DE10136152A1 - Halbleiterbauteil - Google Patents

Abstract

Es ist ein Halbleiterbauteil, beispielsweise ein Halbleiterplättchen, angegeben, welches eine Vielzahl von vertikalen Kontaktelementen (3) aufweist, die auf einer Hauptseite (2) eines Grundkörpers (1) des Halbleiterbauteils angeordnet sind. Weiterhin ist zumindest ein deformationsbegrenzendes Element (4) auf der Hauptseite (2) angeordnet zum Begrenzen der von einer rückseitig am Grundkörper angreifenden Kontaktkraft (F) verursachten Deformation der Kontaktelemente (3). Das vorliegende Prinzip ermöglicht bei verbesserter Flächenausnutzung ein verringertes Risiko der Beschädigung eines Halbleiterplättchens (11), insbesondere durch sogenanntes Particle Imprint, bei zugleich homogenerer Kraftverteilung und geringerem Druck. Somit ist ein sicheres Kontaktieren der Vielzahl von vertikalen Kontaktelementen mit geringem Aufwand gewährleistet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einer Vielzahl von diskreten Erhebungen, die voneinander be­ abstandet auf der Hauptseite des Grundkörpers angeordnet sind.

Neue Techniken bei der Halbleitermontage schließen die Ver­ wendung vertikaler Kontaktelemente ein, welche beispielsweise höckerförmige Erhebungen an einer Hauptseite eines Grundkör­ pers eines Halbleiterbauteils sind und welche üblicherweise mit Anschlußflächen, den sogenannten Pads, am Grundkörper des Halbleiterbauteils beziehungsweise dessen aktiver Vorderseite über eine Umverdrahtungsebene kontaktiert sind.

Derartige, vertikale Kontaktelemente sind üblicherweise ma­ trixförmig in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und können einerseits während des Fertigungsprozesses zum Testen des Halbleiterplättchens, das heißt des Grundkörpers aus Halblei­ termaterial, eingesetzt werden und andererseits der Modulmon­ tage, beispielsweise bei sogenannten Multilayer-Modulen, die­ nen.

Zum Testen des Halbleiterplättchens ist es erforderlich, den Grundkörper mit den diskreten Erhebungen gegen eine Platine, ein sogenanntes PCB (Printed Circuit Board), durch Kraftaus­ übung anzudrücken, um üblicherweise vorhandene Abweichungen von einer idealen Flachheit der Testplatine zu überwinden und somit einen guten elektrischen Kontakt aller vertikaler Kon­ taktelemente mit den vertikalen Kontaktelementen auf der Testplatine zugeordneten Anschlußflächen sicherzustellen. Durch die Ausübung einer derartigen Kraft ergibt sich zwangs­ läufig eine Deformation der vertikalen Kontaktelemente. Um diese Deformation innerhalb zulässiger Grenzen zu halten, ist es üblich, die Kompression, welche auf die vertikalen Kontak­ telemente wirkt, durch Vorsprünge in einem Testsockel zu be­ grenzen und die vertikalen Kontaktelemente hierdurch vor Be­ schädigung zu schützen.

Anhand der Fig. 6a bis 6c und 7a, 7b sowie 8a, 8b, die vorbekannte Halbleiterbauelemente mit vertikalen Kontaktele­ menten zeigen, soll die damit verbundene Problematik erläu­ tert werden:

Fig. 6a zeigt einen Grundkörper aus Halbleitermaterial 1 mit einer Vielzahl von diskreten Erhebungen 3 sowie mit Anschluß­ flächen 6, welche über eine Umverdrahtungsebene mit den ihnen jeweils zugeordneten vertikalen Anschlußelementen 3 verbunden sind, in einer Draufsicht auf die Hauptseite des Grundkör­ pers.

Fig. 6b zeigt das Halbleiterbauteil gemäß Fig. 6a in einem Querschnitt. Der Grundkörper 1 umfaßt eine Umverdrahtungsebe­ ne 5 sowie über die Umverdrahtungsebene 5 kontaktierte, elek­ trisch leitfähige, vertikale Kontaktelemente 3, welche auf einer Hauptseite 2 des Grundkörpers 1 höckerförmig ausgebil­ det sind.

Fig. 6c schließlich erläutert die Umverdrahtungsebene 5 in einer vergrößerten Darstellung des Halbleiterbauteils von Fig. 6a mit Anschlußflächen 6, welche über Leiterbahnen 7 mit den vertikalen Kontaktelementen 3 verbunden sind.

Die bereits beschriebene Begrenzung der Kompressionskraft be­ ziehungsweise der auf die vertikalen Kontaktelemente wirken­ den Deformation aufgrund von Krafteinwirkung zur Kontaktie­ rung in Testsockeln soll anhand der Fig. 7a, 7b, 8a und 8b erläutert werden.

Fig. 7a zeigt das Halbleiterbauteil 1 wie bereits in Fig. 6b beschrieben. Weiterhin ist ein Testsockel 8 eingezeichnet, welcher den vertikalen Kontaktelementen 3 jeweils zugeordnete elektrische Anschlußflächen 9 (Pads) aufweist, mit denen die vertikalen Kontaktelemente 3 zum Bereitstellen einer Testum­ gebung zu kontaktieren sind. Dem Umfang des Grundkörpers 1 zugeordnet sind dabei Vorsprünge 10 am Testsockel 8 vorgese­ hen, welche eine Höhe aufweisen, die so eingestellt ist, daß die durch Krafteinwirkung entstehende Deformation der verti­ kalen Kontaktelemente 3 begrenzt ist.

Fig. 7b zeigt ein lose auf einen Testsockel 8 aufgesetztes Halbleiterbauteil 1 in einem Ausschnitt, welcher die Einstel­ lung der Höhe des Vorsprunges 10 in Bezug auf die Höhe des vertikalen Kontaktelements 3 erläutert. Durch Einwirken von Kräften senkrecht zu einer Hauptfläche des Grundkörpers 1 er­ gibt sich, wie in Fig. 8a und 8b dargestellt, eine zuläs­ sige Deformation der vertikalen Kontaktelemente 3, welche durch die beschriebenen Vorsprünge 10 am Testsockel 8 er­ reicht ist. Fig. 8a entspricht dabei, abgesehen von den nun­ mehr aufgrund des auf die Vorsprünge 10 aufgesetzten Grund­ körpers 1 deformierten, vertikalen Kontaktelemente 3 der Fig. 7a. Die Fig. 8b hingegen zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 8a mit Vorsprung 10 und deformiertem Kontaktelement 3 be­ ziehungsweise die Ausschnittsdarstellung von Fig. 7b bei Einwirken einer Kraft F.

Die beschriebene, bekannte Deformationsbegrenzung der verti­ kalen Kontaktelemente zeigt jedoch in der Praxis eine Viel­ zahl von Nachteilen, beispielsweise kann eine Kraftausübung auf den Grundkörper des Halbleiterbauteils, üblicherweise ein Halbleiterplättchen, ein sogenanntes Die, zu einer Zerstörung desselben dadurch führen, daß ungewollt auftretende, aber üb­ licherweise unvermeidliche Partikel zwischen die Oberfläche des Halbleiterplättchens und den Vorsprung gelangen und Schutzschichten des Halbleiterplättchens wie beispielsweise Polyimid- oder Passivierungsschichten durchbohren und somit Schaltkreise auf dem Halbleiterplättchen beschädigen können. Ein weiteres Problem der beschriebenen Deformationsvermeidung besteht darin, daß entlang des Umfangs des Halbleiterbauteils eine Randzone von nicht unerheblichen Ausmaßen verbleiben muß, welche in der Lage ist, eine kraftschlüssige Verbindung mit den Vorsprüngen 10 am Testsockel 8 einzugehen. Hierdurch ist jedoch die für die vertikalen Kontaktelemente zur Verfü­ gung stehende Fläche reduziert, da zwischen den vertikalen Kontaktelementen 3 ein fester Abstand (Pitch) einzuhalten ist, welcher dem Matrixabstand (Pad Pitch) der Anschlußflä­ chen beispielsweise am Testsockel entsprechen muß. Da jedoch auch die Größe des Halbleiterbauteils sowie die Anzahl der elektrischen Kontakte und damit der vertikalen Kontaktelemen­ te festgelegt ist, kann das Erfordernis einer kontaktelement­ freien Randzone am Halbleiterkörper dazu führen, daß nicht alle erforderlichen vertikalen Kontaktelemente auf der ver­ bleibenden Chipfläche unterbringbar sind.

Schließlich überdecken die Vorsprünge am Testsockel lediglich eine kleine Fläche der Hauptseite des Halbleiterbauteils, wo­ durch sich zwangsläufig eine ungleichmäßige Kraftverteilung über das Halbleiterbauteil hinweg ergibt, welche wiederum zu Verspannungen der Die-Oberfläche, insbesondere dessen aktiver Vorderseite, führen kann und somit zu einer irreversiblen Be­ schädigung des Chips.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbau­ teil anzugeben, bei dem eine unzulässige Deformation von ver­ tikalen Kontaktelementen vermieden ist und welches zugleich bezüglich der genannten Nachteile verbessert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einem Halbleiter­ bauteil, umfassend

• - einen Grundkörper aus Halbleitermaterial mit einer Haupt­ seite,
• - eine Vielzahl von diskreten Erhebungen, die voneinander be­ abstandet auf der Hauptseite des Grundkörpers angeordnet sind, mit einer ersten Länge senkrecht zur Hauptseite und
• - zumindest ein deformationsbegrenzendes Element, welches auf der Hauptseite des Grundkörpers zwischen den diskreten Erhe­ bungen angeordnet ist, mit einer zweiten Länge senkrecht zur Hauptseite, die kleiner ist als die erste Länge.

Die erste Länge der diskreten Erhebungen ist dabei selbstver­ ständlich Fertigungstoleranzen unterworfen. Insofern ist die­ se Länge im Rahmen der in Massenherstellungsverfahren übli­ chen Toleranzen verstanden.

Dem beschriebenen Halbleiterbauteil liegt das Prinzip zugrun­ de, das zumindest eine deformationsbegrenzende Element nicht am Testsockel, sondern vielmehr am Grundkörper des Halblei­ terbauteils selbst und zwischen den diskreten Erhebungen be­ ziehungsweise vertikalen Kontaktelementen direkt am Halblei­ terplättchen (Die) als zusätzliches Strukturelement anzubrin­ gen.

Die Hauptseite des Grundkörpers aus Halbleitermaterial kann die aktive Vorderseite eines Halbleiterplättchens sein.

Alternativ oder zusätzlich kann der Grundkörper mit dem Halb­ leiterplättchen eine Umverdrahtungsebene umfassen.

Mittels der Differenz von erster und zweiter Länge ist die gewünschte Kompression, welche Abweichungen von einer idealen Flachheit auszugleichen in der Lage ist sowie die elektrische Kontaktierung der vertikalen Kontaktelemente mit Anschlußflä­ chen beispielsweise an einem Testsockel sicherstellt, in ge­ wünschter Weise einstellbar.

Bei Auflegen des beschriebenen Halbleiterbauteils beispiels­ weise auf einen Testsockel sind zunächst nur die diskreten Erhebungen beziehungsweise die vertikalen Kontaktelemente in Kontakt mit dem Testsockel oder der Platine. Durch Beauf­ schlagen einer Rückseite des Halbleiterbauteils, welche der Hauptseite gegenüberliegend ist, mit einer Kompressionskraft ergibt sich eine gewünschte, zumindest teilweise elastische Deformation der vertikalen Kontaktelemente, welche mit einer Federkonstante der vertikalen Kontaktelemente beschreibbar ist. Sobald bei weiter ansteigender Krafteinwirkung die de­ formationsbegrenzenden Elemente ebenfalls in Kontakt mit der Platine oder mit dem Testsockel treten, ergibt sich ein Wech­ sel der Federkonstante, aufgrund dessen eine weitere, uner­ wünschte Deformation der vertikalen Kontaktelemente in einfa­ cher Weise vermeidbar ist.

Zum Sicherstellen einer guten elektrischen Kontaktierung al­ ler vertikaler Anschlußelemente mit zugeordneten Anschlußflä­ chen wird man im Betrieb üblicherweise eine etwas höhere Kraft auf die Rückseite des Halbleiterbauteils einwirken las­ sen, als mindestens zum Überwinden der Federwirkung der ver­ tikalen Kontaktelemente bis zum Aufliegen der deformationsbe­ grenzenden Elemente auf eine Platine oder einen Testsockel erforderlich wäre. Die zusätzlich zu einer derartigen minima­ len Kraft bis zu der normalen, im Betrieb auftretenden Kon­ taktkraft auftretende Differenz wird praktisch hauptsächlich von den deformationsbegrenzenden Elementen absorbiert.

Das beschriebene Prinzip bietet zum einen den Vorteil, daß die deformationsbegrenzenden Elemente in Zwischenräumen zwi­ schen den ohnehin voneinander beabstandeten diskreten Erhe­ bungen vorgesehen sind. Ein Abstand zwischen den diskreten Erhebungen ist dabei allein aufgrund eines vorgeschriebenen Abstandes der Kontakte voneinander (pitch) vorgegeben. Dem­ nach führt die beschriebene Deformationsbegrenzung nicht zu einer Verringerung der für die vertikalen Kontaktelemente nutzbaren Chipfläche, wie sie bei den eingangs beschriebenen Testsockeln mit Vorsprüngen entlang des Umfangs des Chips er­ forderlich ist.

Zum anderen bietet das aufgezeigte Prinzip den weiteren Vor­ teil, daß die Oberfläche der Hauptseite des Grundkörpers aus dem Halbleitermaterial nicht in einen direkten mechanischen Kontakt mit einem Testsockel tritt. Hierdurch wird das Risiko der Zerstörung des Halbleiterplättchens durch sich eindrüc­ kende Partikel ausgeschaltet.

Neben der beschriebenen Anwendung der deformationsbegrenzen­ den Elemente in Testsockeln zum fertigungsbegleitenden Testen von Halbleiterplättchen kann das beschriebene Prinzip auch in einfacher Weise bei der Modulmontage eingesetzt sein.

Schließlich können je nach Anwendungsfall die integrierten, deformationsbegrenzenden Elemente einen großen Teil der Flä­ che der Hauptseite des Grundkörpers einnehmen und damit zu einem geringen lokalen Druck und einer guten Druckverteilung über die aktive Vorderseite eines Halbleiterplättchens hinweg führen.

Die beschriebenen deformationsbegrenzenden Elemente sind also ein integraler Bestandteil eines Grundkörpers eines Halblei­ terbauteils oder eines Halbleiterplättchens.

Das Halbleiterbauteil kann beispielsweise in Flip-Chip- Technik ausgeführt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung weist der Grundkörper auf seiner Hauptseite eine Umver­ drahtungsebene auf, welche elektrische Anschlüsse eines vom Grundkörper umfaßten Halbleiterplättchens elektrisch mit den diskreten Erhebungen verbindet, welche elektrisch leitfähig ausgebildet sind.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung sind die diskreten Erhebungen an Kreuzungs­ punkten von Zeilen und Spalten einer Matrix auf der Hauptsei­ te des Grundkörpers angeordnet. Hierdurch ergibt sich bei gu­ ter Raumausnutzung eine verbesserte Druckverteilung bei Ein­ wirken einer Kompressionskraft.

Der Abstand der Zeilen und Spalten voneinander, welche unmit­ telbar benachbart und voneinander beabstandet sind, wird üb­ licherweise als Pitch bezeichnet.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung ist eine Vielzahl von deformationsbegrenzen­ den Elementen auf der Hauptseite des Grundkörpers angeordnet in Spalten der Matrix, jeweils zwischen den diskreten Erhe­ bungen. Das Vorsehen einer Vielzahl von deformationsbegren­ zenden Elementen in ohnehin aufgrund des vorgeschriebenen Ab­ standes der Kontakte voneinander vorgegebenen Zwischenräumen ermöglicht zum einen eine verbesserte Raumausnutzung und zum anderen eine besonders homogene Druckverteilung über das Halbleiterplättchen hinweg.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung ist das zumindest eine deformationsbegrenzende Element in Zeilen und Spalten der Matrix angeordnet, jeweils zwischen den diskreten Erhebungen. Sowohl benachbarte Zeilen als auch benachbarte Spalten von vertikalen Kontaktelementen sind demnach jeweils durch das zumindest eine deformationsbe­ grenzende Element voneinander beabstandet. Ein derartiges, zumindest eines deformationsbegrenzendes Element kann bei­ spielsweise in einer zweiseitigen Kammform ausgebildet sein und ermöglicht demnach aufgrund der großen erzielbaren Fläche eine besonders geringe lokale Druckausübung sowie gleichzei­ tig eine besonders homogene Druckverteilung über das Halblei­ terplättchen hinweg. Hierdurch sind Torsionen oder Verspan­ nungen des Halbleiterplättchens weiter verringert.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung sind die diskreten Erhebungen höckerförmig aus­ gebildet. Derartige, höckerförmige vertikale Kontaktelemente werden auch als Bumps bezeichnet. Das höckerförmige Ausbilden der diskreten Kontaktelemente stellt zum einen eine einfache Herstellbarkeit sicher und ermöglicht zum anderen gute ela­ stische Deformationseigenschaften sowie ein sicheres elektri­ sches Kontaktieren.

In alternativen Ausführungsformen können die diskreten Erhe­ bungen einen rechteckigen, halbkreisförmigen, elliptischen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung bestehen die diskreten Erhebungen aus Halblei­ termaterial.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Un­ teransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Halbleiterbauteils in einer Draufsicht,

Fig. 1b einen Querschnitt durch das Halbleiterbauteil von Fig. 1a,

Fig. 1c einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Querschnitt des Halbleiterbauteils von Fig. 1b,

Fig. 2a das Halbleiterbauteil gemäß Fig. 1b und einen Testsockel zum Testen des Halbleiterbauteils,

Fig. 2b einen Ausschnitt aus dem Halbleiterbauteil und dem Testsockel von Fig. 2a, jedoch mit auf den Test­ sockel lose aufgesetztem Halbleiterbauteil,

Fig. 2c das Halbleiterbauteil mit Testsockel gemäß Fig. 2a, jedoch unter Einwirkung einer Kompressions­ kraft zum Herstellen einer sicheren Kontaktierung,

Fig. 2d einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung von Fig. 2c,

Fig. 3a einen Ausschnitt aus einem Halbleiterbauteil in Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 1b,

Fig. 3b ein Schaubild einer modellhaften Kennlinie der Fe­ derkonstanten eines Halbleiterbauteils gemäß Fig. 3a,

Fig. 4a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Halbleiterbauteils in einer Draufsicht mit kammartig ausgebildetem deformationsbegrenzendem Element,

Fig. 4b ein Schaubild einer Federkennlinie in einer verein­ fachten Modellierung bezüglich des Halbleiterbau­ teils gemäß Fig. 4a,

Fig. 5a ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Halbleiterbauteiles mit in Zwischenspalten angeordneten deformationsbegrenzenden Elementen,

Fig. 5b ein Schaubild einer Federkennlinie in einer verein­ fachten Modellierung bezüglich des Halbleiterbau­ teils von Fig. 5a,

Fig. 6a ein Halbleiterbauteil gemäß dem Stand der Technik mit vertikalen Kontaktelementen in einer Drauf­ sicht,

Fig. 6b einen Querschnitt durch das Halbleiterbauteil von Fig. 6a gemäß Stand der Technik,

Fig. 6c eine Ausschnittsvergrößerung einer Umverdrahtungse­ bene des Halbleiterbauteils von Fig. 6a gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 7a ein Halbleiterbauteil gemäß Fig. 6b mit einem Testsockel gemäß Stand der Technik,

Fig. 7b eine Ausschnittsvergrößerung der Anordnung gemäß Fig. 7a mit einem Vorsprung zur Deformationsbe­ grenzung,

Fig. 8a die Anordnung von Fig. 7a bei Einwirkung einer Kompressionskraft,

Fig. 8b eine Ausschnittsvergrößerung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Vorsprung und Grundkörper gemäß Fig. 8a,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine schematische Anordnung ei­ nes weiteren Ausführungsbeispiels mit langgestreck­ ten, deformationsbegrenzenden Elementen,

Fig. 10a die Anordnung von Fig. 9 in einem Querschnitt und

Fig. 10b anhand eines Querschnitts ein weiteres, alternati­ ves Ausführungsbeispiel des Gegenstands gemäß Quer­ schnitt von Fig. 10a.

Fig. 1a zeigt einen Grundkörper 1 aus Halbleitermaterial mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten, diskreten Erhe­ bungen 3, welche als höckerförmige, vertikale Kontaktelemente ausgebildet sind, in einer Draufsicht. Die vertikalen Kontak­ telemente 3 sind dabei in Zeilen und Spalten unter Einhaltung vorgegebener Abstände zueinander angeordnet. In Zwischenspal­ ten jeweils zwischen vertikalen Kontaktelementen 3 sind de­ formationsbegrenzende Elemente 4 vorgesehen, welche sich über die gesamte Spaltenlänge der Matrix erstrecken und welche be­ nachbarte Spalten von vertikalen Kontaktelementen voneinander beabstanden. Demnach sind jeweils abwechselnd Spalten mit je einem deformationsbegrenzendem Element 4 und Spalten mit ei­ ner Vielzahl von zeilenförmig angeordneten vertikalen Konk­ taktelementen gebildet. Gemäß Ausführungsbeispiel von Fig. 1a sind keine deformationsbegrenzenden Elemente in Zwischen­ zeilen zwischen den vertikalen Kontaktelementen 3 vorgesehen.

Fig. 1b zeigt das Halbleiterbauteil von Fig. 1a mit einem Grundkörper 1, einer Umverdrahtungsebene 5 sowie diskreten Erhebungen 3 und deformationsbegrenzenden Elementen 4 in ei­ nem Querschnitt. Dabei umfaßt der Grundkörper 1 ein Halblei­ terplättchen 11, mit einer auf dessen Hauptseite 2 gebildeten Umverdrahtungsebene 5 sowie mit auf der Hauptseite 2 angeord­ neten vertikalen Kontaktelementen 3, welche höckerförmig, als sogenannte bumps, ausgebildet sind sowie mit diese beabstan­ denden, ebenfalls höckerförmig ausgebildeten, deformationsbe­ grenzenden Elementen 4. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Länge der deformationsbegrenzenden Elemente 4 gemessen in or­ thogonaler Richtung zur Hauptseite 2 des Grundkörpers 1 des Halbleiterbauteils geringer ist, als die der vertikalen Kon­ taktelemente 3.

Fig. 1c zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1b mit dem Grundkörper 1, welcher das Halbleiterplättchen 11 und die Umverdrahtungsebene 5 umfaßt. Auf der Hauptseite 2 des Grund­ körpers 1 ist vergrößert jeweils ein deformationsbegrenzendes Element 4 sowie ein vertikales Kontaktelement 3 gezeigt. Or­ thogonal zur Hauptfläche des Halbleiterbauteils gemessen weist das vertikale Kontaktelement 3 eine Länge A auf, wäh­ rend das deformationsbegrenzende Element 4 eine kleinere Län­ ge B hat, jeweils gemessen von der Hauptseite oder aktiven Vorderseite 2 des Halbleiterbauteils.

Fig. 2a zeigt ein Anwendungsbeispiel der Deformationsbegren­ zung anhand eines Testsockels 8, welcher eine Vielzahl von Anschlußflächen 9 aufweist, die jeweils je einem vertikalen Kontaktelement 3 des Halbleiterbauteils zugeordnet sind, ebenfalls an einem Querschnitt. Darüber ist ein Halbleiter­ bauteil mit einem Grundkörper 1 eingezeichnet, welches dem von Fig. 1b anhand eines Querschnitts beschriebenen ent­ spricht.

Fig. 2b zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der Anordnung von Fig. 2a, jedoch mit lose auf die Anschlußfläche 9 des Test­ sockels 8 aufgesetzten vertikalen Kontaktelementen 3 des Grundkörpers 1. Dabei ist zum einen erkennbar, daß der Test­ sockel 8 keine Vorsprünge zur Deformationsbegrenzung auf­ weist. Zum anderen ist der Längenunterschied zwischen verti­ kalem Kontaktelement 3 und deformationsbegrenzendem Element 4 deutlich, welcher dazu führt, daß bei lose aufgesetztem Grundkörper 1 kein Kontakt zwischen Testsockel 8 und deforma­ tionsbegrenzendem Element 4 hergestellt ist.

Fig. 2c zeigt die Anordnung von Fig. 2a mit Grundkörper 1 und Testsockel 8, jedoch unter Einwirkung einer Kraft F auf eine Rückseite des Grundkörpers 1, welche der Hauptseite 2 des Grundkörpers 1 gegenüberliegt. Aufgrund der Krafteinwir­ kung F sind die deformationsbegrenzenden Elemente 4 gerade in Kontakt mit dem Testkörper 8, während die vertikalen Kontak­ telemente 3 bereits deformiert sind und somit einerseits ei­ nen sicheren Kontakt mit den Anschlußflächen 9 des Testkör­ pers sicherstellen und andererseits Unebenheiten von Grund­ körper 1 und/oder insbesondere von Testsockel 8 ausgleichen.

Es ist erkennbar, daß der Testsockel 8 keinen Vorsprung 10 aufweist, welcher am Umfang des Grundkörpers 1 zu einer Ver­ ringerung der für die vertikalen Kontaktelemente nutzbaren Fläche führen würde. Weiterhin erfolgt kein unmittelbarer flächiger Kontakt der Hauptseite 2 des Halbleiterplättchens des Grundkörpers 1 mit dem Testsockel 8, so daß keine Zerstö­ rungs- oder Beschädigungsgefahr des Halbleiterplättchens durch sich eindrückende Partikel gegeben ist. Da, wie bei­ spielsweise in Fig. 1a erkennbar, die deformationsbegrenzen­ den Elemente 4 eine verhältnismäßig große Fläche einnehmen und homogen über die Fläche des Halbleiterbauteils verteilt sind, ergibt sich zum einen eine gleichmäßige Kraftverteilung und zum anderen ein insgesamt verhältnismäßig geringer Druck auf die Oberfläche des Halbleiterplättchens, insbesondere auf dessen aktive Fläche.

Fig. 3a zeigt einen Ausschnitt aus dem Querschnitt eines beispielhaften Halbleiterbauelements gemäß Fig. 1c mit einem vertikalen Kontaktelement 3 sowie einem deformationsbegren­ zendem Element 4. Wie bereits bei Fig. 1c erläutert, weisen das deformationsbegrenzende Element 4 sowie das vertikale Kontaktelement 3 eine unterschiedliche Länge orthogonal zur Hauptfläche des Halbleiterbauelementes auf, diese Längendif­ ferenz ist in Fig. 3a mit C bezeichnet.

Fig. 3b zeigt in einem Schaubild die Kennlinie der Verfor­ mung von vertikalem Kontaktelement 3 und deformationsbegren­ zendem Element 4 gemäß Fig. 3a anhand einer abschnittweise mit den jeweils gültigen Federkonstanten D1, D2 definierten Kurve, wobei die Längendifferenz C von vertikalem Kontaktele­ ment 3 und deformationsbegrenzendem Element 4 den Übergang von einer ersten D1 auf eine zweite Federkonstante D2 be­ schreibt. Solange, wie von Federkonstante D1 beschrieben, le­ diglich das vertikale Kontaktelement 3 in Kontakt mit der Platine oder einem Testsockel ist, gilt Federkonstante D1, welche lediglich durch das Deformationsverhalten der diskre­ ten Erhebungen 3 bestimmt ist. Wird jedoch eine über die Grenzkraft Fmin hinausgehende Kraft F eingeprägt, so gilt Fe­ derkonstante D2, welche eine härtere Feder beschreibt, so daß bei gleicher Kraft eine deutlich geringere Auslenkung als bei Federkonstante D1 zu erwarten ist. Federkonstante D2 gilt da­ bei ab dem Zeitpunkt, an dem bei ansteigender Krafteinwirkung zusätzlich zu den diskreten Erhebungen 3 auch die deformati­ onsbegrenzenden Elemente 4 in Kontakt mit der Platine oder dem Testsockel treten. Die üblicherweise zum Sicherstellen einer guten Kontaktierung aufzuwendende Kraft wird demnach etwas höher als die minimal anzuwendende Kraft Fmin sein und ist im Diagramm gemäß Fig. 3b mit Fcont bezeichnet. Die Fe­ derkonstante D2 hat einen höheren Werte als die Federkonstan­ te D1.

Fig. 4a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauteils mit deformationsbegrenzendem Element 12, welches zweiseitig kammartig ausgebildet ist und sich jeweils in Zwischenspalten der matrixförmig angeordneten vertikalen Kontaktelemente 3 ausdehnt sowie einen zusätzli­ chen Verbindungssteg in einer Zwischenzeile der matrixförmig angeordneten vertikalen Kontaktelemente hat. Insgesamt kann das deformationsbegrenzende Element 12 gemäß Fig. 4a aus ei­ nem Stück gefertigt sein. Das deformationsbegrenzende Ele­ ment 12 füllt bezüglich der deformationsbegrenzenden Elemente 4 gemäß Fig. 1a eine deutlich größere Fläche der Hauptseite des Grundkörpers 1 des Halbleiterbauteils aus, so daß insge­ samt mit einer noch weiter verringerten Druckausübung auf das Halbleiterplättchen zu rechnen ist. Zudem ergibt sich eine besonders homogene Kraftverteilung über die Fläche des Halb­ leiterbauteils.

Fig. 4b beschreibt die dem Halbleiterbauteil gemäß Fig. 4a zugehörige Kennlinie der Federkonstanten, wobei deutlich zu erkennen ist, daß, sobald das deformationsbegrenzende Ele­ ment 12 wirksam zur Federkonstanten beiträgt, eine deutlich größere Federkonstante und damit eine deutlich härtere Feder als beispielsweise in Fig. 3b zu erwarten ist.

Fig. 5a zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauteils mit mehreren deformationsbe­ grenzenden Elementen 13, welche jeweils in Zwischenspalten zwischen matrixförmig angeordneten, vertikalen Kontaktelemen­ ten 3 angeordnet sind. Anders als beim Halbleiterbauteil ge­ mäß Fig. 1a sind jedoch in jeder Zwischenspalte zwei defor­ mationsbegrenzende Elemente 13 vorgesehen, welche voneinander beabstandet sind. Die deformationsbegrenzenden Elemente 13 haben dabei eine Ausdehnung in Spaltenrichtung, die sich je­ weils lediglich über zwei vertikale Kontaktelemente 3 er­ streckt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1a ist demnach insgesamt eine geringere Fläche mit den deformations­ begrenzenden Elementen 13 ausgefüllt, so daß sich eine wei­ chere Kennlinie der Federkraft in dem Teil ergibt, wo die de­ formationsbegrenzenden Elemente 13 eine entscheidende Funkti­ on ausüben. Dies ist anhand der Kennlinie der Auslenkung auf­ getragen über der Kraft von Fig. 5b deutlich erkennbar, wel­ che das Halbleiterbauelement von Fig. 5a beschreibt und im genannten Bereich eine deutlich höhere Steigung aufweist als die Kennlinien gemäß Fig. 3b und 4b.

Die Erläuterungen zu den Fig. 6a bis 8b, welche den Stand der Technik wiedergeben, sind bereits eingangs angegeben und deshalb an dieser Stelle nicht noch einmal wiederholt.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung mit einem Grundkörper 1, mit auf dessen Vorder­ seite 2 matrixförmig angeordneten vertikalen Kontaktelementen 3. Weiterhin sind entlang des Umfangs des Grundkörpers 1 und ebenfalls auf dessen Oberseite 2 langgestreckte, deformati­ onsbegrenzende Elemente 14 angeordnet, welche sich jeweils über mehrere Zeilen bzw. Spalten der matrixförmig angeordne­ ten vertikalen Kontaktelemente 3 erstrecken, aber von diesen beabstandet sind.

Fig. 10a zeigt einen beispielhaften Querschnitt des Ausfüh­ rungsbeispiels von Fig. 9. Die langgestreckten, deformati­ onsbegrenzenden Elemente 14 sind dabei mit rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet.

Fig. 10b zeigt in einer alternativen Ausführungsform zu dem Gegenstand gemäß Querschnitt von Fig. 10a anhand eines wei­ teren Querschnitts des Gegenstands von Fig. 9 eine Ausfüh­ rung der deformationsbegrenzenden Elemente 15 mit höckerför­ migem Querschnitt. Die Berandung der deformationsbegrenzenden Elemente verläuft jedoch nicht rechtwinklig auf der Vorder­ seite 2 des Grundkörpers, sondern weist an der Oberseite 2 einen weichen Übergang auf.

Bezugszeichenliste

1

Grundkörper

2

Vorderseite

3

Vertikales Kontaktelement

4

Deformationsbegrenzendes Element

5

Umverdrahtungsebene

6

Anschlußfläche

7

Leiterbahn

8

Testsockel

9

Anschlußfläche

10

Vorsprung

11

Halbleiterplättchen

12

Deformationsbegrenzendes Element

13

Deformationsbegrenzendes Element

14

Deformationsbegrenzendes Element

15

Deformationsbegrenzendes Element
D1 Federkonstante
D2 Federkonstante
A Höhe
B Höhe
C Differenzlänge
F Kraft
Fmin Kraft
Fcont Kraft
Y Abstand

Claims (7)

1. Halbleiterbauteil, umfassend
einen Grundkörper (1) aus Halbleitermaterial mit einer Hauptseite (2),
eine Vielzahl von diskreten Erhebungen (3), die voneinander beabstandet auf der Hauptseite (2) des Grundkörpers angeord­ net sind, mit einer ersten Länge (A) senkrecht zur Hauptsei­ te (2) und
zumindest ein deformationsbegrenzendes Element (4), welches auf der Hauptseite (2) des Grundkörpers (1) angeordnet ist, mit einer zweiten Länge (B) senkrecht zur Hauptseite (2), die kleiner ist als die erste Länge (A).

2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) auf seiner Hauptseite (2) eine Umver­ drahtungsebene (5) aufweist, welche elektrische Anschlüs­ se (6) eines vom Grundkörper (1) umfaßten Halbleiterplätt­ chens (11) elektrisch mit den diskreten Erhebungen (3) ver­ bindet, welche elektrisch leitfähig ausgebildet sind.

3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die diskreten Erhebungen (3) an den Kreuzungspunkten von Zei­ len und Spalten einer Matrix an der Hauptseite (2) des Grund­ körpers (1) angeordnet sind.

4. Halbleiterbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von deformationsbegrenzenden Elementen (4) auf der Hauptseite (2) des Grundkörpers (1) angeordnet ist in Spalten der Matrix, jeweils zwischen den diskreten Erhebun­ gen (3).

5. Halbleiterbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine deformationsbegrenzende Element (4) in Zeilen und Spalten der Matrix angeordnet ist jeweils zwischen den diskreten Erhebungen (3).

6. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die diskreten Erhebungen (3) höckerförmig ausgebildet sind.

7. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die deformationsbegrenzenden Elemente (4) höckerförmig ausge­ bildet sind.