Halbleiterwa­ fers mit einer. Vielzahl integrierter Schaltungen zur Herstellung überhöhter Andruckkontaktflächen,
  • - Aufbringen einer an die Höhe der Kontaktschicht angepaß­ ten schmelzfähigen Klebeschicht auf die Oberfläche des Halbleiterwafers, und
  • - Teilen des Halbleiterwafers in einzelne elektronische Chipbauteile mit Andruckkontaktflächen einer vereinzel­ ten integrierten Schaltung.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die wesentlichen Schritte, nämlich das selektive Aufbringen einer Kontakt­ schicht und das Aufbringen einer Klebeschicht für die elek­ tronischen Bauteile noch vor dem Trennen eines Wafers in ein­ zelne elektronische Chipteile erfolgt. Ferner wird durch die­ ses Verfahren eine Andruckkontaktverbindung der Chipteile mit einem externen Schaltungsträger möglich, die keinerlei Bond- oder Lötvorgänge erfordert. Somit kann bei relativ niedriger Temperatur der schmelzfähigen Klebeschicht eine Kontaktver­ bindung zwischen den beiden Komponenten ohne großen Aufwand hergestellt werden. Darüber hinaus wird der schmelzfähige Klebstoff als derart dünne Klebeschicht angewandt, daß extrem kurze Kontaktierzeiten möglich werden.
Die Anwendung des schmelzflüssigen Klebstoffs bereits auf die Chips im Scheibenverbund ermöglicht darüber hinaus eine be­ sonders kostengünstige Simultanpräparation sehr vieler Chips. Somit wird mit diesem Verfahren gegenüber bekannten Kontak­ tierverfahren ein schneller und damit kostengünstiger Ablauf zur Herstellung von Chipverbindungen mit geringer Einbauhöhe ermöglicht. Die Erfindung schafft somit eine Möglichkeit der einfachen und kostengünstigen Klebstoffapplikation bereits auf der Scheibenebene und durch Verwendung von schmelzflüssi­ gem Klebstoff extrem kurze Kontaktierzeiten.
Dazu wird ein Verfahren zum Kontaktieren der Andruckkontakt­ flächen eines Chipbauteils mit einem externen Schaltungsträ­ ger durch folgende weitere Schritte erreicht:
  • - Ausrichten des elektronischen Chipbauteils mit Andruck­ kontaktflächen in bezug auf Kontaktanschlußflächen eines Schaltungsträgers, und
  • - Andruckkontaktieren des Chipbauteils auf einem externen Schaltungsträger mittels eines Wärme- und Druckimpulses.
Dieses Kontaktierverfahren hat den Vorteil, daß die Wärmebe­ lastung während des Kontaktierschrittes zeitlich und örtlich begrenzt wird, so daß das Chipbauteil und der Schaltungsträ­ ger thermisch nur minimal belastet werden. Dazu wird das Chipbauteil von einem Kontaktierstempel aufgenommen, positio­ niert und auf dem Einbauplatz angedrückt, ein kurzer intensi­ ver Wärmeimpuls, der ausreicht, die Klebeschicht zu schmel­ zen, aufgebracht, so daß die Andruckkontaktflächen die even­ tuell vorhandene Klebstoffschicht eines die Andruckkontakt­ flächen benetzenden Klebstoffs durchdringen, während in dem übrigen Bereich eine ganzflächige Klebung zwischen Chipbau­ teil und Schaltungsträger erfolgt.
Für Klebstoffe, die metallische Oberflächen im schmelzflüssi­ gen Zustand nicht benetzen und sich auf die nichtmetallischen Oberflächen des elektronischen Chipbauteils aufgrund ihrer Oberflächenspannung im schmelzflüssigen Zustand benetzend zu­ rückziehen, erfolgt die intensive Kontaktierung unmittelbar nach Aufsetzen des elektronischen Chipbauteils mit Hilfe des Kontaktierstempels auf dem externen Schaltungsträger, ohne daß Klebstoffreste auf den Andruckkontaktflächen stören.
Die Wärmeimpulsgabe kann durch Infrarotstrahlung erfolgen, für die insbesondere elektronische Chipbauteile aus Silizium durchlässig sind, wobei zur Übertragung und Aufnahme der Wär­ me von dem schmelzfähigen Klebstoff dieser Pigmentpulver bzw. Füllpulver aufweist, das Infrarotstrahlung absorbiert, so daß vorteilhaft eine lokale Erwärmung und Verflüssigung lediglich der Klebstoffschicht erfolgt.
Ein weiteres Verfahren zur Einbringung eines Wärmeimpulses kann durch einen Mikrowellenimpuls erfolgen, der beispiels­ weise über eine Mikrowellenankopplung der Kontaktierstempel unmittelbar auf die Klebstoffschicht einwirkt, wozu ein mi­ krowellenabsorbierender Klebstoff eingesetzt wird.
In einer weiteren Durchführung des Verfahrens wird die Kon­ taktschicht selektiv mittels stromloser Abscheidung aufge­ bracht. Derartig stromlose Abscheidungsbäder sind preiswert und gewährleisten, daß eine Andruckkontakterhöhung lediglich auf den metallischen Oberflächen der elektrisch leitenden Kontaktflächen eines Wafers aufwachsen, während der übrige Oberflächenbereich des Halbleiterwafers durch entsprechende Badbewegungen von einer stromlosen Abscheidung freigehalten werden kann.
Eine weitere bevorzugte Durchführung des Verfahrens zum se­ lektiven Aufbringen einer Kontaktschicht ist die Schwall­ badtechnik, die jedoch lediglich für Kontaktmaterialien durchführbar ist, die bei niedriger Temperatur verschmolzen werden können. Derartige Schwallbadmaterialien weisen Indium­ legierungen auf, die zusätzlich den Vorteil haben, daß sich bildende Indiumoxide elektrisch leitend bleiben und damit für einen Andruckkontakt besonders geeignet sind.
In einer weiteren Durchführung des Verfahrens erfolgt die se­ lektive Aufbringung erhöhter Andruckkontaktflächen mittels stromloser Abscheidung einer Nickel-Gold-Legierung, die auf­ grund des Goldgehaltes besonders oxidationsbeständig ist.
Ein weiteres Durchführungsbeispiel für das selektive Aufbrin­ gen des Andruckkontaktmaterials ist das Aufbringen oder Ab­ scheiden durch eine Maske hindurch. Derartige Masken können aus Metallfolien mit entsprechenden Öffnungen für ein Auf­ dampfen oder Aufsputtern des Andruckkontaktmaterials beste­ hen. Ferner kann ein selektives Aufbringen auch dadurch er­ reicht werden, daß zunächst eine geschlossene Schicht des An­ druckkontaktmaterials auf dem Halbleiterwafer abgeschieden wird und anschließend durch eine entsprechende Maskentechno­ logie ein selektives Ätzen vorzugsweise Plasmaätzen erfolgt. Jedoch sind auch naß chemische Ätzverfahren einsetzbar, die alle Metallflächen, die nicht von der Maske bedeckt sind, wegätzen. Die Maske selbst besteht bei dieser Durchführung des Verfahrens aus einer photolithographisch aufgebrachten Photolackschicht. Das flächige Aufbringen des Andruckkontakt­ materials kann mittels Sputtern, Aufdampfen oder Plasmaab­ scheiden erfolgen.
Die unterschiedlichen Verfahren zum selektiven Aufbringen des Andruckkontaktmaterials bzw. der Kontaktschicht haben den Vorteil, daß für jeden Anwendungsfall abhängig von der Größe der Andruckkontaktflächen, die auf dem elektronischen Chip­ bauteil aufgebracht werden sollen, ein geeignetes und opti­ miertes Verfahren einsetzbar ist. Da mit zunehmender Andruck­ kontaktfläche der Kostenaufwand für das Verfahren zur Her­ stellung erhöhter Kontaktandruckflächen abnimmt, kann es ein Vorteil sein, die mikroskopisch kleinen Kontaktflächen der integrierten Schaltungen in einem ausreichend großen Abstand auf dem Halbleiterchip anzuordnen, so daß großflächige, bil­ lig herzustellende Andruckkontaktflächen, die mit den mikro­ skopisch kleinen Kontaktflächen der integrierten Schaltung elektrisch verbunden sind, auf der Chipoberfläche angeordnet werden können. Unter großflächig werden in diesem Zusammen­ hang Flächen mit Kantenlängen über 25 µm und unter mikrosko­ pisch kleinen Flächen werden Flächen verstanden, die nur mit Hilfe eines Lichtmikroskops meßbar sind.
Die Aufbringung einer Klebeschicht aus dem oben aufgeführten Klebstoff wird in einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels Auflaminieren einer Klebstoff-Folie er­ reicht. Ist das Material der Klebstoff-Folie für metallische Oberflächen nicht benetzend, so werden beim schmelzflüssigen Erwärmen der auflaminierten Klebstoffschicht die metallischen Andruckkontaktflächen freigelegt, während der Klebstoff sich zwischen den Andruckkontaktflächen konzentriert.
Die Klebeschicht kann in einer weiteren Durchführung des Ver­ fahrens aufgesprüht werden, wobei der Klebstoff für die Kle­ beschicht in einem Lösungsmittel zunächst gelöst ist und sich nach Verdampfen des Lösungsmittels der Klebstoff zu einer Klebeschicht auf dem Halbleiterwafer gleichmäßig verteilt. Ein Aufsprühen der Klebeschicht kann auch im schmelzflüssigen Zustand des Klebstoffs erfolgen, wobei eine Klebeschicht auf der Waferoberfläche erstarrt. Von diesen beiden Verfahrens­ möglichkeiten wird das Aufbringen einer Klebeschicht mittels im Lösungsmittel verdünntem Klebstoff bevorzugt. Beim Auf­ sprühen einer Klebeschicht ist zunächst die Dicke der Klebe­ schicht sowohl auf den Andruckkontaktflächen als auch in den Zwischenräumen gleich dick, so daß beim Aufbringen des elek­ tronischen Chipbauteils auf einen externen Träger die An­ druckkontaktflächen die Klebeschicht durchdringen müssen.
Verfahren, die eine unterschiedliche Dicke zwischen der Kle­ beschicht auf den Andruckkontaktflächen und der Klebeschicht in den Zwischenräumen ermöglichen, sind das Tauchbeschichten oder das Aufschleudern des Klebstoffs. In beiden Fällen wird ein Klebstoff gelöst in Lösungsmitteln beim Auftragen der Klebstoffschicht bevorzugt.
Einen besonderen Vorteil beim Auftragen der Klebstoffschicht bildet das Rollbeschichten, bei dem filmbildende Medien auf­ gebracht werden und durch das Rollbeschichten dafür gesorgt wird, daß die Klebeschicht auf den Andruckkontaktflächen we­ sentlich dünner ist als in den Zwischenräumen. Schließlich ist in einer weiteren Durchführung des Verfahrens eine Pul­ verbeschichtung mittels filmbildender Medien vorgesehen, wo­ bei der Wafer beim Aufbringen des Pulvers erwärmt wird, so daß sich das filmbildende Medium als Klebeschicht ausbreiten kann.
Sind die Halbleiterwafer in der erfindungsgemäßen Weise mit Andruckkontaktflächen und einer mindestens dazwischenliegen­ den Klebeschicht hergestellt, können die Wafer in einzelne Halbleiterchipbauteile getrennt werden und mit einem weiteren Verfahrensschritt ohne Einkapseln in ein Gehäuse entsprechend den Anforderungen der Kunden magaziniert werden.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines teilweisen Quer­ schnitts durch einen Halbleiterwafer mit einer Vielzahl integrierter Schaltungen für elektronische Chipbauteile.
Fig. 2 ist eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch ein elektronisches Chipbauteil vor dem Aufbringen des Chipbauteils auf einen externen Schaltungsträger.
Fig. 3 ist eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch ei­ nen externen Schaltungsträger mit aufgebrachtem elektronischen Chipbauteil unter Andruckkontaktie­ rung zwischen Chipbauteil und Schaltungsträger.
Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines teilweisen Querschnitts durch einen Halbleiterwafer 17 mit einer Vielzahl integrier­ ter Schaltungen 6, von denen nur drei beispielhaft gezeigt werden. Weder die Querschnittsdicke noch die Größe der Chip­ bauteile 16 sind maßstabsgerecht dargestellt. Vielmehr ist die Längenausdehnung einzelner dargestellter Komponenten der Chipbauteile, wie die Andruckkontaktflächen 10, zur Verdeut­ lichung der Erfindung wesentlich größer dargestellt, als sie für das reale Chipbauteil verwirklicht ist. Dieses gilt auch für die weiteren Darstellungen in den Fig. 2 und 3.
In Fig. 1 wird ein Halbleiterwafer 17 gezeigt, der in seinem aktiven Bereich integrierte Schaltungen 6 eingebettet hat, von denen lediglich drei in Fig. 1 angedeutet werden. Diese integrierten Schaltungen 6 weisen auf der aktiven Oberfläche des Halbleiterwafers 17 eine Anzahl von Kontaktflächen 2 auf, die von einer obersten nichtleitenden Schicht 5 umgeben sind bzw. freigehalten werden. Damit ist das Niveau der Kontakt­ flächen 2 auf dem Halbleiterwafer 17 tiefer als das Höhenni­ veau der obersten nichtleitenden Schicht 5. Über den Kontakt­ flächen 2 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Andruckkontaktfläche 10 angeordnet, die einerseits in ihrer flächigen Erstreckung größer ist als die Kontaktfläche 2 auf einem Halbleiterchip 1 und gegenüber der obersten nichtlei­ tenden Schicht 5 erhöht ist. Diese metallische Andruckkon­ taktfläche 10 ragt über das Niveau der obersten nichtleiten­ den Schicht 5 um 1,5 bis 8 µm heraus. Die gesamte aktive Oberfläche 8 des Halbleiterwafers 17 ist von einer Klebe­ schicht 9 bedeckt, die zwischen den Andruckkontaktflächen 10 eine Dicke 11 aufweist, die größer ist als auf den Kontakt­ flächen 10, wo sie eine Dicke 12 aufweist. Die unterschiedli­ chen Dicken 11 und 12 in den verschiedenen Bereichen des Halbleiterwafers 17 der Klebeschicht 9 kann durch Auswahl ge­ eigneter Aufbringungsverfahren der Klebeschicht erreicht wer­ den. In dieser Ausführungsform wurde die Klebeschicht mittels Aufschleudern auf die Oberfläche des Halbleiterwafers aufge­ bracht, nachdem die Überhöhung der Kontaktflächen 2 durch ein Andruckkontaktmaterial erfolgt ist.
Das Andruckkontaktmaterial der Andruckkontaktflächen 10 ist auf den Wafer mittels selektiver stromloser Abscheidung einer Nickel-Gold-Legierung erfolgt. Die Klebeschicht 9 besteht aus einem schmelzfähigen Klebstoff aus thermoplastischem Kunst­ stoff und kann Füllstoffe aufweisen, die ein Aufwärmen mit­ tels Infrarotstrahlung und/oder ein Aufwärmen mittels Mikro­ wellenenergie unterstützen, so daß durch einen kurzzeitigen Wärmeimpuls eine derartige Klebeschicht 9 in ihren schmelz­ flüssigen Zustand überführt werden kann. Bei dem Überführen der Klebeschicht 9 in einen schmelzflüssigen Zustand kann durch unterschiedliche Benetzungseigenschaften des Klebstoffs auf einem metallischen und einem nichtleitenden Untergrund erreicht werden, daß sich der Klebstoff zwischen den Andruck­ kontaktflächen zusammenzieht und automatisch die metallischen Oberflächen freilegt.
Nach dem Aufbringen einer derartigen Schichtstruktur aus An­ druckkontaktflächen und Klebstoffbereichen auf einem Halblei­ terwafer 17 mit einer Vielzahl integrierter Schaltungen 6 kann der Wafer in einzelne elektronische Chipbauteile 16 an den strichpunktierten Grenzlinien in Fig. 1 getrennt werden und für die Weiterverwendung magaziniert werden, ohne daß ein Chipgehäuse erforderlich ist.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch ein elektronisches Chipbauteil 16 vor dem Aufbringen des Chipbau­ teils 16 auf einen externen Schaltungsträger 4. Der Schal­ tungsträger 4 weist metallische Leiterbahnen 19 auf, die mit Kontaktanschlußflächen 13 elektrisch verbunden sind. Der ex­ terne Chipträger 4 besteht im wesentlichen aus einem Isola­ tormaterial, das an seiner Oberfläche teilweise metallisiert ist. Gegenüber den Kontaktanschlußflächen 13 des Chipträgers sind, wie Fig. 2 zeigt, die Andruckkontaktflächen eines Chipbauteils 16 angeordnet.
Das Chipbauteil 16 ist entsprechend der Fig. 1 aufgebaut und gleiche Bezugszeichen sind für gleiche Elemente und Komponen­ ten gewählt, so daß eine Erläuterung der sich wiederholenden Bezugszeichen weggelassen wird. Die Positionierung eines elektronischen Chipbauteils 16 über einem externen Schal­ tungsträger 4 kann mit Hilfe eines nichtgezeigten Kontak­ tierstempels erfolgen. Der Kontaktierstempel kann so aufge­ baut sein, daß er eine Impulswärmequelle aufweist, die einen kurzzeitigen Wärmeimpuls zur Erschmelzung der Klebstoff­ schicht 9 auf dem Chipbauteil 16 liefert. Der metallflächen­ freie Oberflächenbereich 18 des externen Schaltungsträgers 4 ist in dieser Ausführungsform derart bemessen, daß er den überschüssigen Klebstoff der Klebeschicht 9 aufnehmen kann.
Fig. 3 zeigt eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch den externen Schaltungsträger 4, der in Fig. 2 gezeigt wird, mit aufgebrachtem elektronischen Chipbauteil 16 unter Andruckkon­ taktierung zwischen Chipbauteil 16 und Schaltungsträger 4. Die Zwischenräume 14 sind nach dem Aufbringen des Chipbau­ teils 16 auf den Schaltungsträger 4 mit Klebstoff aufgefüllt und der die metallfreien Flächen benetzende Klebstoff 15 sorgt für einen sicheren Kontakt der Andruckkontaktflächen 10 des elektronischen Chipbauteils 16 auf den Kontaktanschluß­ flächen 13 des externen Schaltungsträgers 4. Die Benetzungs­ eigenschaften des Klebstoffs 15 bewirken eine konkave Kontur 20 des Klebstoffrandes rund um das Chipbauteil 16.
Aufgrund der Volumenschrumpfung des erstarrten Klebstoffs 15 gegenüber der schmelzflüssigen Phase des Klebstoffs 15 werden die Andruckkontaktflächen 10 nach dem Erstarren des Kleb­ stoffs 15 auf die Kontaktanschlußflächen 13 des Schaltungs­ trägers 4 gepreßt und somit eine zuverlässige elektrische Verbindung hergestellt. Der Chipträger kann Teil eines Aus­ zeichnungs- und Sicherungsbauteils für Konsumartikel oder ei­ ne Schaltungskomponente mit Antennenfunktion für Zugangskon­ trollen oder ein Schaltungsträger für ein IC zur Erhöhung der Fälschungssicherheit verschiedenster Dokumente oder ein Schaltungsträger für ICs für Chipkarten oder ICs in Spielzeu­ gen sein. Bei derartigen Anwendungen kann der Vorteil genutzt werden, daß lediglich ein Klebeschritt zur elektrischen Ver­ bindung des Chipbauteils auf dem Schaltungsträger erforder­ lich ist und gleichzeitig eine äußerst geringe Einbauhöhe verwirklicht werden kann.
Es ist für den Fachmann verständlich, daß der Klebstoff 15 nicht nur auf dem elektronischen Chipbauteil angebracht sein kann, sondern auch auf dem anderen Kontaktierpartner, dem Schaltungsträger vorhanden sein kann und daß anstelle von Einzelkontaktierung mit Hilfe eines Kontaktierstempels auch Simultankontaktierungen im Muster erfolgen können. Auch ist die Präparation des Andruckkontaktmaterials der Chips nicht nur auf die stromlose Abscheidung einer Nickel-Gold-Legierung beschränkt, sondern es können auch andere Andruckkontaktmate­ rialien zur Ausführung der Erfindung eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste
1
Halbleiterchip
2
Kontaktfläche auf dem Halbleiterchip
3
Oberfläche des Halbleiterchips
4
Schaltungsträger
5
oberste nichtleitende Schicht
6
integrierte Schaltung
7
Kontaktschicht
8
aktive Oberfläche des Halbleiterchips
9
Klebeschicht
10
Andruckkontaktfläche
11
große Klebeschichtdicke
12
kleine Klebeschichtdicke
13
Kontaktanschlußflächen
14
Zwischenräume
15
Klebstoff
16
Chipbauteil
17
Halbleiterwafer
18
elektrisch nichtleitender Oberflächenbereich des Schaltungsträgers
19
Leiterbahnen
20
konkave Kontur des Klebstoffs

Claims (31)

1. Elektronisches Chipbauteil mit einer integrierten Schal­ tung (6) in einem Halbleiterchip (1) und Kontaktflächen (2) auf der aktiven Oberfläche (3) des Halbleiterchips (1), die dem Anschließen der integrierten Schaltung (6) an externe Schaltungsträger (4) dienen, wobei die Kon­ taktflächen (2) der integrierten Schaltung (6) eine Kon­ taktschicht (7) aus Andruckkontaktflächenmaterial auf­ weisen und über das Niveau einer obersten elektrischen nichtleitenden Schicht (5) der integrierten Schal­ tung (6) hinausragen und die aktive Oberfläche des Halb­ leiterchips (1) von einer der Kontaktschichthöhe ange­ paßten schmelzfähigen Klebeschicht (9) bedeckt ist.
2. Elektronisches Chipbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Schaltungsträger (4) ein Sicherungschipträ­ ger für Konsumartikel ist.
3. Elektronisches Chipbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Schaltungsträger (4) ein Chipträger mit An­ tennenfunktion für Zugangskontrollen zu Fahrzeugen und/oder Gebäuden ist.
4. Elektronisches Chipbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Schaltungsträger (4) ein Chipträger für Identitäts-, Buchungs- und/oder Chipkarten ist.
5. Elektronisches Chipbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Schaltungsträger (4) ein Chipträger für die Steuerung von Spielzeugen und/oder Modellen ist.
6. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) zwischen den Andruckkontaktflä­ chen (10) eine größere Dicke (11) aufweist als auf den Andruckkontaktflächen (10).
7. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) im geschmolzenen Zustand die elek­ trisch nichtleitende oberste Schicht (5) der integrier­ ten Schaltung (6) und den elektrisch nichtleitenden Oberflächenbereich (18) des Schaltungsträgers (4) be­ netzt und die Andruckkontaktflächen (10) sowie die Kon­ taktanschlußflächen (13) auf dem Schaltungsträger (4) nicht benetzt.
8. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckkontaktfläche (10) eine Aufrauhung auf­ weist.
9. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckkontaktmaterial der Andruckkontaktfläche (10) eine duktile elektrisch leitende Metall-Legierung ist.
10. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckkontaktmaterial eine oxidationsresistente Me­ tall-Legierung ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Andruckkontaktmaterial der Andruckkontaktfläche (10) eine Nickel-Gold-Legierung ist.
12. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckkontaktfläche (10) 1, 5 bis 8 µm über die oberste elektrisch nichtleitende Schicht (5) der inte­ grierten Schaltung (6) hinausragt.
13. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) wenigstens die Dicke der Kontakt­ schicht (7) aufweist.
14. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff (15), soweit er die Dicke der Andruckkon­ taktflächen (10) überragt und auf den Andruckkontaktflä­ chen (10) positioniert ist, die Zwischenräume (14) zwi­ schen den Kontaktanschlußflächen (13) des externen Schaltungsträgers (4) nach dem Kontaktieren von elektro­ nischem Chipbauteil (16) und externem Schaltungsträger (4) teilweise füllt.
15. Elektronisches Chipbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff (15) ein thermoplastischer Kunststoff ist.
16. Verfahren zur Herstellung von elektronischen Chipbautei­ len (16), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - Selektives Aufbringen einer Kontaktschicht (7) aus Andruckkontaktmaterial auf Kontaktflächen (2) eines Halbleiterwafers (17) mit einer Vielzahl integrier­ ter Schaltungen (6) zur Herstellung überhöhter An­ druckkontaktflächen (10),
  • - Aufbringen einer an die Höhe der Kontaktschicht (7) angepaßten schmelzfähigen Klebeschicht (9) auf die Oberfläche des Halbleiterwafers (17),
  • - Teilen des Halbleiterwafers (17) in einzelne elek­ tronische Chipbauteile (16) mit Andruckkontaktflä­ chen (10) einer vereinzelten integrierten Schaltung (6).
17. Verfahren zum Kontaktieren von Andruckkontaktflächen (10) eines mit dem Verfahren nach Anspruch 16 herge­ stellten elektronischen Chipbauteils (16) mit einem ex­ ternen Schaltungsträger (4), das folgende Verfahrens­ schritte aufweist:
  • - Ausrichten des elektronischen Chipbauteils (16) mit Andruckkontaktflächen (10) in bezug auf Kontaktan­ schlußflächen (13) eines Schaltungsträgers (4) und
  • - Andruckkontaktieren des Chipbauteiles (16) auf ei­ nem externen Schaltungsträger (4) mittels eines Wärme- und Druckimpulses.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (7) selektiv mittels stromloser Ab­ scheidung, vorzugsweise einer Nickel-Gold-Legierung er­ folgt.
19. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (7) selektiv mittels Schwallbad- Technik aufgebracht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (7) selektiv unter Einsatz einer Mas­ ke aufgebracht wird.
21. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (7) flächig aufgetragen wird und an­ schließend mittels Maskiertechnik selektiv plasmageätzt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Auftragen der Kontaktschicht (7) mittels Sputtern erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Auftragen der Kontaktschicht (7) mittels Aufdampftechnik erfolgt.
24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das flächige Auftragen der Kontaktschicht (7) mittels Plasmaabscheidung erfolgt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) auflaminiert wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) aufgesprüht wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) aufgeschleudert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) durch Tauchbeschichten aufgebracht wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) mittels filmbildender Medien durch Rollbeschichten aufgebracht wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (9) mittels filmbildender Medien durch Pulverbeschichten aufgebracht wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Chipbauteile (16) nach dem Trennen des Halbleiterwa­ fers (18) magaziniert werden.
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