DE10143790B4 - Elektronisches Bauteil mit wenigstens einem Halbleiterchip - Google Patents
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Abstract
Elektronisches
Bauteil mit wenigstens einem Halbleiterchip (1), mit einer mit dem
wenigstens einen Halbleiterchip (1) verbundenen Umverdrahtungsschicht
(2) und mit einer der Umverdrahtungsschicht (2) zugeordneten Leiterplatte
(18), wobei die Umverdrahtungsschicht (2) an ihrer dem wenigstens
einen Halbleiterchip (1) abgewandten Oberfläche mit flexiblen höckerförmigen Kontakten
(10) mit einem Bogenabschnitt versehen ist, die mit Kontaktflächen (20)
der Leiterplatte (18) korrespondieren, wobei die flexiblen höckerförmigen Kontakte
(10) eine elastische Zwischenschicht (9) aufweisen und wobei strukturierte
Leiterbahnen (8) auf den Höckern
der elastischen Zwischenschicht (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Umverdrahtungsschicht (2) über eine flache Zwischenschicht
(12; 22) mit mehreren Aussparungen mit der Leiterplatte (18) fest
verbunden ist, wobei die flexiblen höckerförmigen Kontakte (10) sich in
den Aussparungen der flachen Zwischenschicht (12; 22) befinden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit wenigstens einem Halbleiterchip und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
- Elektronische Halbleiterchips können mit Umverdrahtungsplatten bzw. -schichten und Leiterplatten zu sogenannten CSP (Chip Size Packages) verbunden werden. Die elektrischen und mechanischen Verbindungen zwischen den Einzelbauteilen können aus gelöteten Drahtverbindungen bestehen. Die Lötverbindungen, die inzwischen mit bleifreiem Lot hergestellt werden, müssen dabei auf Temperaturen von mindestens 240 °C erhitzt werden. Dies bedeutet eine erhebliche Temperaturbelastung insbesondere für die empfindlichen Halbleiterbausteine. Nach der Herstellung der CSP sind Testroutinen für die Funktionstests der Halbleiterchips zu durchlaufen, die bei negativem Ergebnis einen Austausch der bereits verlöteten Halbleiterchips erforderlich machen. Dies bedeutet neben dem kostenintensiven und die Produktion verlangsamenden Handlingaufwand erneut eine hohe Temperaturbelastung für die Bauteile.
- Eine Verbindungsstruktur ist aus der
US 5,783,465 A1 bekannt, die metallbeschichtete flexible Polymerkontakthöcker und einen anisotrop leitenden Film aufweist. - Ein Federkontakt, der einen Auslegeranteil und einen Basisanteil aufweist, ist aus der WO 01/09952 A2 bekannt. Der Kontakt bildet eine Verbindung zwischen zwei Teilen, die über Abstandselemente miteinander verbunden sind.
- Eine Verbindungsstruktur mit flexiblen Kontakten, die jeweils in einer Aussparung einer Abstandsfolie angeordnet sind, ist aus der US 2001/0012704 A1 bekannt.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine schnell und kostengünstig herstellbare Bauteilverbindung zwischen Halbleiterchip, Umverdrahtungsschicht und Leiterplatte zur Verfügung zu stellen, die zudem einen schnellen Austausch eines bereits montierten Halbleiterchips ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Erfindungsgemäß weist das elektronische Bauteil wenigstens einen Halbleiterchip, eine mit diesem verbundene Umverdrahtungsschicht sowie eine der Umverdrahtungsschicht zugeordnete Leiterplatte auf. Es ist vorgesehen, dass die Umverdrahtungsschicht an ihrer dem wenigstens einen Halbleiterchip abgewandten Oberfläche mit flexiblen höckerförmigen Kontakten mit einem Bogenabschnitt versehen ist, die mit Kontaktflächen der Leiterplatte korrespondieren. Die flexiblen höckerförmigen Kontakte weisen eine elastische Zwischenschicht auf und auf den Höckern der elastischen Zwischenschicht sind strukturierte Leiterbahnen angeordnet. Die Umverdrahtungsschicht ist über eine flache Zwischenschicht mit mehreren Aussparungen mit der Leiterplatte fest verbunden. Die flexiblen höckerförmigen Kontakte befinden sich in den Aussparungen der flachen Zwischenschicht.
- Dieses erfindungsgemäße elektronische Bauteil hat den Vorteil einer schnellen und kostengünstigen Herstellbarkeit einer lösbaren Bauteilverbindung zwischen Umverdrahtungsschicht mit darauf montiertem wenigstens einen Halbleiterchip und Leiterplatte. Die Montage kann zudem mit einem sehr hohen Durchsatz erfolgen, ohne dass Lötverbindungen hergestellt werden müssen, die eine erhebliche Temperaturbelastung sowie einen unumgänglichen Zeitaufwand bei der Verarbeitung der Bauteile bedeuten würden. Auf einer Umverdrahtungsschicht kann dabei ein einzelner Halbleiterchip angebracht sein. Es sind aber auch elektronische Bauteile mit einer Vielzahl von Halblei terchips auf einer einzigen Umverdrahtungsschicht möglich. Ebenso können auf einer Leiterplatte ein oder auch mehrere Umverdrahtungsschichten montiert sein, so dass ggf. sehr hoch integrierte elektronische Bauteile realisierbar sind.
- Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Umverdrahtungsschicht mit dem wenigstens einen Halbleiterchip und die Leiterplatte in einem definierten Abstand zueinander montiert. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die flexiblen Kontakte der Umverdrahtungsschicht in einer definierten Anlage zu den Kontaktflächen der Leiterplatte gebracht werden und für einen sicheren elektrischen Kontakt der beiden Bauteile sorgen. Der definierte Abstand kann je nach Größe der flexiblen Kontakte vorteilhaft in einem Bereich von ca. 50 μm bis 200 μm liegen, womit extrem kompakte Aufbauhöhen der CSP (Chip Size Packages) realisierbar werden.
- Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform stehen die flexiblen Kontakte der Umverdrahtungsschicht bei auf der Leiterplatte montierter Umverdrahtungsschicht unter einer Vorspannung. Dies hat den Vorteil einer definierten Anlagekraft der flexiblen Kontakte, womit ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen den metallischen Berührflächen gewährleistet ist. Die senkrecht zur Bauteiloberfläche liegende Elastizität der flexiblen Kontakte sorgt zudem für einen gewissen Ausgleich von Unebenheiten und Erhöhungen der Umverdrahtungsschicht bzw. der Leiterplatte zueinander.
- Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass die flexiblen Kontakte die flache Zwischenschicht zwischen der Umverdrahtungsschicht und der Leiterplatte im entspannten Zustand geringfügig überragen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer jederzeit zuverlässigen Verbindung zwischen den flexiblen Kontakten und den Kontaktflächen der Leiterplatte, da die flexiblen Kontakte zunächst bis zum mechanischen Anschlag der flachen Zwischenschicht elastisch verformt werden und damit einen zuverlässigen elektrischen Kontakt bilden.
- Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht die flache Zwischenschicht aus einem Kunststoff, womit der Vorteil der einfachen und kostengünstigen Verarbeitbarkeit – bspw. in einem Spritzgussverfahren – verbunden ist. Zudem wirkt Kunststoff als elektrischer und thermischer Isolator, so dass er vorteilhaft als Berührschicht auch von Strom führenden Bereichen des Halbleiterchips bzw. der Umverdrahtungsschicht geeignet ist.
- Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die flache Zwischenschicht mehrteilig ausgeführt und nur an Zwischenräumen zwischen benachbarten flexiblen Kontakten und/oder Gruppen von flexiblen Kontakten aufgebracht. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die flexiblen Kontakte jederzeit ausreichend Spielraum zur Verformung haben, ohne bei ihrer elastischen Verbiegung an die Zwischenschicht zu stoßen.
- Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die flache Zwischenschicht perforiert ist und dass in den Zwischenräumen flexible Kontakte angeordnet sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer besonderen Stabilität aufgrund der dadurch gebildeten gitternetzartigen Struktur. Auch die Verarbeitbarkeit in einem einzigen kurzen Spritzgussprozess kann dadurch vereinfacht werden.
- Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die flache Zwischenschicht eine beidseitig klebende Folie, was den Vorteil einer besonders einfachen und äußerst schnellen Verarbeitbarkeit hat. Die Folie kann in einem Schritt aufgebracht werden, wonach unmittelbar die Umverdrahtungsschicht auf die Leiterplatte gedrückt werden kann. Dies sorgt für sehr schnelle Taktzeiten und dadurch für einen sehr hohen Durchsatz bei der Herstellung der erfindungsgemäßen elektronischen Bauteile.
- Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die flache Zwischenschicht als einteilig perforierter oder mehrteiliger Sockel an der Umverdrahtungsschicht ausgeführt, auf dem eine dünne klebende Folie befestigt ist. Dieser Sockel kann auf einfache Weise bspw. mittels einer Drucktechnik aufgebracht werden und weist eine definierte Dicke auf. Die darauf aufgebrachte dünne Klebefolie sorgt dann für eine feste Verbindung zwischen dem bereits fest mit der Umverdrahtungsschicht verbunden Sockel und der Leiterplatte. Der Sockel kann vorteilhaft bspw. aus einem Polymermaterial bestehen und ist dadurch besonders einfach zu verarbeiten. Je nach Bedarf kann der Sockel mehrteilig und jeweils in Zwischenräumen zwischen flexiblen Kontakten angeordnet sein. Ebenso möglich ist auch eine einteilige Ausführung in einer gitternetzartigen Struktur.
- Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die flache Zwischenschicht als einteilig perforierter oder mehrteiliger Sockel an der Leiterplatte ausgeführt ist, auf dem eine dünne klebende Folie befestigt ist. Damit ist der Vorteil verbunden, dass gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform ein defekter Halbleiterchip besonders leicht wieder von der Leiterplatte gelöst und gegen einen fehlerfreien ausgetauscht werden kann.
- Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Klebeverbindung an der Leiterplatte stärker haftet als an der Umverdrahtungsschicht, was den Vorteil einer definierten Trennstelle beim Ablösen eines fehlerhaften Halbleiterchips hat. Dadurch wird vermieden, dass sich die Klebefolie vom Sockel löst, bevor die Umverdrahtungsschicht von der Folie getrennt ist.
- Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Klebeverbindung an der Umverdrahtungsschicht lösbar ausgeführt, was insbesondere den Vorteil einer schnellen und einfachen Entfernbarkeit eines als fehlerhaft getesteten Halbleiterchips hat.
- Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Klebeverbindung an der Umverdrahtungsschicht nach dem Ablösen einer bereits montierten Umverdrahtungsschicht wiederholt verwendbar, was den besonderen Vorteil hat, dass ein als fehlerhaft getesteter Halbleiterchip leicht gegen einen fehlerfreien ausgetauscht werden kann. Dafür sind keinerlei weitere Applizierungsschritte notwendig, wie bspw. das Aufbringen einer neuen Klebestelle oder dergleichen.
- Die flexiblen Kontakte sind in Form eines Kontakthöckers ausgebildet. Damit ist der Vorteil einer gleichmäßigen elastischen Verformung beim Aufbringen der Umverdrahtungsschichten auf die Leiterplatten verbunden. Eine bogenförmige Kontur sorgt dabei für eine gleichmäßige Verteilung der Federkraft über den ganzen Verlauf des Kontakthöckers.
- Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die flexiblen Kontakte mit den jeweils korrespondierenden Kontakt flächen der Leiterplatte in Berührkontakt stehen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer einfach und sehr schnell herstellbaren elektrischen Verbindung zwischen Halbleiterchip, Umverdrahtungsschicht und Leiterplatte, ohne dass weitergehende Verarbeitungsschritte – bspw. Löten oder dergl. – notwendig sind. Zudem kann in einem solchen Fall ein defekter Halbleiterchip besonders einfach gegen ein neues Bauteil ausgetauscht werden, ohne dass zuvor die elektrischen Verbindungsstellen gelöst werden müssen.
- Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die flexiblen Kontakte mit den jeweils korrespondierenden Kontaktflächen der Leiterplatte verlötet und/oder verklebt sind. Diese alternative Ausführungsform hat den Vorteil einer besonders stabilen und widerstandsfähigen mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktstellen.
- Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit wenigstens einem Halbleiterchip, einer mit dem wenigstens einen Halbleiterchip verbundenen Umverdrahtungsschicht und mit einer der Umverdrahtungsschicht zugeordneten Leiterplatte ist vorgesehen, dass die Umverdrahtungsschicht mit dem wenigstens einen Halbleiterchip mit flexiblen höckerförmigen Kontakten mit einem Bogenabschnitt versehen ist, die mit Kontaktflächen der Leiterplatte korrespondieren, und wobei die Umverdrahtungsschicht über eine flache Zwischenschicht mit der Leiterplatte fest verbunden ist. Erfindungsgemäß ist das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet. Nach dem Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchips und dazwischen vorgesehenen Sägespurbereichen werden diese jeweils mit Umverdrahtungsschichten verbunden. Auf der der aktiven Seite des Halbleiterchips abgewandten Oberfläche der Umverdrahtungsschicht werden flexible höckerförmige Kontakte aufgebracht, wobei eine elastische Zwischenschicht, die Höcker aufweist, aufgebracht wird und eine metallische Schicht aufgebracht wird. Durch die Strukturierung der metallischen Schicht werden Leiterbahnen auf den Höckern der elastischen Zwischenschicht hergestellt. Danach werden flache Zwischenschichten an den Umverdrahtungsschichten aufgebracht, wonach ein Verkleben der Umverdrahtungsschichten mit Leiterplatten erfolgt. Dabei können wahlweise nur ein oder auch mehrere Halbleiterchips auf einer Umverdrahtungsschicht angebracht sein. Ebenso können wahlweise nur eine oder auch mehrere Umverdrahtungsschichten auf einer Leiterplatte aufgebracht sein.
- Dieses erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hat den besonderen Vorteil einer schnellen und kostengünstigen Herstellbarkeit von sog. CSP (Chip Size Packages), bei denen zudem ein für die Bauteile belastendes Löten entfallen kann. Das Verkleben der Umverdrahtungsschichten auf den Leiterplatten sorgt für eine feste und stabile mechanische Verbindung, wogegen die elektrische Verbindung mittels federnder Kontakte zustande kommt, die von jeder mechanischen Trägerfunktion völlig entlastet sind. Die flexiblen Kontakte gleiten vielmehr auf Kontaktflächen der Leiterplatte und werden leicht gegen diese gedrückt, bis die Umverdrahtungsschicht auf der Zwischenschicht zur Anlage kommt. Somit können in extrem kurzen Taktzyklen integrierte elektronische Bauteile hergestellt werden, die durch eine hohe Integrationsdichte sowie eine hohe mechanische Stabilität ausgezeichnet sind.
- Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Halbleiterwafer nach dem Aufbringen der flexiblen Kontakte und vor dem Anbringen der Umverdrahtungsschichten zu Halbleiterchips vereinzelt. Damit ist der Vorteil verbunden, dass eine flexible Fertigung von unterschiedlichen elektronischen Bauteilen auf einer Fertigungslinie ermöglicht ist. Wenn die Halbleiterchips zuvor vereinzelt und erst danach mit Umverdrahtungsschichten verbunden werden, können ggf. auf einer Linie unterschiedliche Bauteile gruppiert und zusammen gefügt werden.
- Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden die Halbleiterwafer nach der Montage der Umverdrahtungsschichten auf den Halbleiterchips zu elektronischen Bauteilen vereinzelt. Damit ist der Vorteil einer besonders schnellen Verarbeitung in größeren Chargen verbunden. Bei einer Verbindung der Umverdrahtungsschichten bereits am Halb leiterwafer können in einem Arbeitsgang eine Vielzahl von elektronischen Bauteilen hergestellt werden, die erst in einem folgenden Verarbeitungsschritt zu einzelnen Bausteinen getrennt werden. Die Umverdrahtungsschichten können dabei wahlweise zusammen mit dem Wafer zersägt werden oder bereits als einzelne Teile mit den zu vereinzelnden Halbleiterchips verbunden werden.
- Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als flache Zwischenschicht eine zweiseitig klebende Folie zwischen Umverdrahtungsschicht und Leiterplatte aufgebracht wird, was den Vorteil einer leicht handhabbaren und stabilen Bauteilverbindung zwischen Umverdrahtungsschicht und Leiterplatte hat.
- Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als flache Zwischenschicht ein Sockel an der Umverdrahtungsschicht oder an der Leiterplatte aufgebracht wird, auf den eine dünne Klebefolie aufgebracht wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der stabile Sockel auf einfache Weise sehr exakt maßhaltig ausgeführt werden kann, wogegen als dünne klebende Folie eine handelsübliche Folie Verwendung finden kann. Als Sockel kommt bspw. ein thermoplastischer Kunststoff oder dergl. in Frage, der sich im Spritzgussverfahren verarbeiten lässt.
- Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens haftet die Klebeverbindung an der Leiterplatte stärker als an der Umverdrahtungsschicht, was den Vorteil hat, dass ein als defekt getesteter Halbleiterchip auf einfache Weise wieder von Leiterplatte gelöst werden kann, ohne dass dabei die Gefahr einer Ablösung der Klebefolie besteht.
- Schließlich sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Verkleben und/oder Verlöten der flexiblen Kontakte mit den korrespondierenden Kontaktflächen der Leiterplatte vor. Damit ist der Vorteil einer noch stabileren mechanischen Verbindung zwischen Leiterplatte und Umverdrahtungsschicht verbunden. Zudem kann auf diese Weise noch sicherer gewährleistet werden, dass alle flexiblen Kontakte den elektrischen Strom leiten und nicht bspw. aufgrund eines schlechten Kontaktes eine fehlerhafte Verbindung entsteht.
- Ein letztes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Halbleiterchips nach der Montage der Umverdrahtungsschicht auf der Leiterplatte getestet werden und dass nach der Feststellung eines defekten Halbleiterchips die Klebeverbindung lösbar und wieder verwendbar ist. Dieses Ausführungsbeispiel hat den besonderen Vorteil einer schnellen und unkomplizierten Austauschbarkeit von defekten Teilen. Dieser Austausch kann in sehr kurzen Taktzyklen erfolgen; zudem kann auf die zuvor gelöste Klebestelle problemlos ein neuer Halbleiterchip gesetzt werden, ohne dass irgend welche weiteren Verarbeitungsschritte notwendig wären.
- Zusammenfassend ergeben sich die folgenden Aspekte der vorliegenden Erfindung. Der Basisgedanke besteht in der Gestaltung einer sog. CSP (Chip Size Package) mit in vertikaler Richtung elastischen sog. Interconnect-Elementen und im Anheften eines solchen Chips auf einem handelsüblichen Board bzw. Leiterplatte unter einer geeigneten Vorspannung der elastischen Interconnect-Elemente, so dass federnde elektrische Kontakte zwischen Umverdrahtungsschicht mit darauf montiertem Halbleiterchip und Leiterplatte entstehen. Die technische Realisierung kann bspw. folgendermaßen aussehen. Ein Chip wird mittels Chip-Bonder direkt vom Wafer auf das Board positioniert und dabei so stark angedrückt, dass eine zwischen Chip und Board befindliche Kleber- bzw. Haftschicht das Anheften des Chips auf dem Board bewirkt. Aufgrund der geringeren Dicke der Kleberschicht als die Höhe der entspannten elastischen Interconnect-Elemente drückt der Chipbonder die elastischen Kontakte während der Positionierung soweit durch, bis der mechanische Anschlag durch die Kleberschicht erreicht ist. Die auf diese Weise vorgespannten elastischen Intercon nect-Elemente bilden einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen Chip und Board bzw. Umverdrahtungsschicht.
- Die Taktzeit für die Herstellung dieser Verbindungen ist sehr kurz und kann weniger als eine Sekunde betragen. Wird zudem die Klebekraft so bemessen, dass der Halbleiterchip bei einer definierten senkrechten Zugbelastung wieder vom Board gelöst werden kann, ist ein leichter Austausch eines defekten Chips auf dem Board möglich. Auf der gleichen Position kann dann problemlos ein neuer Halbleiterchip angebracht werden. Genügt die elektrische Verbindung der Druckkontakte nicht den gewünschten Anforderungen, so kann durch einen anschließenden thermischen Prozess wie bspw. Löten, Kleben oder Erzeugung von intermetallischen Phasen eine weitere mechanische Verstärkung der Verbindung und/oder eine Verbesserung der elektrischen Kontakteigenschaften erreicht werden. Hierbei ist allerdings eine Präparierung der Kontaktelemente vor der Montage erforderlich.
- Die haftende Zwischenschicht zur Verbindung von Halbleiterchip und Board kann in einer ersten Variante als beidseitig haftende Klebefolie ausgebildet sein, die in ihrer Dicke geringfügig kleiner als die Höhe der entspannten elastischen Interconnect-Elemente ist. Die Klebekraft auf der Boardseite ist zweckmäßigerweise deutlich größer als auf der Chipseite, damit der Halbleiterchip ggf. leicht wieder vom Board gelöst und ein neuer Chip aufgesetzt werden kann. Die Klebefolie kann mehrteilig oder perforiert ausgeführt sein, wobei in den Lücken die Interconnect-Elemente angeordnet sind.
- Bei einer weiteren Variante kann auf dem Wafer mit den bereits aufgebrachten elastischen Interconnect-Elementen zusätzlich ein einteilig durchbrochener oder mehrteiliger Sockel aufgebracht werden, bspw. mittels kostensparender Drucktechnik. Die Sockelschicht ist wiederum geringfügig niedriger als die elastischen Kontakte und stellt damit beim Aufsetzen des Boards einen vertikalen Anschlag dar. Das Aufbringen ei ner sehr dünnen Klebeschicht kann sowohl auf dem Board wie auch auf dem Wafer erfolgen. Wird sie auf dem Wafer aufgetragen, kann sie in einer weiteren Funktion auch bei Testläufen sowie beim sog. Burn-in als Klebe-/Haftverbindung dienen, was die Nutzung von herkömmlichen Sockeln mit mechanischen Schnappverschlüssen entbehrlich macht.
- Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
-
1 bis5 zeigen in fünf aufeinander folgenden schematischen Querschnittdarstellungen eine erste Variante der Prozessschritte beim Zusammenfügen eines Halbleiterchips mit einer Umverdrahtungsschicht und einer Leiterplatte. -
6 bis9 zeigen in vier aufeinander folgenden schematischen Querschnittdarstellungen eine zweite Variante der Prozessschritte beim Fügen des Halbleiterchips mit der Umverdrahtungsschicht und der Leiterplatte. - Die
1 bis5 zeigen in fünf aufeinander folgenden schematischen Querschnittdarstellungen eine erste Variante der Prozessschritte beim Zusammenfügen eines Halbleiterchips1 mit einer Umverdrahtungsschicht2 und mit einer Leiterphatte18 . Wie in1 erkennbar ist, weist der Halbleiterchip1 eine aktive Vorderseite4 mit aufgebrachten Halbleiterstrukturen und eine passive Rückseite6 ohne Halbleiterstrukturen auf. Mit der aktiven Vorderseite4 ist der Halbleiterchip1 mit einer Umverdrahtungsschicht2 verbunden, auf der eine Anzahl von Leiterbahnen8 aufgebracht sind, die jeweils in einem bogen- bzw. höckerförmigen flexiblen Kontakt10 enden. Jeder dieser flexiblen Kontakte10 besteht aus einem flachen Leiterbahnabschnitt, der auf senkrechten Druck elastisch nachgibt. Ein zur Oberfläche der Umverdrahtungsschicht2 abschnittsweise paralleler Bogenabschnitt11 ist so verrundet, dass der federnde Kontakt10 beim Aufsetzen auf eine Kontaktfläche leicht auf dieser entlang gleiten kann. An seinem der aktiven Vorderseite4 zugewandten inneren Bogenabschnitt kann jeder federnde Kontakt10 mit einer elastischen Stütz- bzw. Zwischenschicht9 versehen sein, die ein Verbiegen der Kontakte10 bei versehentlicher Berührung oder dergl. verhindern kann. Zudem wirkt die elastische Zwischenschicht9 als progressive Feder bei stärkerer Eindrückung der Kontakte10 , der sie einen zunehmenden Widerstand entgegen setzt. An der der Umverdrahtungsschicht2 abgewandten passiven Rückseite6 des Halbleiterchips1 ist dieser sowie die Umverdrahtungsschicht2 von einem Gehäuse7 bedeckt, das bspw. aus einem gespritzten Kunststoff, einem Keramikmaterial oder dergl. bestehen kann. - In
2 ist eine Zwischenschicht12 gezeigt, die mehrere Aussparungen aufweist. In den Aussparungen befinden sich bei auf der Umverdrahtungsschicht2 aufgebrachter Zwischenschicht12 die flexiblen Kontakte10 . Die Zwischenschicht12 hat somit im gezeigten Ausführungsbeispiel eine gitternetzartige Struktur. Auf der dem Halbleiterchip1 und der Umverdrahtungsschicht2 zugewandten Seite ist die Zwischenschicht12 mit einer ersten Klebeschicht14 bedeckt, die für eine feste Haftung an der Umverdrahtungsschicht2 sorgt. An ihrer gegenüberliegenden Oberfläche ist die Zwischenschicht12 mit einer zweiten Klebeschicht16 bedeckt, die ebenfalls für eine feste Haftung auf einer in3 gezeigten Leiterplatte18 sorgt. -
3 zeigt eine Leiterplatte18 , die mit Kontaktflächen20 versehen ist, welche mit den Bogenabschnitten11 der flexiblen Kontakte10 korrespondieren und bei aufgesetzter Umverdrahtungsschicht2 einen elektrischen Kontakt mit dieser und somit mit dem Halbleiterchip1 herstellen. - In
4 ist die Zwischenschicht12 mit ihrer zweiten Klebeschicht16 auf die Leiterplatte18 aufgeklebt, wobei die Aussparungen der Zwischenschicht12 die Kontaktflächen20 frei lassen, damit in diese Zwischenräume anschließend die flexiblen Kontakte10 eingesetzt werden können. -
5 zeigt das zusammengefügte elektronische Bauteil aus Halbleiterchip1 , Umverdrahtungsschicht2 , Zwischenschicht12 und Leiterplatte18 . Es kann vorteilhaft sein, wenn die zweite Klebeschicht16 stärker haftet als die erste Klebeschicht14 , weil dann eine Umverdrahtungsschicht2 mit Halbleiterchip1 problemlos wieder von der Zwischenschicht12 senkrecht abgezogen werden kann, wenn bspw. ein Defekt am Halbleiterchip1 festgestellt wurde. Da die Klebeschicht14 mehrfach verwendbar ist, kann in diesem Fall ein neuer Halbleiterchip1 mit Umverdrahtungsschicht2 auf die Zwischenschicht12 aufgesetzt werden, wobei dessen flexible Kontakte10 erneut auf den Kontaktflächen20 aufsetzen und für eine elektrische Verbindung zwischen Leiterplatte18 und Halbleiterchip1 mit Umverdrahtungsschicht2 sorgen. - Die
6 bis9 zeigen in vier aufeinander folgenden schematischen Querschnittdarstellungen eine alternative Variante der Prozessschritte beim Fügen des Halbleiterchips1 mit der Umverdrahtungsschicht2 sowie mit der Leiterplatte18 . -
6 entspricht dabei im wesentlichen der bereits zuvor beschriebenen1 . -
7 zeigt im Unterschied zur oben beschriebenen Variante einen mit der Umverdrahtungsschicht2 fest verbundenen Sockel22 , der bspw. aus Kunststoff besteht und fest mit der Umverdrahtungsschicht2 verbunden ist. -
8 verdeutlicht, dass die entspannten flexiblen Kontakte10 mit ihren Bogenabschnitten11 leicht über die äußere Begrenzung des Sockels22 sowie der darauf aufgebrachten dritten Klebeschicht24 hinaus ragen. -
9 zeigt die flexiblen Kontakte10 im auf der Leiterplatte18 aufgesetzten Zustand. Dabei werden die flexiblen Kontakte10 elastisch verformt, bis der Sockel22 mit seiner dritten Klebeschicht24 voll auf der Leiterplatte18 aufliegt und einen mechanischen Anschlag bildet. - Anhand der
1 bis9 wird im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen elektronischen Bauteils dargestellt. Dabei werden nach dem Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchips und dazwischen vorgesehenen Sägespurbereichen auf den aktiven Seiten4 der Halbleiterchips1 Umverdrahtungsschichten2 montiert, die an ihren den Halbleiterchips1 abgewandten Oberflächen mit flexiblen Kontakten10 versehen werden. Danach werden flache Zwischenschichten12 bzw. Sockel22 an den Unterseiten jeder Umverdrahtungsschicht2 aufgebracht, wonach ein Verkleben der Umverdrahtungsschicht2 mit Leiterplatten18 erfolgt. Dabei können wahlweise nur ein oder auch mehrere Halbleiterchips1 auf einer Umverdrahtungsschicht2 angebracht sein. Ebenso können nur ein oder auch mehrere Umverdrahtungsschichten2 mit einer Leiterplatte18 verbunden sein. - Die Vereinzelung der Halbleiterwafer zu Halbleiterchips
1 kann entweder nach dem Aufbringen der Leiterplatten18 oder bereits zuvor erfolgen. Im zweiten Fall werden die vereinzelten Halbleiterchips1 wie oben beschrieben mit den Leiterplatten18 verbunden. - Die Herstellung der Umverdrahtungsschichten
2 kann in vorteilhafter Weise durch Aufbringen eines dünnen Dielektrikums (bspw. ca. 5 μm) auf einen Halbleiterwafer erfolgen, auf dem eine metallische Schicht aufgebracht oder abgeschieden wird. Die metallische Schicht weist bspw. Kupfer oder Aluminium auf und kann bspw. mittels Sputtern oder in Dünnfilmtechnik aufgebracht werden. Nach Aufbringen eines Fotolackes, Belichten und Entwickeln dieser fotoempfindlichen Schicht werden die Leiterbahnen8 durch Ätzen freigelegt. Durch Strukturierung von Leiterbahnenden auf den Höckern der elastischen Zwischenschicht9 werden die flexiblen Kontakte10 hergestellt. Die elastische Zwischenschicht9 kann bspw. aus Silikon bestehen.
Claims (23)
- Elektronisches Bauteil mit wenigstens einem Halbleiterchip (
1 ), mit einer mit dem wenigstens einen Halbleiterchip (1 ) verbundenen Umverdrahtungsschicht (2 ) und mit einer der Umverdrahtungsschicht (2 ) zugeordneten Leiterplatte (18 ), wobei die Umverdrahtungsschicht (2 ) an ihrer dem wenigstens einen Halbleiterchip (1 ) abgewandten Oberfläche mit flexiblen höckerförmigen Kontakten (10 ) mit einem Bogenabschnitt versehen ist, die mit Kontaktflächen (20 ) der Leiterplatte (18 ) korrespondieren, wobei die flexiblen höckerförmigen Kontakte (10 ) eine elastische Zwischenschicht (9 ) aufweisen und wobei strukturierte Leiterbahnen (8 ) auf den Höckern der elastischen Zwischenschicht (9 ) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Umverdrahtungsschicht (2 ) über eine flache Zwischenschicht (12 ;22 ) mit mehreren Aussparungen mit der Leiterplatte (18 ) fest verbunden ist, wobei die flexiblen höckerförmigen Kontakte (10 ) sich in den Aussparungen der flachen Zwischenschicht (12 ;22 ) befinden. - Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umverdrahtungsschicht (
2 ) mit dem wenigstens einen Halbleiterchip (1 ) und die Leiterplatte (18 ) in einem definierten Abstand zueinander montiert sind. - Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Kontakte (
10 ) der Umverdrahtungsschicht (2 ) bei montierter Umverdrahtungsschicht (2 ) unter einer Vorspannung stehen. - Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Kontakte (
10 ) die flache Zwischenschicht (12 ;22 ) zwischen der Umverdrahtungsschicht (2 ) und der Leiterplatte (18 ) im entspannten Zustand geringfügig überragen. - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Zwischenschicht (
12 ;22 ) aus einem Kunststoff besteht. - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Zwischenschicht (
12 ;22 ) mehrteilig ausgeführt ist und nur in Zwischenräumen zwischen benachbarten flexiblen Kontakten (10 ) und/oder Gruppen von flexiblen Kontakten (10 ) aufgebracht ist. - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Zwischenschicht (
12 ;22 ) perforiert ist und dass in den Zwischenräumen flexible Kontakte (10 ) angeordnet sind. - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Zwischenschicht (
12 ) eine beidseitig klebende Folie ist. - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Zwischenschicht als einteilig perforierter oder mehrteiliger Sockel (
22 ) an der Umverdrahtungss chicht (2 ) ausgeführt ist, auf dem eine dünne klebende Folie (26 ) befestigt ist. - Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Zwischenschicht als einteilig perforierter oder mehrteiliger Sockel (
22 ) an der Leiterplatte (18 ) ausgeführt ist, auf dem eine dünne klebende Folie (26 ) befestigt ist. - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung an der Leiterplatte (
18 ) stärker haftet als an der Umverdrahtungsschicht (2 ). - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung an der Umverdrahtungsschicht (
2 ) lösbar ausgeführt ist. - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung an der Umverdrahtungsschicht (
2 ) nach dem Ablösen einer montierten Umverdrahtungsschicht (2 ) wiederholt verwendbar ist. - Elektronisches Bauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Kontakte (
10 ) mit den jeweils korrespondierenden Kontaktflächen (20 ) der Leiterplatte (18 ) in Berührkontakt stehen. - Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Kontakte (
10 ) mit den jeweils korrespondierenden Kontaktflächen (20 ) der Leiterplatte (18 ) verlötet und/oder verklebt sind. - Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils, mit wenigstens einem Halbleiterchip (
1 ), der auf einer Umverdrahtungsschicht (2 ) montiert ist, und mit einer der Umverdrahtungsschicht (2 ) zugeordneten Leiterplatte (18 ), wobei die Umverdrahtungsschicht (2 ) mit dem wenigstens einen Halbleiterchip (1 ) mit flexiblen höckerförmigen Kontakten (10 ) mit einem Bogenabschnitt (11 ) versehen ist, die mit Kontaktflächen (20 ) der Leiterplatte (18 ) korrespondieren, und wobei die Umverdrahtungsschicht (2 ) über eine flache Zwischenschicht (12 ;22 ) mit der Leiterplatte (18 ) fest verbunden ist, wobei das Verfahren zumindest folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchips (1 ) und dazwischen vorgesehenen Sägespurbereichen, – Aufbringen jeweils einer Umverdrahtungsschicht (2 ) auf den aktiven Vorderseiten (4 ) der Halbleiterchips (1 ), – Aufbringen von flexiblen höckerförmigen Kontakten (10 ) an den den aktiven Vorderseiten (4 ) der Halbleiterchips (1 ) abgewandten Oberflächen der Umverdrahtungsschichten (2 ), wobei eine elastische Zwischenschicht (9 ), die Höcker aufweist, aufgebracht wird und eine metallische Schicht aufgebracht wird, wobei durch die Strukturierung der metallischen Schicht Leiterbahnen (8 ) auf den Höckern der elastischen Zwischenschicht (9 ) hergestellt werden, – Aufbringen einer flachen Zwischenschicht (12 ;22 ) mit mehreren Aussparungen an den dem Halbleiterchip (1 ) abgewandten Seiten der Umverdrahtungsschichten (2 ), wobei die flexiblen höckerförmigen Kontakte sich in den Aussparungen befinden, – Verkleben der Umverdrahtungsschichten (2 ) mit Leiterplatten (18 ). - Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterwafer nach dem Aufbringen der Umverdrahtungsschichten (
2 ) zu Halbleiterchips (1 ) vereinzelt werden. - Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass als flache Zwischenschicht (
12 ) eine zweiseitig klebende Folie zwischen Umverdrahtungsschicht (2 ) und Leiterplatte (18 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass als flache Zwischenschicht ein Sockel (
22 ) an der Umverdrahtungsschicht (2 ) oder an der Leiterplatte (18 ) aufgebracht wird, auf den eine dünne Klebefolie aufgebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung an der Leiterplatte (
18 ) stärker haftet als an der Umverdrahtungsschicht (2 ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Kontakte (
10 ) mit den korrespondierenden Kontaktflächen (20 ) der Leiterplatte (18 ) verlötet und/oder verklebt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterchips (
1 ) mit ihrer Umverdrahtungsschicht (2 ) nach der Montage auf der Leiterplatte (18 ) getestet werden und dass nach der Feststellung eines defekten Halbleiterchips (1 ) die Klebeverbindung lösbar und wieder verwendbar ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15.
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NISHIMORI, T. et al.: Characteristics and Potential Application of Polyimide-Core-Bump to Flip Chip. In: IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology - Part A, Vol. 19, No. 1, March 1996, pp. 18-23 * |
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