DE10145468C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von Halbleitereinrichtungen auf einer Schalteinrichtung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Befestigen von Halbleitereinrichtungen auf einer Schalteinrichtung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Halbleitereinrichtungen (B), deren Kontakteinrichtungen vorzugsweise bereits auf Waferebene aufgebracht werden, auf einer Schalteinrichtung (S), wobei die elektrischen Kontakt durch Verwendung flexibler Kontaktelemente (FK) lotfrei bleiben und die mechanische Befestigung über zusätzliche Befestigungselemente oder als Befestigungselemente benutzte Compression Stops (CS) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befes­ tigen von Halbleitereinrichtungen mit Kontakteinrichtungen auf einer Schalteinrichtung und eine Vorrichtung aus einer Schalteinrichtung und einer solcherart auf ihr befestigten Halbleitereinrichtung.
Die Kontakteinrichtungen von Halbleitereinrichtungen können bereits auf Waferebene auf diesen aufgebracht werden (wafer level package). Durch das anschließende Sägen des Wafers er­ hält man vereinzelte Halbleitereinrichtungen (im Folgenden Bauteile). Das Befestigen (im Folgenden auch Bestücken) sol­ cher Bauteile auf den Schalteinrichtungen geschieht herkömm­ licherweise in Flip-Chip-Technologie. Die Kontakteinrich­ tungen werden auf dem Bauteil beispielsweise als etwa 0,1 mm durchmessende, kugelförmige Lotbumps aus eutektischen Sn-Pb- Lot vorgesehen. Diese Lotbumps werden beim Bestücken des Bauteils mit auf der Oberfläche der Schalteinrichtung den Lotbumps gegenüberliegenden Kontaktflächen verlötet. Durch das Verlöten ist das Bauteil sowohl elektrisch kontaktiert als auch mechanisch befestigt.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Steifheit des Lots bzw. der gelöteten Verbindung bei thermischer Belastung des auf der Schalteinrichtung verlöteten Bauteils. Die thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten des Bauteils und der Schalt­ einrichtung unterscheiden sich um mehrere ppm/K, typischer­ weise etwa 15 ppm/K. Bei einem zulässigen Temperaturbereich für das Bauteil von -10°C bis +25°C entspricht dies einer um etwa 45 µm unterschiedlichen thermisch bedingten Ausdehnung von Bauteil einerseits und Schalteinrichtung andererseits. Durch die steifen Lötverbindungen kann sich das Material des Bauteils nicht entsprechend den thermischen Bedingungen kon­ trahieren und ausdehnen. Es entstehen im Bauteil thermome­ chanische Spannungen im Bereich der Kontakteinrichtung. Diese können zum Abreissen der Lötverbindung bzw. zu Schäden in den elektrischen Strukturen des Bauteils und zu dessen Ausfall führen können.
Herkömmlicherweise wird dieses Problem durch Unterfüllen des bestückten Bauteils mit einem Underfiller gelöst. Der Under­ filler wird nach dem Bestücken als zähflüssige Paste durch Nachfahren der Konturen des Bauteils zwischen Bauteil und Schalteinrichtung gepresst und anschließend ausgehärtet. Wird ein solcherart unterfülltes bestücktes Bauteil einer thermischen Belastung unterzogen, so verteilen sich die thermisch bedingten mechanischen Spannungen gleichmäßig auf die gesamte Bauteilfläche und die Lötverbindungen werden entlastet. Nachteilig an diesem Verfahren des Unterfüllens sind der Aufwand, den der Prozess des Unterfüllens an sich in der Fertigung erfordert, sowie die Anforderungen an das Unterfüllen selbst.
Bei einer bekannten Möglichkeit, das Unterfüllen von Bautei­ len zu vermeiden, werden bereits auf Waferebene flexible elektrische Kontaktelemente als Kontakteinrichtungen auf der Halbleitereinrichtung vorgesehen. Dazu wird mittels einer Schablone pro Kontaktelement ein einige 10 µm hoher Grund­ körper aus einem zunächst plastischen Kunststoff, bevorzugt Silikon, auf die der Schalteinrichtung zugewandte Oberfläche der Halbleitereinrichtung aufgebracht und anschließend aus­ gehärtet. Danach wird die Kuppe des kegelförmigen Grundkör­ pers aus dem jetzt elastischen Kunststoff metallisiert und anschließend in herkömmlicher Technik eine Leiterbahn zwi­ schen der metallisierten Kuppe und einem Bondpad vorgesehen.
Wird ein mit dieser Art von flexiblen Kontaktelementen ver­ sehenes Bauteil verlötet, so bleibt die elektrische Verbindung mechanisch flexibel. Bei thermischer Belastung können sich das Material des Bauteils und der Schalteinrichtung un­ terschiedlich ausdehnen. Die thermisch bedingten mechanischen Spannungen werden vom elastischen Grundkörper der Kontakte aufgenommen und die thermomechanische Belastung der Halblei­ tereinrichtung und der Lötverbindung wesentlich reduziert.
Nachteilig an diesem Verfahren ist der Umstand, dass das Lot während des Lötprozesses auf die Leiterbahn zwischen der Kup­ pe des Kontaktelements und dem Bondpad kriechen kann. Eine mit Lot bedeckte Leiterbahn büßt an mechanischer Flexibilität ein und kann durch die bei thermischer Belastung auftretenden mechanischen Spannungen unterbrochen werden.
Aus der WO 00/54321 A1 ist ein Verfahren zur Befestigung eines Halbleiterbauleiterelements auf einem Chipträger beschrieben, bei dem zumindest während des Verlötens der Kontakte des Halbleiterbauelements mit den Kontakteinrichtungen des Chip­ trägers elektrisch funktionslose Kontakte der Halbleiterein­ richtung mit der Oberfläche des Chipträgers verklebt werden.
Aus der US 5 148 266 sind gelötete Verbindungen zwischen ei­ nem Halbleiterbauelement und einem Substrat bekannt, wobei flexible Kontakteinrichtungen an einem Ende am Halbleiterbau­ element fixiert und am anderen Ende auf dem Substrat verlötet sind. Dabei belasten und ermüden jedoch thermisch bedingte mechanische Spannungen die Lötstelle zwischen dem Substrat und dem flexiblen Kontaktelement.
In der US 5 885 849 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem diese Lötstellen kreisförmig und konkav tailliert vorgesehen werden, wodurch die mechanischen Spannungen an der Lötstelle minimiert werden.
Neben den unter anderem aus der US 5 885 849 bekannten flexi­ blen Kontakten sind noch eine Reihe weiterer flexibler Kon­ taktelemente bekannt. Aus Novitsky, J.; Miller, C.: Waver­ level CSP, wafer-level assembly/test: Integrating backend processes. In: Solid State Technology, Feb. 2001, Seite 78-85 sind flexible Kontakteinrichtungen aus einem Golddraht be­ kannt, die thermosonisch auf die Kontaktflächen (Pads) des Halbleiterbauelements aufgebracht werden. Aus der DE 100 16 132 A1 sind flexible Kontaktelemente bekannt, bei denen ein elektrischer Kontakt auf der Spitze eines Kegels aus einem elastischen Material angeordnet ist. Aus der US 5 783 465 ist eine ähnliche Kontakteinrichtung bekannt, bei der das Materi­ al des Kegels ein Polymer ist. Ein in der US 5 950 072 be­ schriebenes Halbleiterbauelement weist ebenfalls flexible Kontaktelemente auf. Die Flexibilität ergibt sich dabei da­ durch, dass zum Verlöten vorgesehene Lötkugeln (solder bumps) mit einem leitfähigen, thermoplastischen Kleber auf am Halb­ leiterelement befindlichen Kontaktflächen befestigt sind.
Allen genannten Verfahren, bzw. Anordnungen ist gemeinsam, dass die elektrischen Kontaktelemente von Substrat und Halb­ leiterelement letztendlich miteinander verlötet werden, bzw. verlötet sind.
Generell nachteilig an Lötverbindungen sind weiterhin die ho­ hen Löttemperaturen, insbesondere bei der Verwendung neuarti­ ger, bleifreier Lote. Die dabei entstehenden Löttemperaturen von 240°C liegen deutlich über dem geforderten Temperaturbe­ reich des Bauteils in der Applikation, beanspruchen es stark und können zum Ausfall des Bauteils führen.
Muss ein defektes gelötetes Bauteil wieder von der Schal­ tungseinrichtung entfernt werden, so ist es zu entlöten. Dar­ über hinaus müssen die Lötmittelrückstände auf den Kontakt­ flächen entfernt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Befe­ stigen von Halbleitereinrichtungen auf einer Schalteinrich­ tung zur Verfügung zu stellen, bei dem die elektrischen Kon­ takteinrichtungen der Halbleitereinrichtung und der Schalt­ einrichtung lotfrei bleiben, sowie eine Vorrichtung aus einer Schalteinrichtung und einer solcherart auf ihr befestigten Halbleitereinrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebene Methode gelöst. Die diese Aufgabe lösende Vorrichtung ist im Anspruch 10 angegeben. Vorteilhaf­ te Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befestigen einer Halblei­ tereinrichtung (B) auf einer Schalteinrichtung umfasst also folgende Schritte:
  • a) Bereitstellen einer auf einer Oberfläche mindestens zwei Bondpads aufweisenden Halbleitereinrichtung und einer Schalteinrichtung mit ebenfalls mindestens zwei elektrischen Kontaktflächen auf einer der zu befesti­ genden Halbleitereinrichtung zugewandten Oberfläche;
  • b) Erzeugen von Grundkörpern für Befestigungselemente und für flexible Kontaktelemente aus elastischem Kunststoff durch Auftragen von Kunststoff auf die Halbleitereinrichtung mittels einer Lochmaske und an­ schließendem Aushärten;
  • c) Bilden der flexiblen Kontaktelemente durch Metalli­ sieren der Kuppen von Grundkörpern;
  • d) Bilden von Leiterbahnen zwischen den metallisierten Kuppen der Grundkörper und den korrespondierenden Bondpads der Halbleitereinrichtung;
  • e) Anordnen der Halbleitereinrichtung und der Schaltein­ richtung zueinander;
  • f) Drücken der flexiblen Kontaktelemente der Halblei­ tereinrichtung auf die gegenüberliegenden Kontaktflä­ chen der Schalteinrichtung;
  • g) Verbinden des Befestigungselements fest mit der ge­ genüberliegenden Oberfläche, im gestauchten Zustand der flexiblen Kontaktelemente.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung werden also neben flexiblen elektrischen Kon­ taktelementen zusätzliche, elektrisch funktionslose Befesti­ gungselemente vorgesehen. Im eigentlichen Bestückungsprozess werden die Befestigungselemente an der ihnen gegenüberliegen­ den Oberfläche befestigt, während die flexiblen elektrischen Kontaktelemente auf sich auf der ihnen gegenüberliegenden Oberfläche befindenden Kontaktflächen gedrückt werden.
In bevorzugter Weise werden sowohl die flexiblen Kontaktele­ mente als auch die Befestigungselemente auf gleiche Art und Weise auf der Halbleitereinrichtung bereits auf Waferebene vorgesehen.
Zum Aufbringen der flexiblen Kontakteinrichtungen bzw. der Befestigungselemente wird ein im nicht gehärteten Zustand plastischer, im ausgehärteten Zustand elastischer und auf der Oberfläche der Halbleitereinrichtung haftender Kunststoff, bevorzugt Silikon, per Lochmaske auf die der Oberfläche der Schalteinrichtung zugewandte Oberfläche der Halbleiterein­ richtung aufgebracht. Nach dem Aushärten verbleibt ein mehre­ re µm hoher, elastischer, in bevorzugter Weise kegelförmiger Grundkörper.
Die flexiblen Kontaktelemente entstehen aus dem Grundkörper dadurch, dass deren Kuppen vorzugsweise mit einer Goldlegie­ rung metallisiert und von den metallisierten Kuppen in her­ kömmlicher Technik Leiterbahnen aus dem gleichen Material zu den entsprechenden Bondpads aufgebracht werden.
Die Befestigungselemente sind im einfachsten Fall metalli­ sierte oder unmetallisierte kegelförmige Grundkörper und sind um mehrere µm niedriger als die Grundkörper der flexiblen Kontaktelemente. Sie werden an den Rändern der durch Sägen des Wafers vereinzelten Bauteile angeordnet.
Sind auf dem Bauteil bereits in gleicher Technik ausgeführte mechanische Anschläge zur Begrenzung des Kompressionsweges der flexiblen Kontaktelemente (Compression Stops) vorgesehen, so werden bevorzugt diese als Befestigungselemente verwendet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die metallisierten oder unmetallisierten Befestigungs­ elemente auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Schaltein­ richtung mittels eines geeigneten Klebstoffs, in bevorzugter Weise mit einem Epoxidharzkleber, verklebt. Dabei kann der Klebstoff vor dem Bestücken entweder auf dem Befestigungsele­ ment selbst oder auf der dem Befestigungselement gegenüber­ liegenden Oberfläche aufgebracht werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind sowohl die Kuppen der Befe­ stigungselemente auf der Halbleitereinrichtung, als auch die den Befestigungselementen auf der Schalteinrichtung gegen­ überliegenden Bereiche metallisiert. Beim eigentlichen Be­ stücken werden die Befestigungselemente mit diesen gegenüber­ liegenden metallisierten Flächen verlötet. Da die Grundkörper der Befestigungselemente elastisch bleiben, kann sich das be­ stückte Bauteil bei thermischer Belastung ungehindert ausdeh­ nen bzw. kontrahieren, ohne dass dabei mit Lot benetzte Lei­ terbahnen abreissen könnten. Die thermische Zuverlässigkeit bleibt daher bestehen. Das Auswechseln eines defekten be­ stückten Bauteiles wird dadurch vereinfacht, dass die elek­ trischen Kontaktelemente lotfrei bleiben und die Lotmenge an den Lötverbindungen zwischen Kontaktflächen und Befestigungs­ element unkritisch ist.
Das Verfahren kann für alle Arten von Bauteilen Anwendung finden, deren Kontakteinrichtungen bereits auf Waferebene aufgebracht werden. Entsprechend besteht eine erfindungsgemä­ ße Vorrichtung aus einer Schalteinrichtung mit mindestens zwei Kontaktflächen auf mindestens einer Oberfläche und min­ destens einer darauf befestigten Halbleitereinrichtung mit mindestens zwei Bondpads, von denen metallisierte Leiterbah­ nen zu mindestens zwei flexiblen Kontakteinrichtungen auf der der Schalteinrichtung gegenüberliegenden Oberfläche führen, wobei sich die flexiblen Kontakteinrichtungen der Halblei­ tereinrichtung und die Kontaktflächen auf der Oberfläche der Schalteinrichtung gegenüberliegen, wobei die flexiblen Kon­ taktelemente aus einem Grundkörper aus einem gehärteten Kunststoff mit jeweils einer metallisierten Kuppe bestehen, wobei die flexiblen Kontaktelemente senkrecht zur Oberfläche gestaucht sind und mindestens ein Befestigungselement aus ei­ nem Grundkörper aus einem gehärteten Kunststoff besteht und die Ausdehnung des Befestigungselements senkrecht zur Ober­ fläche der entsprechenden Ausdehnung der flexiblen Kontakte­ lemente im gestauchten Zustand entspricht.
Die flexiblen Kontaktelemente und die Befestigungselemente sind bevorzugt kegelförmig ausgebildet.
Nach einer bevorzugter Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Befestigungselemente mit einer metalli­ sierten Kuppe ausgebildet. Das Material der Leiterbahnen, so­ wie der Metallisierung der Kuppen der flexiblen Kontaktele­ mente und der Befestigungselemente ist bevorzugt eine Goldle­ gierung.
Die Befestigungselemente sind entweder mittels eines Kleb­ stoffs mit der der Halbleitereinrichtung gegenüberliegenden Oberfläche der Schaltvorrichtung verklebt oder mit gegenüber­ liegenden metallisierten Bereichen der Schaltvorrichtung verlötet. Für das Verlöten ist dabei eine Metallisierung der Be­ festigungselemente Voraussetzung. Das Verkleben ist sowohl bei metallisierten als auch bei nicht metallisierten Befesti­ gungseinrichtungen möglich. Der Klebstoff ist bevorzugt ein Epoxidharzklebstoff.
Im Besonderen handelt es sich bei den Halbleitereinrichtungen um Halbleiterspeichereinrichtungen, sowie Halbleitereinrich­ tungen, die Halbleiterspeichereinrichtungen enthalten, und hier wieder im Besonderen um DRANs und Halbleitereinrichtun­ gen, die DRAMs enthalten.
Die Schalteinrichtung ist eine Leiterplatte oder eine Halb­ leitereinrichtung (chip stacking, 3D).
Nachfolgend wir die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei für einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4 Seitenansicht und Draufsicht eines flexiblen Kon­ taktelements,
Fig. 5 Draufsicht eines Befestigungselements,
Fig. 6 Draufsicht auf die der Schalteinrichtung zuge­ wandten Oberfläche einer Halbleitereinrichtung und
Fig. 7 schematische Darstellung einer in Flip-Chip- Technologie auf einer Schalteinrichtung befestig­ ten Halbleitereinrichtung.
Fig. 1 zeigt in drei Phasen den Bestückungsprozess eines Bauteils B mit in der Folge als Befestigungselemente verwen­ deten Compression Stops CS und flexiblen Kontaktelementen FK auf einer Schalteinrichtung S mit Kontaktflächen KF nach ei­ ner ersten erfindungsgemäßen Methode. Zur Vereinfachung sind nur zwei Compression Stops und jeweils vier Kontaktflächen bzw. flexible Kontaktelemente dargestellt.
Die Compression Stops bestehen aus einem Grundkörper aus Si­ likon und könnten metallisiert oder nicht-metallisiert sein. Hier sind sie ohne Metallisierung dargestellt. Die flexiblen Kontaktelemente sind Grundkörper GK aus Silikon mit einer metallisierten Kuppe MK und einer mit dieser verbundenen Leiterbahn LK aus dem gleichen Material der Metallisierung. Das Material der Metallisierung ist eine Goldlegierung. Die Schalteinrichtung ist eine Leiterplatte.
Phase 1 (oben) zeigt Bauteil und Schalteinrichtung vor der Bestückung, nachdem auf der Schalteinrichtung gegenüber den Compression Stops ein Klebstoff K aufgetragen wurde.
Phase 2 (Mitte) zeigt den Bestückungsprozess selbst. Dabei wird das Bauteil während des Aushärtens des Klebstoffs K mit einer Kraft F gegen die Schalteinrichtung gedrückt, wobei die flexiblen Kontaktelemente FK gestaucht werden und die Compression Stops CS den Kompressionsweg der flexiblen Kon­ taktelemente begrenzen.
Phase 3 (unten) zeigt das auf der Schalteinrichtung bestück­ te Bauteil. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über die metallisierten Kuppen, die durch die Federkraft des elasti­ schen Grundkörpers auf die gegenüberliegenden Kontaktflächen gedrückt werden. Die Compression Stops fungieren jetzt als mechanische Befestigungselemente.
Fig. 2 zeigt in drei Phasen den Bestückungsprozess eines Bauteils B mit in der Folge als Befestigungselemente verwen­ deten Compression Stops CS und flexiblen Kontaktelementen FK auf einer Schalteinrichtung S mit Kontaktflächen KF nach ei­ ner zweiten erfindungsgemäßen Methode. Zur Vereinfachung sind nur zwei Compression Stops und jeweils vier Kontaktflä­ chen bzw. flexible Kontaktelemente dargestellt.
Die Compression Stops bestehen aus einem Grundkörper aus Si­ likon und könnten metallisiert oder nicht-metallisiert sein. Hier sind sie ohne Metallisierung dargestellt. Die flexiblen Kontaktelemente sind Grundkörper GK aus Silikon mit einer metallisierten Kuppe MK und einer mit dieser verbundenen Leiterbahn LK aus dem gleichen Material der Metallisierung. Das Material der Metallisierung ist eine Goldlegierung. Die Schalteinrichtung ist eine Leiterplatte.
Phase 1 (oben) zeigt das Bauteil B und die Schalteinrichtung S vor dem Bestückungsprozess, nachdem auf den als Befesti­ gungselemente verwendeten Compression Stops CS des Bauteils B ein Klebstoff K aufgebracht wurde.
Phase 2 (Mitte) zeigt den Bestückungsprozess selbst. Dabei wird das Bauteil während des Aushärtens des Klebstoffs K mit einer Kraft F gegen die Schalteinrichtung gedrückt, wobei die flexiblen Kontaktelemente FK gestaucht werden und die Compression Stops CS den Kompressionsweg der flexiblen Kon­ taktelemente begrenzen.
Phase 3 (unten) zeigt das auf der Schalteinrichtung bestück­ te Bauteil. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über die metallisierten Kuppen, die durch die Federkraft des elasti­ schen Grundkörpers auf die gegenüberliegenden Kontaktflächen gedrückt werden. Die Compression Stops fungieren als mecha­ nische Befestigungselemente.
Fig. 3 zeigt in drei Phasen den Bestückungsprozess eines Bauteils B nach einer dritten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird ein Bauteil B mit in der Folge als Befestigungselemente verwendeten metallisierten Compression Stops MCS und flexiblen Kontaktelementen FK, be­ stehend aus einem elastischen Grundkörper GK mit einer me­ tallisierten Kuppe MK, auf einer Schalteinrichtung S mit den den flexiblen Kontaktelementen FK gegenüberliegenden Kon­ taktflächen KF und mit den metallisierten Compression Stops MCS gegenüberliegenden metallisierten Bereichen Z verbunden. Zur Vereinfachung der Darstellung werden nur jeweils zwei metallisierte Compression Stops und zwei metallisierte Be­ reiche, sowie jeweils vier flexible Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen dargestellt.
Phase 1 (oben) zeigt das Bauteil B und die Schalteinrichtung S vor dem Bestückungsprozess, nachdem auf den metallisierten Bereichen Z der Schalteinrichtung S Lot aufgebracht wurde.
Phase 2 (Mitte) zeigt das Bauteil B und die Schalteinrich­ tung S während des Lötvorgangs. Dabei wird das Bauteil B während des Lötens mit einer Kraft F gegen die Schaltein­ richtung S gedrückt, wobei die flexiblen Kontaktelemente ge­ staucht werden und die Compression Stops CS den Kompressi­ onsweg der flexiblen Kontaktelemente begrenzen.
Phase 3 (unten) zeigt das auf der Schalteinrichtung S be­ stückte Bauteil B. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über die metallisierten Kuppen der flexiblen Kontaktelemen­ te, die durch die Federkraft des elastischen Grundkörpers auf die gegenüberliegenden Kontaktflächen KF gedrückt wer­ den. Die gelötete Verbindung zwischen den metallisierten Compression Stops und den metallisierten Bereichen dient als mechanische Befestigung des Bauteils auf der Schalteinrich­ tung S. Die elektrischen Kontaktelemente bleiben lotfrei.
Fig. 4 zeigt ein flexibles Kontaktelement FK in einer beson­ ders bevorzugten Ausführungsform in einer Seitenansicht links und einer Draufsicht rechts. Ein mehrere µm hoher, elastischer, kegelförmiger Grundkörper GK aus Silikon ist an der Kuppe mit einer Goldlegierung metallisiert. Mit diesem metallisierten Bereich MK ist eine Leiterbahn LK aus dem Ma­ terial der Metallisierung verbunden.
Fig. 5 zeigt einen als Befestigungselement verwendeten me­ tallisierten Compression Stop MCS in einer besonders bevor­ zugten Ausführungsform. Die Kuppe eines mehrere µm hohen, kegelförmigen, elastischen Grundkörpers GK aus Silikon ist mit einer elektrisch leitenden Schicht MS überzogen.
Fig. 6 zeigt die der Schalteinrichtung gegenüberliegende Oberfläche eines Bauteils B in der Draufsicht. Sie trägt me­ tallisierte Compression Stops MCS und flexible Kontaktele­ menten KF mit metallisierten Kuppen MK, die durch Leiterbah­ nen LK elektrisch mit korrespondierenden Bondpads BP verbun­ den sind. Die Compression Stops sind am Bauteilrand angeord­ net.
Fig. 7 zeigt ein Bauteil B, das in herkömmlicher Flip-Chip- Technologie auf einer Schalteinrichtung S befestigt ist. Am Bauteil B sind dazu als elektrische Kontakteinrichtungen so­ genannte Lotbumps BU vorgesehen, die mit gegenüberliegenden Kontaktflächen KF auf der Schalteinrichtung S verlötet wer­ den. Dadurch ist das Bauteil B mechanisch auf der Schaltein­ richtung S befestigt und zugleich elektrisch kontaktiert. Zusätzlich ist das Bauteil B in einem Underfiller UF einge­ bettet, der das Bauteil B und die Lötverbindungen vor ther­ misch bedingten mechanischen Spannungen schützt.
Bezugszeichenliste
B Halbleitereinrichtung (Bauteil)
S Schalteinrichtung
FK flexibles Kontaktelement
GK Grundkörper
MK metallisierte Kuppe
LK Leiterbahn
CS Befestigungselement (compression stop)
KF Kontaktfläche
F Kraft
K Klebstoff
Z metallisierte Fläche
L Lot
MCS metallisiertes Befestigungselement
MS Metallschicht
BP Bondpad
UF Underfiller
Bu Lotbumps

Claims (22)

1. Verfahren zum Befestigen einer Halbleitereinrichtung (B) auf einer Schalteinrichtung (S) mit den Schritten:
  • a) Bereitstellen einer auf einer Oberfläche mindestens zwei Bondpads (BP) aufweisenden Halbleitereinrichtung (B) und einer Schalteinrichtung (S) mit ebenfalls mindestens zwei elektrischen Kontaktflächen (KF) auf einer der zu befestigenden Halbleitereinrichtung (B) zugewandten Oberfläche;
  • b) Erzeugen von Grundkörpern (GK) für Befestigungsele­ mente (CS) und für flexible Kontaktelemente (FK) aus elastischem Kunststoff durch Auftragen von Kunststoff auf die Halbleitereinrichtung (B) mittels einer Loch­ maske und anschließendem Aushärten;
  • c) Bilden der flexiblen Kontaktelemente (FK) durch Me­ tallisieren der Kuppen von Grundkörpern (GK);
  • d) Bilden von Leiterbahnen (LK) zwischen den metalli­ sierten Kuppen (MK) der Grundkörper (GK) und den kor­ respondierenden Bondpads (BP) der Halbleitereinrich­ tung (B);
  • e) Anordnen der Halbleitereinrichtung (B) und der Schalteinrichtung (S) zueinander;
  • f) Drücken der flexiblen Kontaktelemente (FK) der Halb­ leitereinrichtung (B) auf die gegenüberliegenden Kon­ taktflächen (KF) der Schalteinrichtung (S);
  • g) Verbinden des Befestigungselements (CS) fest mit der gegenüberliegenden Oberfläche, im gestauchten Zustand der flexiblen Kontaktelemente (FK).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtungen der Halbleitereinrichtung (B) auf Waferebene aufgebracht werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Befestigungselemente (CS) in einem Be­ reich zwischen dem Rand der Halbleitereinrichtung (B) einer­ seits und einem innen liegenden Kontaktfeld mit den flexiblen Kontaktelementen (FK) andererseits angeordnet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungselement (CS) als mecha­ nischer Anschlag zur Begrenzung des Kompressionsweges der flexiblen Kontaktelemente (FK) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (CS) mittels eines Klebstoffs (K) mit der Oberfläche der Schalteinrichtung (S) verklebt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (K) vor dem Kleben auf der Oberfläche der Schalteinrichtung (S) aufgetragen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (K) ein Epoxidharzklebstoff ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (CS) metallisiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den metallisierten Befestigungselementen (MCS) auf der Schalteinrichtung (S) gegenüberliegenden Bereiche (z) me­ tallisiert werden und die Halbleitereinrichtung (B) durch Verlöten der metallisierten Befestigungselemente (MCS) mit den auf der Schalteinrichtung (S) gegenüberliegenden metalli­ sierten Bereichen (Z) auf der Oberfläche der Schalteinrich­ tung (S) befestigt wird.
10. Vorrichtung aus einer Schalteinrichtung (S) mit mindes­ tens zwei Kontaktflächen (KF) auf mindestens einer Oberfläche und mindestens einer darauf befestigten Halbleitereinrichtung (B) mit mindestens zwei Bondpads (BP), von denen metallisier­ te Leiterbahnen (LK) zu mindestens zwei flexiblen Kontaktein­ richtungen (FK) auf der der Schalteinrichtung (S) gegenüber­ liegenden Oberfläche führen, wobei sich die flexiblen Kon­ takteinrichtungen (FK) der Halbleitereinrichtung (B) und die Kontaktflächen (KF) auf der Oberfläche der Schalteinrichtung (S) gegenüberliegen, wobei die flexiblen Kontaktelemente (FK) aus einem Grundkörper (GK) aus einem gehärteten Kunststoff mit jeweils einer metallisierten Kuppe (MK) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Kontaktelemente (FK) senkrecht zur Oberfläche gestaucht sind und mindestens ein Befestigungselement (CS) aus einem Grundkörper (GK) aus einem gehärteten Kunststoff besteht, wobei die Ausdehnung des Befestigungselements (CS) senkrecht zur Oberfläche der entsprechenden Ausdehnung der flexiblen Kontaktelemente (FK) im gestauchten Zustand ent­ spricht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Kontaktelemente (FK) kegelförmig ausgebil­ det sind.
12. Vorrichtung nach einem der Anprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (CS) kegelförmig ausgebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (CS) mit einer metallisierten Kuppe (MK) ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Leiterbahnen (LK), sowie der Metalli­ sierung der Kuppen der flexiblen Kontaktelemente (FK) eine Goldlegierung ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (CS) mittels eines Klebstoffs (K) mit der der Halbleitereinrichtung (B) gegenüberliegenden Oberfläche der Schaltvorrichtung (S) verklebt sind.
16. Vorrichtung nach einem der Anspüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (K) ein Epoxidharzklebstoff ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (CS) mit einer Goldlegierung me­ tallisiert ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die den Befestigungselementen (MCS) der Halbleiterein­ richtung (B) auf der Schaltvorrichtung (S) gegenüberliegenden Bereiche (Z) metallisiert sind und die metallisierten Befe­ stigungselemente (MCS) mit den gegenüberliegenden metalli­ sierten Bereichen (Z) der Schaltvorrichtung (S) verlötet sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitereinrichtung (B) eine Halbleiterspeicher­ einrichtung ist oder eine Halbleiterspeichereinrichtung ent­ hält.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterspeichereinrichtungen DRAMs sind oder DRAN-Funktionen enthalten.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (S) eine Leiterplatte ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (S) eine zweite Halbleitereinrich­ tung ist.
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