DE10137666A1 - Schutzvorrichtung für Baugruppen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Schutzvorrichtung für Baugruppen und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Abstract

Die Erfindung ist gerichtet auf eine Schutzvorrichtung für Baugruppen (2) mit einem Substrat (3) und zumindest einer darauf angeordneten, zu schützenden Komponente (4), beispielsweise einer Halbleiterkomponente, die aufweist: zumindest ein Abdeckelement (1) zum Abdecken einer Baugruppe (2); und ein Füllmaterial (7), welches einen oder mehrere vorgegebene Räume (8) zwischen dem Substrat (3) und dem Abdeckelement (1) ausfüllt. Die Erfindung ist ebenfalls auf ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden Schutzvorrichtung gerichtet, bei dem ein expansionsfähiges Material auf das Substrat aufgebracht und nach Montage des Abdeckelements expandiert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für Baugruppen, beispielsweise Baugruppen mit elektronischen Komponenten.
  • Bei der Verwendung von integrierten Halbleiterschaltkreisen, sogenannten Chips, das heißt Silizium- oder Galliumarsenitbasierten, aus einem Wafer herausgeschnittenen Plättchen mit photolithographisch oder nach ähnlichen Verfahren hergestellten elektrischen Bauelementen auf ihrer Oberfläche, stellt sich oft die Frage nach einem effektiven Schutz vor mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Häufig wird diese Frage durch Einbringen des Chips in ein, zumeist aus Kunststoff gefertigtes, Gehäuse beantwortet. Ein Schwachpunkt der Chip- Montage liegt jedoch in der Reaktion der elektrischen Kontakte zwischen Chip und einem den Chip aufnehmendem Substrat wie einer Platine auf ein Einwirken von Kräften auf den Chip. Beim Verschieben des Bauelements oder auch beim direkten Einwirken auf die Kontaktelemente können diese beschädigt werden. Durch die Verwendung von Gehäusen wird hierbei das Problem lediglich von den eigentlichen Chip-Kontakten (beispielsweise dünnen Drähten oder ballähnlichen Kontaktelementen, ball grid arrays) auf die, wenn auch meist mechanisch stärker belastbaren, Kontakte des Gehäuses verlagert. Grundsätzlich jedoch bleibt das Problem einer zu geringen Widerstandskraft der Kontaktelemente gegenüber auf das Bauelement, beispielsweise den Chip, einwirkenden Kräften bestehen.
  • In letzter Zeit sind aus fertigungstechnischen Gründen ebenso wie aus Platz-, Spar- und Rationalisierungsgründen zunehmend sogenannte Flip-Chips zum Einsatz gekommen. Dies sind integrierte Halbleiter, welche ohne Gehäuse unmittelbar auf dem Substrat, also z. B. der Platine, befestigt und elektrisch kontaktiert werden. Zu diesem Zwecke werden die noch im Waferverbund befindlichen Einzelchips mit geeigneten flexiblen Kontakten versehen und nach dem Zerschneiden des Wafers mit der Kontaktseite nach unten auf das Substrat aufgesetzt. Um ein Testen der Flip-Chips vor deren Einsatz zu ermöglichen, werden übliche Testvorrichtungen verwendet. Um solche Testvorrichtungen am Wafer einsetzen zu können, müssen die Kontakte so nachhgiebig ausgelegt sein, daß sie in der Lage sind, Verkippungen zwischen der Wafer-Oberfläche im Bereich des zu testenden Flip-Chip und der Testvorrichtung auszugleichen. Diese notwendige Weichheit bedingt jedoch nach Montage des Flip-Chip auf dem Substrat eine entsprechende mechanische Empfindlichkeit und führt zu einem erhöhten Bedarf an Schutzmaßnahmen.
  • Eine weitere Entwicklung der jüngeren Zeit sind sogenannte Mikroplatinen, bei denen mehrere Chips mit den Strukturseiten nach oben auf das Mikroplatinensubstrat aufgebracht werden und mittels Wirebonding mit den Leiterbahnstrukturen der Mikroplatinen verbunden werden. Auch hier ist ein Schutz der Chips und insbesondere auch der Kontaktdrähte vor mechanischen Einwirkungen wünschenswert.
  • Bei einer herkömmlichen Fixierung eines mechanischen Schutzkörpers wie einer Abdeckung auf einem Substrat, wie es zum Beispiel durch Nieten erfolgt, ist auf Grund der Toleranzen des Substrats, der Aufnahmebohrungen für die Nieten und des Schutzkörpers eine Bewegung dieses Schutzkörpers auch nach Montage in X- und Y-Richtung, das heißt parallel zur Ebene des Substrats möglich. Es ist in der Mikroelektronik jedoch allgemein üblich und wünschenswert, die Dimensionierungen von Bauelementen stets zu verkleinern. Aus diesem Grund rückt die Unterseite der Abdeckungen immer näher an die eigentlichen Chips heran, was zu den oben beschriebenen mechanischen Problemen führen kann. Gerade bei empfindlichen Bauteilen mit flexiblen Interconnect-Elementen kann dies zu einer Beschädigung des Bauteils führen.
  • Zumeist wird ein solcher Schutzkörper auch als Hitzeverteiler (heat spreader) verwendet. Dabei werden die darunterliegenden Komponenten, beispielsweise Halbleiterkomponenten, mit einem thermisch leitenden Material, dem sogenannten "Gapfiller" an den Schutzkörper mechanisch und thermisch gekoppelt. Ein Gapfiller kann beispielsweise Silikon aufweisen und einen Anteil von Metallen oder Metalloxiden enthalten. Eine Bewegung des "Heat Spreaders" wird dadurch direkt auf die Bauteile übertragen. Ist die Bewegung des Schutzkörpers zu groß, so können Beschädigungen in den elektrischen Verbindungen auftreten, die zum Ausfall von Komponenten führen können. Durch die häufig geringe eigene Steifigkeit des Schutzkörpers ist zudem ein Schutz der darunterliegenden Komponenten gegen eine Kompression in Z-Richtung ebenfalls nicht gewährleistet.
  • Im Stand der Technik ist eine Lösung für das Problem der ungewollten Bewegung des Schutzkörpers vorgeschlagen worden, bei dem der Schutzkörper durch sehr paßgenaue Nietverbindungen mit dem Substrat verbunden wird. Dies hat den Nachteil, daß die Auswahl geeigneter Nieten sehr beschränkt ist und/oder ein hohes Maß an Genauigkeit von Substrat und Abdeckung gegeben sein muß. Andere Befestigungsvarianten, die eine gute Fixierung gewährleisten könnten, können oft auf Grund der maßlichen Verhältnisse einer Baugruppe oder der Umgebung, in der diese Baugruppe integriert werden soll, nicht realisiert werden.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Abdeckung mit dem Substrat zu verkleben. Dies hat jedoch einen zusätzlichen Prozeßschritt zur Folge und erhöht damit die Kosten. Ein Kompressionsschutz in Z-Richtung erfolgte bisher nicht oder nur durch Unterstützung der Komponenten in Z-Richtung, wie beispielsweise durch ein arbeitsaufwendiges und fehlerbehaftetes Voll- oder Partiell-Underfill unter den Komponenten, das bis unter die Bauteile ragt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde Mittel bereitzustellen, mit denen eine Verschiebung der Abdeckung in X und/oder Y-Richtung, jedoch vorzugsweise auch in Z-Richtung, d. h. senkrecht zur Ebene des Substrats, unterbunden oder zumindest soweit verringert wird, daß Beschädigungen an den Kontakten oder den zu schützenden Komponenten verhindert werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Schutzvorrichtung für Baugruppen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie das Verfahren zur Herstellung einer Schutzvorrichtung für Baugruppen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 17. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
  • Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, Hohlräume zwischen dem Substrat und der Abdeckung mit einem Füllmaterial auszufüllen, um so die Beweglichkeit der Abdeckung ohne weitere Maßnahmen einzuschränken oder ganz zu unterbinden. Demzufolge ist die Erfindung zunächst gerichtet auf eine Schutzvorrichtung für Baugruppen mit einem Substrat und zumindest einer darauf angeordneten, zu schützenden Komponente, die aufweist:
    • - zumindest ein Abdeckelement zum Abdecken zumindest einer Baugruppe; und
    • - ein Füllmaterial, welches einen oder mehrere vorgegebene Räume zwischen dem Substrat und dem Abdeckelement ausfüllt.
  • Unter einer Baugruppe ist hierbei ein Arrangement von einem Substrat und einer oder mehreren Funktions-Komponenten zu verstehen. Ein Substrat kann eine Platine aus Polymeren im herkömmlichen Sinne sein, aber auch ein Keramik- oder Metallträger, auf den die Komponenten aufgesetzt werden, beispielsweise Halbleiterkomponenten wie integrierte Schaltkreise oder passive Bauelemente wie Widerstände, Spulen, etc.
  • Ein Abdeckelement im Sinne der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise ein aus dem Stand der Technik bekanntes Element, welches deckelförmig die Baugruppe abdeckt. Das Abdeckelement kann über einen oder mehrere (beispielsweise zueinander höhenversetzte) im wesentlichen planare Bereiche zum Abdecken der Komponenten verfügen. Diese stellen die Hauptbereiche des Abdeckelements dar und entsprechen in ihrer Funktion im wesentlichen den im Stand der Technik bekannten Abdeckungen. Das erfindungsgemäße Abdeckelement kann aus verschiedenen im Stand der Technik verwendeten Materialien angefertigt sein. So ist es möglich, das Abdeckelement aus Metallen wie Stahl, Kupfer oder Aluminiumblech zu biegen, respektive zu fertigen, es kann jedoch auch möglich sein, das erfindungsgemäße Abdeckelement aus einem Polymer zu pressen, zu gießen oder sonstwie zu formen.
  • Die zu schützenden Komponenten können unterschiedlichster Natur sein. So kann es sich um elektromechanische oder rein mechanische Bauelemente handeln. Ein wichtiges Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung wird allerdings im Bereich der Elektronik und Halbleitertechnik sein, wo integrierte Schaltkreise mit einer großen Zahl nach außen geführter Kontakte zu schützen sind. Es wird daher insbesondere bevorzugt, daß die zumindest eine zu schützende Komponente eine mit elektrischen Kontakten verbundene Halbleiterkomponente ist. Unter einer Halbleiterkomponente ist dabei jeglicher integrierter Schaltkreis mit Kontakten, sei es ein behäuster oder ein nicht behäuster Chip, zu verstehen. Auch passive Bauelemente können unter den Begriff der Halbleiterkomponente fallen, sofern sie des Schutzes bedürfen. Das Substrat kann zudem über Leiterbahnen der leiterbahnähnliche Strukturen zum Abführen von elektrischen Strömen von den Halbleiterkomponenten verfügen, sofern nicht alternativ die Kontakte verschiedener Halbleiterkomponenten unmittelbar miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Einsatz von Wirebonds.
  • Unter einem vorgegebenen Raum ist im Sinne der Erfindung ein dreidimensionaler Körper bzw. dessen äusserer Umfang zu verstehen, der mit dem Füllmaterial ausgefüllt ist oder werden wird bzw. soll.
  • Unter einem Füllmaterial ist im Sinne der Erfindung jedes Material zu verstehen, welches in der Lage ist, einen Raum kompakt auszufüllen und welches eine gewisse Kompressibilität aufweist, und welches in der Lage ist, eine mechanische Einwirkung kräftemäßig so zu verteilen, daß keine übermäßige Kraft auf eine der zu schützenden Komponenten ausgeübt werden kann.
  • Das Füllmaterial kann zu diesem Zweck beispielsweise porös sein. Besonders bevorzugt ist, wenn es sich bei dem Füllmaterial um ein Schaumpolymer handelt. Als Schaumstoffe kommen alle dem Fachmann geläufigen Materialien in Frage, wie geschlossenzellige, gemischtzellige oder offenzellige Schaumstoffe, syntaktische Schaumstoffe, thermoplastische oder duroplastische Schaumstoffe. In Frage kommende Polymere sind beispielsweise Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyurethane, Harnstoffpolymere, Polyethylen, oder Melaminpolymere. Auf Grund ihrer Eignung zum Einsatz bei höheren Temperaturen sind besondere Polyethersulfone und Phenolpolymere bevorzugt. Das verwendete Füllmaterial muß naturgemäß dem konkretisierten Anwendungszweck angepaßt werden. Hierbei sind insbesondere zu erwartende Kompressions- oder Scherkräfte auf die zu schützende Baugruppe, Temperaturen während des Einsatzes oder in nachgelagerten Fertigungsschritten, chemische Resistenz sowie Alterungsverhalten des Füllmaterials zu berücksichtigen.
  • Es wird insbesondere bevorzugt, daß das Füllmaterial ein in situ expandiertes Material ist. Hierunter ist ein Material zu verstehen, welche seine expandierten Eigenschaften (das heißt seine Eigenschaften als Schaumpolymer) erst erhält, nachdem ein Ausgangsmaterial in den Bereich verbracht worden ist, in dem ein vorgegebener Raum definiert worden ist. Es ist also hierunter zu verstehen, daß das Material besonders gut den räumlichen Gegebenheiten am Ort der Expansion angepaßt ist.
  • Um beispielsweise zu schützende Komponenten auch in Z- Richtung gegen Kompression zu sichern, kann es weiterhin bevorzugt sein, daß sich das Füllmaterial bis unter die zumindest eine Komponente erstreckt.
  • Obwohl es grundsätzlich möglich ist, zwischen einem vorgegebenen Raum, der von Füllmaterial aufgefüllt ist, und entweder Substrat oder Abdeckelement einen Freiraum zu lassen, der sich so bemißt, daß auch bei Kompression des Abdeckelements in Richtung auf das Substrat rechtzeitig ein Gegendruck durch das Füllmaterial im vorgegebenen Raum ausgeübt werden kann und damit ein direkter mechanischer Kontakt zwischen Abdeckelement und zu schützender Komponente verhindert oder zumindest bis auf den Grad verringert werden kann, daß keine Gefahr mehr für die zu schützenden Komponenten oder die Kontakte ausgehen, so wird es doch bevorzugt, daß zumindest einer der vorgegebenen Räume sich vom Substrat bis zum Abdeckelement erstreckt, um auf diese Weise eine möglichst frühzeitige Wirkung des Füllmaterials gegenüber Kompressionen oder anderen Verschiebungen des Abdeckelements zu erhalten.
  • Des weiteren kann man sich Synergieeffekte bei der Verwendung einer Mehrzahl vorgegebener Räume, die mit Füllmaterial ausgefüllt sind, zunutze machen. Die vorgegebenen Räume können beispielsweise so angeordnet sein, daß sie eine Verschiebung der Komponenten in Z-Richtung bei Kompression des Abdeckelements verhindern. Mehrere vorgegebene Räume können auch so angeordnet sein, daß sie eine Verschiebung von zu schützenden Komponenten in X und/oder Y-Richtung verhindern können.
  • Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung kann weiterhin einen Gapfiller aufweisen, der zwischen den Abdeckelementen und zumindest einer zu schützenden Komponente angeordnet ist. Dieser erfüllt die im Stand der Technik bereits bekannten Funktionen, so die Wärmediffusion von den zu schützenden Komponenten zum Abdeckelement. Bei einem Gapfiller handelt es sich um eine plastische Masse, welche beispielsweise durch Beimengung von Metall- oder Metalloxidpartikeln oder ähnliches eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und die durch den in Halbleiterkomponenten fließenden Strom entwickelte Hitze zum Abdeckelement ableitet. Wie bereits oben erläutert, dienen solche Abdeckelement häufig ebenfalls zur Hitzeabfuhr (sogenannte "heat spreader").
  • Die mit der Erfindung schützbaren Komponenten können grundsätzlich alle im Stand der Technik bekannten oder neuartige Komponenten sein, sofern sie eines entsprechenden Schutzes, insbesondere in einer X/Y-Richtung, also parallel zur Substratoberfläche, benötigen. So kann die zumindest eine Komponente beispielsweise ein behäustes Bauelement oder ein Flip- Chip sein.
  • Durch die Verwendung eines expandierten Materials wird es in vielen Fällen möglich sein, eine permanente Verbindung zwischen der Baugruppe und dem Abdeckelement herzustellen, da das Abdeckelement vom Füllmaterial fixiert wird, z. B. durch dessen spezifische Ausformung oder durch Friktion.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung Befestigungselemente aufweisen, mit denen das Abdeckelement am Substrat fixiert ist. Diese Befestigungselemente können vorzugsweise Nieten sein. Auf Grund der erfindungsgemäßen Maßnahme ist es allerdings in diesem Falle möglich, auch preisgünstigere Nieten zu verwenden, die eine geringere Paßgenauigkeit haben als die bislang für das Erzielen eines zuverlässigen Schutzes notwendigen Nieten.
  • Das Substrat kann jegliche im Stand der Technik bekannte Form und Funktion aufweisen. Vorzugsweise ist das Substrat eine Platine mit Kontaktstellen zur Kontaktierung von zu schützenden Halbleiterkomponenten. Es kann sich jedoch auch um eine Mikroplatine oder einen Keramikträger für entsprechende Elemente handeln. Üblicherweise werden die Kontaktstellen auf der Platine oder Mikroplatine liegen. Es ist jedoch auch vorstellbar, daß zwischen verschiedenen Halbleiterkomponenten direkte Drahtverbindungen vorhanden sind, und das Substrat lediglich als mechanische Halterung der verschiedenen Halbleiterkomponenten dient. In diesem Fall ist die Erfindung vor allem auf den Schutz dieser Verdrahtungselemente gerichtet, da sie den empfindlichsten Teil der zu schützenden Baugruppe darstellen. Insbesondere kann das Substrat eine Platine mit Leiterbahnen und Kontakten zur Verbindung mit der zumindest einen Halbleiterkomponente sein.
  • Die Erfindung ist ebenfalls auf ein Verfahren gerichtet. Für dieses gilt alles oben Gesagte einschließlich der Vorteile und Details gleichermaßen, so daß darauf vollinhaltlich verwiesen wird, genau wie umgekehrt alles bezüglich des Verfahrens Gesagte auch entsprechend für die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung gelten soll.
  • Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzvorrichtung für Baugruppen mit einem Substrat und zumindest einer darauf angeordneten, zu schützenden Komponente mit folgenden Schritten gerichtet:
    Bereitstellen einer Baugruppe;
    Aufbringen zumindest einer vorgegebenen Menge eines expansionsfähigen Materials auf vorgegebene Bereiche der Baugruppe;
    Aufbringen eines Abdeckelements auf die Baugruppe; und
    Expandieren des expansionsfähigen Materials, so daß es vorgegebene Räume zwischen der Baugruppe und dem Abdeckelement ausfüllt.
  • Wie bereits bezüglich der Vorrichtung gesagt, können die vorgegebenen Räume so angeordnet werden, daß sie eine Verschiebung von zu schützenden Komponenten in Z-Richtung zusätzlich zu der X/Y-Richtung verhindern können, wobei mehrere vorgegebene Räume die Verschiebung in X/Y-Richtung verhindern können.
  • Das Expandieren des expansionsfähigen Materials kann durch verschiedene im Stand der Technik bekannte oder diskutierte Verfahren geschehen, beispielsweise durch Erhitzen, radioaktives Bestrahlen, ein selbständiges Expandieren nach einer vorgegebenen Zeit oder durch Druckmindern eines die Komponenten umgebenden Fluids.
  • Das Expandieren nach einer vorgegebenen Zeit erfolgt üblicherweise durch Zugabe eines Katalysators oder eines Reaktanten zu dem expansionsfähigen Material, der nach einer Latenzzeit das für die Expansion notwendige Gas erzeugt.
  • Ganz allgemein kann man sagen, daß die Zellen in der Polymermatrix, sofern man ein Polymer verwendet, welches expandierte Zellen bildet, mit Hilfe von Treibmitteln erzeugt werden. Zum Expandieren können sogenannte physikalische Treibmittel verwendet werden. Hierzu verwendet man häufig leicht verdampfende Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Pentan bis Heptan, Chlorkohlenwasserstoffe wie Methylchlorid oder Trichlorethylen. Bei Erhitzen verdampfen diese Kohlenwasserstoffe und bilden die expandierten Zellen.
  • Es können auch chemische Treibmittel verwendet werden, was häufig Feststoffe sind, die bei höheren Temperaturen unter Freisetzung von Gasen zerfallen. Beispiele für solche chemischen Treibmittel sind Azoverbindungen und Sulfonylhydrazide, welche bei Temperaturen zwischen 90 und 275°C Stickstoff abspalten.
  • In einer weiteren Variante können dem expansionsfähigen Material Stoffe zugegeben werden, welche in diesen lediglich bei Überdruck gelöst bleiben und bei Druckreduzierungen wieder frei werden, um die Fällen des expandierten Materials zu bilden. Hierzu sind Anpassungen am Produktionsprozeß der Baugruppen und Schutzvorrichtungen nötig, um diese gegebenenfalls unter Überdruck zusammenzusetzen. Die bearbeiteten Elemente werden hierbei von einem Fluid, beispielsweise einem Gas wie Luft oder einer Flüssigkeit, umgeben, mit dem die notwendigen Druckänderungen erereicht werden können. In der Regel wird einfach in einem Druckluftmilieu gearbeitet werden.
  • Um die vorgegebenen Räume mit Füllmaterial zu füllen, muß mithin die Menge an expansionsfähigem Material an den vorgegebenen Raum und die Expansionsfähigkeit dieses Füllmaterials angepaßt werden. Hierzu sind vorab Kalkulationen notwendig, deren Ergebnis dann die Menge an expansionsfähigem Material vorgibt, die jeweils auf das Substrat in dem Bereich aufgebracht wird, wo der vorgegebene Raum, welcher ausgefüllt werden soll, positioniert ist.
  • Um eine besser kontrollierte Expansion zu erreichen, kann es weiterhin bevorzugt sein, auf das Substrat Formen aufzusetzen, in welche das expansionsfähige Material gefüllt wird und welche die endgültige Form des vorgegebenen Raums exakt festlegen können. Solche Formen können beispielsweise aus einem leichten Material wie Papier oder einer Polymerfolie hergestellt werden.
  • Bei bestimmten Anwendungen ist es auch möglich, daß der vorgegebene Raum der gesamte zur Verfügung stehende Hohlraum zwischen Substrat und Abdeckelement ist. In diesem Fall werden die Halbleiterkomponenten vollständig vom expandierten Material umschlossen. Bedingt durch die Fließfähigkeit des expandierenden Materials während der Expansion kann die Expansion ihre Grenzen beispielsweise an den Kontakten oder an Engstellen zwischen Halbleiterkomponenten und Abdeckelement finden. Die Berücksichtigung solcher Effekte und ihrer Folgen für die erfindungsgemäß gewünschte Stabilisierung kann der Fachmann abschätzen.
  • Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines konkretisierten, nicht limitierenden Ausführungsbeispiels erläutert werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung (Fig. 1) Bezug genommen wird, in der eine Baugruppe mit Abdeckelement und erfindungsgemäßem expandiertem Material im Querschnitt gezeigt ist.
  • Durch die Aufbringung eines später expandierten Materials, beispielsweise durch Hitzeeinwirkung, auf das Substrat zwischen Bauteilen und/oder unter den Bauteilen kann eine Fixierung des Schutzkörpers/Abdeckelements zum Substrat hin erfolgen, beziehungsweise können die Bauteile an einer Bewegung in X/Y- und ggfs. Z-Richtung gehindert werden. Die Fixierung des Schutzkörpers durch weitere Standardmechanismen wie zum Beispiel Nieten, kann dabei mit größeren Toleranzen erfolgen. Durch ein nachträglich expandiertes Material muß im Gegensatz zum klassischen Underfill das Materialvolumen nicht so exakt dispensiert werden, da sich das Material erst nachträglich anpaßt. Bei der Auswahl des expansionsfähigen Materials ist darauf zu achten, daß es sich beim Expandieren an die Bauteile anpaßt, keine Kraft ausübt, die Bauteile nicht beschädigt und nach erfolgter Expansion steif genug ist, um einen wirksamen Schutz in X/Y- und ggfs. Z-Richtung zu gewährleisten. Weitere Faktoren können bei der Auswahl geeigneter Materialien eine Rolle spielen, beispielsweise deren Porosität und damit Feuchtedurchlässigkeit.
  • Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Baugruppe 2, über der sich ein Abdeckelement 1 befindet. Die Baugruppe 2 besteht aus dem Substrat 3, Komponenten wie den Halbleiterkomponenten 4, Kontakten, beispielsweise sogenannten Bumps 5 und gegebenenfalls einem zwischen Halbleiterkomponente 4 und Abdeckelement 1 angeordneten, der Hitzeverteilung dienenden Gapfiller 6. Zwischen den einzelnen Halbleiterkomponenten ist das expandierte Material 7 angeordnet, welches im gezeigten Beispiel den Raum zwischen Oberfläche 3a des Substrats und Abdeckelement 1 sowie zwischen den jeweils benachbarten Halbleiterkomponenten 4weitgehendst ausfüllt. Es versteht sich allerdings, daß auch Variationen des hier vorgegebenen Raums 8 möglich sind, der beispielsweise nur zwischen bestimmten Halbleiterkomponenten liegen kann oder nicht den zur Verfügung stehenden Raum zwischen Halbleiterkomponenten Substratoberfläche 3a und Abdeckelement 1 komplett ausfüllt.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine effektive Dämpfung von mechanischen Einwirkungen auf zu schützende Komponenten von mit Abdeckelementen abgedeckten Baugruppen sowohl in seitlicher als auch in vertikaler Richtung. Das expandierte Material ist einfach zu handhaben und kann mittels bekannter und gut verstandener Techniken in den gewünschten Bereichen positioniert werden.

Claims (24)

1. Schutzvorrichtung für Baugruppen (2) mit einem Substrat (3) und zumindest einer darauf angeordneten, zu schützenden Komponente (4), aufweisend:
zumindest ein Abdeckelement (1) zum Abdecken einer Baugruppe (2); und
ein Füllmaterial (7), welches einen oder mehrere vorgegebene Räume (8) zwischen dem Substrat (3) und dem Abdeckelement (1) ausfüllt.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine zu schützende Komponente (4) eine mit elektrischen Kontakten verbundene Halbleiterkomponente ist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (7) porös ist.
4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial ein Schaumpolymer ist.
5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumpolymer Polystyrol, Polyvinylchlorid, ein Polyurethan, ein Harnstoffpolymer, Polyethylen, ein Melaminpolymer, ein Polyethersulfon oder ein Phenolpolymer enthält.
6. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (7) ein in situ expandiertes Material ist.
7. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Füllmaterial (7) bis unter die zumindest eine zu schützende Komponente (4) erstreckt.
8. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der vorgegebenen Räume (8) sich vom Substrat (3) bis zum Abdeckelement (1) erstreckt.
9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Räume (8) so angeordnet sind, daß sie eine Verschiebung von zu schützenden Komponenten (4)in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats (3) bei Kompression des Abdeckelements (1) verhindern.
10. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorgegebene Räume (8) so angeordnet sind, daß sie eine Verschiebung von zu schützenden Komponenten (4) in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Substrats (3) verhindern können.
11. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin aufweist einen Gapfiller (6), der zwischen dem Abdeckelement (1) und zumindest einer der zu schützenden Komponenten (4) angeordnet ist.
12. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Halbleiterkomponente (4) ein behäustes Bauelement ist.
13. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Halbleiterkomponente (4) ein Flip-Chip ist.
14. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Befestigungselemente aufweist, mit denen das Abdeckelement (1) am Substrat (3) fixiert ist.
15. Schutzvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente Nieten sind.
16. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (3) eine Platine mit Leiterbahnen und Kontakten (5) zur Verbindung mit der zumindest einen Halbleiterkomponente (4) ist.
17. Verfahren zur Herstellung einer Schutzvorrichtung für Baugruppen (2) mit einem Substrat (3) und zumindest einer darauf angeordneten, zu schützenden Komponente (4), mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Baugruppe (2);
- Aufbringen zumindest einer vorgegebenen Menge eines expansionsfähigen Materials auf vorgegebene Bereiche der Baugruppe (2);
- Aufbringen eines Abdeckelements (1) auf die Baugruppe (2); und
- Expandieren des expansionsfähigen Materials, so daß es vorgegebene Räume (8) zwischen der Baugruppe (2) und dem Abdeckelement (1) ausfüllt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine zu schützende Komponente (4) eine mit elektrischen Kontakten verbundene Halbleiterkomponente ist.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Räume (8) so angeordnet werden, daß sie eine Verschiebung von zu schützenden Komponenten (4) in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats (3) bei Kompression des Abdeckelements (1) verhindern.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorgegebene Räume (8) so angeordnet werden, daß sie eine Verschiebung von zu schützenden Komponenten (4)in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Substrats (3) verhindern können.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Expandieren durch Erhitzen des expansionsfähigen Materials erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Expandieren durch radioaktives Bestrahlen des expansionsfähigen Materials erfolgt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Expandieren nach einer vorgegebenen Zeit selbständig erfolgt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Expandieren durch Druckmindern eines die Schutzvorrichtung umgebenden Fluids erfolgt.
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