DE102004036908A1 - Arrangement for improving the reliability of semiconductor modules - Google Patents

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Steffen Kroehnert
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Halbleitermodulen mit BGA- oder BGA-ähnlichen Komponenten, mit einem Substrat, auf dem Chips mit einem Die-Attach-Material befestigt sind, insbesondere von substratbasierten IC-Packages, wobei auf der dem Chip gegenüberliegenden Seite des Substrates Kontaktpads zur Aufnahme von Lötkugeln zur elektrischen Verbindung mit Leiterplatten vorgesehen sind und wobei der Chip und das Substrat auf der Chipseite mit einer Moldkappe versehen sind. Durch die Erfindung soll eine Anordnung zur Verbesserung der Modulzuverlässigkeit von Halbleiterprodukten geschaffen werden, bei der insbesondere die thermisch induzierte Ausdehnung der Chips nur noch geringe Auswirkungen auf die Modulzuverlässigkeit hat und die mit möglichst geringem Aufwand realisiert werden kann. Erreicht wird das dadurch, dass mindestens zwischen der Rückseite des Chips (3) und der Moldkappe (7) eine Zwischenschicht (8) angeordnet ist, welche die Adhäsionskräfte zwischen der Rückseite des Chips (3) und der Moldkappe (7) beseitigt oder verringert, und dass die (4) aus einem weichen oder geschäumten Material besteht, wobei die Zwischenschicht (8) bevorzugt aus einem Material mit elastischen Eigenschaften oder aus einem dünnen Film einer geeigneten Flüssigkeit oder einem Schaum besteht.The invention relates to an arrangement for improving the reliability of semiconductor modules with BGA or BGA-like components, with a substrate, are mounted on the chips with a die-attach material, in particular substrate-based IC packages, wherein on the chip opposite Side of the substrate contact pads for receiving solder balls for electrical connection with printed circuit boards are provided and wherein the chip and the substrate are provided on the chip side with a mold cap. The invention is intended to provide an arrangement for improving the module reliability of semiconductor products, in which, in particular, the thermally induced expansion of the chips has only minor effects on the module reliability and can be realized with the least possible outlay. This is achieved by the fact that at least between the back of the chip (3) and the mold cap (7) an intermediate layer (8) is arranged, which eliminates or reduces the adhesion forces between the back of the chip (3) and the mold cap (7), and that (4) is made of a soft or foamed material, wherein the intermediate layer (8) is preferably made of a material having elastic properties or of a thin film of a suitable liquid or foam.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Halbleitermodulen mit BGA- oder BGA-ähnlichen Komponenten, mit einem Substrat, auf dem Chips mit einem Die-Attach-Material befestigt sind, insbesondere von substratbasierten IC-Packages, wobei auf der dem Chip gegenüber liegenden Seite des Substrates Kontaktpads zur Aufnahme von Lötkugeln zur elektrischen Verbindung mit Leiterplatten vorgesehen sind und wobei das Chip und das Substrat auf der Chipseite mit einer Moldkappe versehen sind.The The invention relates to an arrangement for improving the reliability of semiconductor modules with BGA or BGA-like Components, with a substrate, on the chips with a die-attach material are fixed, in particular of substrate-based IC packages, being on the chip opposite lying side of the substrate contact pads for receiving solder balls are provided for electrical connection with printed circuit boards and wherein the chip and the substrate on the chip side with a mold cap are provided.

Derartige substratbasierte IC-Packages werden auch als BGA-Package bezeichnet, wobei BGA für Ball Grid Array steht. Aus der US006048755A geht beispielsweise ein derartiges BGA-Package mit einem Chip hervor. Selbstverständlich können auch mehrere Chips bzw. Packages auf einem gemeinsamen Substratstreifen (Matrixstreifen) nebeneinander angeordnet werden. Das Substrat selbst besteht aus organischen Folien oder Glasfaserlaminaten mit auflaminierten und ätztechnisch strukturierten Cu-Schichten. Diese weisen Kontaktinseln auf, die über Drahtbrücken mit Bondinseln auf dem Chip elektrisch verbunden sind. Die Drahtbrücken erstrecken sich dabei durch einen Bondkanal im Substrat, auf dem das Chip mit seiner aktiven Seite nach unten montiert ist.such Substrate-based IC packages are also referred to as BGA packages, with BGA for Ball Grid Array stands. From US006048755A, for example, such BGA package with one Chip out. Of course can also several chips or packages on a common substrate strip (Matrix strips) are arranged side by side. The substrate itself consists of organic foils or glass fiber laminates with laminated and etch-technically structured Cu layers. These have contact islands, which via wire bridges with Bonding islands are electrically connected on the chip. The wire bridges extend thereby by a bonding channel in the substrate, on which the chip with its active side is mounted down.

Dieses Substrat enthält, wie bereits beschrieben, eine laminierte Kupferfolie, die mittels der üblichen Verfahren (z.B. durch Fotolithographie oder Siebdrucktechnik) strukturiert worden ist, wodurch neben den Kontaktinseln auch Leitbahnen und sogenannte Landing Pads (Kontaktflächen) für die Lötkugeln erzeugt werden und wobei die Landing Pads jeweils mit mindestens einer Leitbahn verbunden sind.This Contains substrate, As already described, a laminated copper foil by means of the usual Process (e.g., by photolithography or screen printing technique) which, in addition to the contact islands and interconnects and so-called landing pads (contact surfaces) are produced for the solder balls and wherein the landing pads are each connected to at least one interconnect are.

Bei solchen substratbasierten Packages dient die aus einem Kunststoffmaterial (Moldcompound) bestehende Moldkappe dem Schutz des Chips und auch der Chipkanten. Die Moldkappe umhüllt dabei die Chiprückseite und angrenzende Bereiche des Substrates, so dass ein hinreichender Schutz der empfindlichen Chipkanten erreicht wird. Bei dem sogenannten One-Step-Molding wird die Moldkappe, welche das Chip umhüllt und gleichzeitig den Bondkanal verschließt, in einem Arbeitsgang hergestellt. Dabei entsteht eine feste Verbindung zwischen der Rückseite des Chips und dessen seitlichen Kanten mit dem Moldcompound.at Such substrate-based packages is made of a plastic material (Mold compound) existing Mold cap the protection of the chip and also the chip edges. The mold cap envelops the back of the chip and adjacent areas of the substrate, allowing adequate protection the sensitive chip edges is reached. In the so-called One-step molding is the mold cap, which envelops the chip and simultaneously closes the bond channel, manufactured in one operation. This creates a firm connection between the back of the chip and its lateral edges with the mold compound.

Bei derartigen Packages kann das Chip auf unterschiedliche Art und Weise auf dem Substrat fixiert werden. So werden die Chips üblicher Weise mittels eines Tapes oder eines gedruckten oder dispensten Klebers unter Ausübung einer ausreichenden Andruckkraft auf dem Substrat befestigt. Besonders effektiv ist es, den Kleber unter Zwischenlage einer Druckschablone auf das Substrat zu drucken und anschließend das Chip auf das Substrat zu kleben.at Such packages can be the chip in different ways be fixed on the substrate. This is how the chips become more common Way by means of a tapes or a printed or dispensten Glue under exercise attached a sufficient pressure force on the substrate. Especially it is effective to glue with the interposition of a printing template to print on the substrate and then the chip on the substrate to stick.

Nach dem Die Attach erfolgt die elektrische Verbindung der Bondpads auf dem Chip mit den Kontaktinseln auf dem Substrat mit Hilfe von Drahtbrücken, die durch den Bondkanal im Substrat gezogen werden. Der Bondkanal wird anschließend zum Schutz der Drahtbrücken mit einem Moldcompound oder einem anderen Kunststoffmaterial verschlossen, wobei in der Regel gleichzeitig die das Chip umhüllende Moldkappe ausgebildet wird.To The Attach attaches the electrical connection of the bond pads the chip with the contact pads on the substrate by means of wire bridges, the be pulled through the bonding channel in the substrate. The bond channel is subsequently to protect the wire bridges closed with a molding compound or other plastic material, as a rule, at the same time the mold cap surrounding the chip is formed becomes.

Bei diesen Substrat basierten Packages für integrierte Schaltkreise, insbesondere bei Ball Grid Arrays mit Rückseitenschutz, bestehen nach wie vor Schwierigkeiten in Bezug auf de ren Zuverlässigkeit nach deren Montage auf einer Leiterplatte. Das bezieht sich insbesondere auf die Temperaturwechselbelastungen auf Modulebene und dem daraus resultierenden Stresszustand. Die dadurch verursachten Ausfälle entstehen insbesondere durch An- und Abrisse der Lötkugeln beim Thermozyklen, also beim Zuverlässigkeitstest der Packages und auch bei deren normalem Gebrauch. Diese An- und Abrisse der Lötkugeln werden durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Montagematerialien (Chip, Substrat, Leiterplatte) induziert. Diese An- und Abrisse der Lötkugeln führen dann zum Ausfall des Chips und zu Fehlfunktionen des Moduls.at these substrate-based integrated circuit packages, Especially in ball grid arrays with back protection, insist after as before difficulties regarding their reliability after their mounting on a circuit board. This applies in particular on the temperature cycling at the module level and the resulting resulting stress condition. The resulting failures arise in particular by tearing and tearing of the solder balls during thermal cycling, So the reliability test of the packages and also in their normal use. These arrival and Tear off the solder balls are determined by the different expansion coefficients of individual mounting materials (chip, substrate, printed circuit board) induced. These cracks and breaks of the solder balls to lead then the failure of the chip and malfunction of the module.

In den meisten Fällen weist das Halbleitermaterial (Chip) einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten (CTE) auf, als das Material des Substrates. Die Unterschiede der thermischen Ausdehnung zwischen diesen Materialien wirken sich bei jeder Temperaturänderung aus, die unvermeidlich während des Herstellungs- und Montageprozesses und während der Anwendung der Module auftreten, da sie hierbei teils gleichmäßig teils ungleichmäßig erwärmt oder abgekühlt werden, bzw. sich dabei ggf. selbst erwärmen.In most cases the semiconductor material (chip) has a lower coefficient of expansion (CTE), as the material of the substrate. The differences of thermal expansion between these materials affect every temperature change out, which is inevitable during the Manufacturing and assembly process and during the application of the modules occur, since this sometimes partly uniformly heated unevenly or chilled be, or possibly heat yourself.

Die Modulleiterplatte und das Package mit dem Chip auf der der Leiterplatte abgewandten Seite besitzen jeweils eine größere Steifigkeit, als die zwischen beiden vorhandenen Lötverbindungen. Damit muss der Unterschied der thermischen Ausdehnung durch Deformation der Lötverbindungen ausgeglichen werden. Diese Deformationen erfolgen hauptsächlich nicht- durch plastisches Fließen und Kriechen. Das Ergebnis sind Risse oder Abrisse der Lötverbindungen, so dass Wackelkontakte oder Unterbrechungen entstehen können. Das Ergebnis ist letztendlich ein Totalausfall des gesamten Moduls.The Module board and the package with the chip on the board opposite side each have a greater rigidity, as the between both existing solder joints. This must be the difference of the thermal expansion by deformation the solder joints be compensated. These deformations are mainly non- by plastic flow and creeping. The result is cracks or breaks in the solder joints, so that loose contacts or interruptions can occur. The The result is ultimately a total failure of the entire module.

Als eines der wesentlichen Ursachen für die beschriebenen Probleme hat sich die harte Ankopplung des Moldcompounds an die Chiprückseite (blankes Silizium) erwiesen.As one of the main causes of the described problems, the hard coupling of the molding compound to the back of the chip (bare silicon) has been found.

Dieses Problem wirkt sich insbesondere bei großen Chips aus, da hier thermisch bedingte Kräfte auf die Lotkugeln in kritischen Positionen besonders groß sind.This Problem affects especially with big chips, because here thermally conditional forces the solder balls are particularly large in critical positions.

Zur Reduzierung dieser Probleme wurde versucht, geeignete Designänderungen in der Verbindungszone zwischen Leiterplatte und Package (z.B. spezielle Lötstoppmasken, bzw. Gestaltung der Lötpads) vorzusehen und alternativ bzw. zusätzlich optimierte Montagematerialien zu verwenden. Es ist allerdings schon aus Zeitgründen nicht möglich, eine ständige Anpassung der Montagematerialien an die Chipgröße vorzunehmen, da die Anpassung von Materialien immer eine sehr große Vorlaufzeit erfordert.to Reducing these issues was trying to design appropriate changes in the connection zone between the printed circuit board and the package (e.g. solder masks, or design of the solder pads) provide and alternatively or additionally optimized mounting materials to use. However, it is not possible for reasons of time, a constant adjustment the mounting materials to the chip size, since the adjustment of materials always requires a very long lead time.

Ein andere Möglichkeit zur Überwindung der aufgezeigten Probleme wird in der DE 198 13 525 A1 beschrieben. Hier ist ein Chip auf einem mit Glasfasern verstärkten Laminat montiert, das seinerseits auf einem Siliziumsubstrat montiert ist. Diese Anordnung ist auf der Chipseite mit einem Moldcompound bzw. einer Vergussmasse umschlossen. Zusätzlich ist auf der Außenseite zur Erhöhung der Steifigkeit eine Verstärkungsschicht aufgebracht, wodurch eine Sandwichstruktur entsteht.Another way to overcome the problems outlined is in the DE 198 13 525 A1 described. Here, a chip is mounted on a glass fiber reinforced laminate, which in turn is mounted on a silicon substrate. This arrangement is enclosed on the chip side with a molding compound or a potting compound. In addition, on the outside to increase the rigidity, a reinforcing layer is applied, whereby a sandwich structure is formed.

Wegen des erheblichen technischen Aufwandes ist eine derartige Sandwichstruktur auf besondere Anwendungsfälle beschränkt.Because of the considerable technical effort is such a sandwich structure for special applications limited.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Verbesserung der Modulzuverlässigkeit von Halbleiterprodukten zu schaffen, bei der insbesondere die thermisch induzierte Ausdehnung der Chips nur noch geringe Auswirkungen auf die Modulzuverlässigkeit hat und die mit möglichst geringem Aufwand realisiert werden kann.Of the Invention is now the object of an arrangement for Improvement of module reliability of semiconductor products, in particular the thermal induced expansion of the chips only minor impact the module reliability has and with as possible little effort can be realized.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Anordnung zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Halbleitermodulen mit BGA- oder BGA-ähnlichen Komponenten mit einem Substrat, auf dem Chips mit einem Die-Attach-Material befestigt sind, insbesondere von substratbasierten IC-Packages, wobei auf der dem Chip gegenüber liegenden Seite des Substrates Kontaktpads zur Aufnahme von Lötkugeln zur elektrischen Verbindung mit Leiterplatten vorgesehen sind und wobei das Chip und das Substrat auf der Chipseite mit einer Moldkappe versehen sind, dadurch gelöst, dass mindestens zwischen der Rückseite des Chips und der Moldkappe eine Zwischenschicht angeordnet ist, welche die Adhäsionskräfte zwischen der Rückseite des Chips und der Moldkappe beseitigt oder verringert und dass die Verbindung zwischen Chip und Substrat aus einem weichen oder geschäumten Material besteht.The The object underlying the invention is in an arrangement to improve reliability of semiconductor modules with BGA or BGA-like components with one Substrate, mounted on the chip with a die-attach material are, in particular of substrate-based IC packages, where on the opposite of the chip lying side of the substrate contact pads for receiving solder balls are provided for electrical connection with printed circuit boards and the chip and the substrate on the chip side with a mold cap are provided, thereby solved, that at least between the back the chip and the mold cap an intermediate layer is arranged, which the adhesion forces between the back the chip and the mold cap eliminates or reduces and that the connection between chip and substrate made of a soft or foamed material consists.

Durch die Erfindung wird die Krafteinkopplung vom Chip auf die Moldkappe deutlich verringert bzw. unterbrochen und damit das Wölbungsverhalten (Warpage) des Moduls vorteilhaft beeinflusst.By The invention is the force input from the chip on the mold cap significantly reduced or interrupted and thus the buckling behavior (Warpage) of the module influenced advantageous.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Zwischenschicht aus einem weichen und stark dehnbaren Material mit geringem Elastizitätsmodul.In A first embodiment of the invention, the intermediate layer made of a soft and highly elastic material with a low modulus of elasticity.

In einer Fortführung der Erfindung ist die Zwischenschicht zusätzlich zwischen den Seitenflächen des Chips und der Moldkappe angeordnet, so dass das Chip größtenteils von der Zwischenschicht umgeben ist. Dadurch wird eine durch thermische Ausdehnung bedingte Krafteinkopplung auf die Moldkappe wesentlich verringert und dadurch die durch die verschiedenen Ausdeh nungskoeffizienten der verwendeten Materialien bedingte Durchbiegung des Gehäuses stark verringert.In a continuation the invention, the intermediate layer is additionally between the side surfaces of the Chips and the mold cap arranged so that the chip mostly surrounded by the intermediate layer. This becomes one by thermal Expansion conditional force coupling on the mold cap essential reduced and thus by the different expansion coefficients the materials used, greatly bending the housing reduced.

Als Zwischenschicht kommen Kunststoffe, wie Klebstoffe, Lacke oder Folien, z.B. auch Resists, aber auch Trennmittel in Betracht, wobei auch ein Tape, welches an sich für die Chipmontage verwendet wird, geeignet ist, und wobei auch andere Folien verwendbar sind.When Interlayer come plastics, such as adhesives, paints or films, e.g. Resists, but also release agent into consideration, including a tape which in itself for The chip assembly is used, is suitable, and where others Foils are usable.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Zwischenschicht eine vorgegebene Flexibilität und/oder Elastizität auf.In a further embodiment of the invention, the intermediate layer a given flexibility and / or elasticity on.

Werden Kunststoffe oder Resists als Trennmittel verwendet, so können diese Materialien auf einfache Weise durch Drucken, Dispensen, Sprühen oder Benetzen aufgebracht werden.Become Plastics or resists used as release agents, so they can Materials in a simple way by printing, dispensing, spraying or Wetting be applied.

Um bestimmte thermische Eigenschaften zu erreichen, können die Trennmittel auch mit Zusatzstoffen, wie Silizium-, Keramik- oder Metallpulver, versehen werden. Derartige Maßnahmen sind allerdings nur dann angebracht, wenn das Chip im Betrieb höhere Temperaturen erreicht.Around To achieve certain thermal properties, the Release agent also with additives such as silicon, ceramic or metal powder provided become. Such measures However, they are only appropriate if the chip is operating at higher temperatures reached.

Werden Folien oder Tapes als Trennmittel verwendet, so können diese einfach auf die Rückseite des Chips auflaminiert werden.Become Sheets or tapes used as release agents, so they can just on the back of the chip are laminated.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht zwischen dem Chip und der Moldkappe aus einem dünnen Film einer geeigneten Flüssigkeit oder einem Schaum besteht. Diese Flüssigkeit sollte etwa die Konsistenz von Wasser oder Wachs aufweisen.A particular embodiment of the invention is characterized in that the intermediate layer between the chip and the mold cap from a thin Film of a suitable liquid or a foam. This liquid should be about the consistency of water or wax.

Als Zwischenschicht sind Silikon oder Wachs besonders geeignet, da diese Materialien gute Benetzungseigenschaften aufweisen.As an intermediate layer are silicone or wax particularly suitable because these materials have good wetting properties.

Schließlich kommen auch übliche Trennmittel in Betracht, welche die Entstehung von Adhäsionskräften zwischen benachbarten Oberflächen, also der Rückseite des Chips und der Moldkappe verhindern.Finally come also usual Release agent into consideration, which the emergence of adhesion forces between adjacent surfaces, so the back prevent the chip and the mold cap.

Der Kern der Erfindung besteht darin, die bisher übliche starre Verbindung zwischen dem Chip und dem dieses umgebenden Material zu vermeiden oder zumindest deutlich zu verringern. Damit kann sich das Chip innerhalb des Packages in gewissen Grenzen bewegen. Auf diese Weise kann der Unterschied der thermischen Ausdehnung zwischen dem Chip auf der einen Seite und dem Rest des Packages, welches die Moldkappe und das Substrat des Packages umfasst, sowie der Modulleiterplatte auf der anderen Seite ausreichend ausgeglichen werden. Damit wird die Belastung der Lötverbindungen deutlich verringert.Of the Core of the invention is the previously common rigid connection between to avoid the chip and the surrounding material or at least significantly reduce. This allows the chip within the package to move within certain limits. That way, the difference can be the thermal expansion between the chip on one side and the rest of the package, which is the mold cap and the substrate of the Packages, as well as the module board on the other side be sufficiently balanced. This will be the burden of the solder joints significantly reduced.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zum Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnungen zeigen:The Invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the exemplary embodiment belonging Drawings show:

1: eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen IC-Packages mit einer flexiblen Zwischenlage auf der Rückseite des Chips; 1 a schematic sectional view of an IC package according to the invention with a flexible intermediate layer on the back of the chip;

2: eine Variante des IC-Packages nach 1, bei der das Chip zusätzlich mit einem Chipkantenschutz versehen ist; und 2 : a variant of the IC package after 1 in which the chip is additionally provided with a chip edge protection; and

3: das IC-Package nach 2 mit zusätzlichem Formschluss zwischen Moldkappe und Substrat. 3 : the IC package after 2 with additional positive connection between the mold cap and the substrate.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht nach 1 aus einem Substrat 1, welches beidseitig, zumindest teilweise, mit einem Lötstopplack 2 beschichtet ist. Auf der zeichnungsgemäß oberen Seite des Substrates 1 ist ein Chip 3 durch Diebonden befestigt, wobei für die Befestigung des Chips auf dem Substrat ein übliches Die-Attach-Material 4 (Befestigungsmaterial aus einer Klebefolie oder einem Klebstoff) verwendet wird. Als Die-Attach-Material 4 wird üblicher Weise ein Tape oder eine Kleberpaste verwendet.The arrangement according to the invention exists 1 from a substrate 1 , which on both sides, at least partially, with a Lötstopplack 2 is coated. On the upper side of the substrate according to the drawing 1 is a chip 3 secured by Diebonden, wherein for the attachment of the chip on the substrate, a conventional die-attach material 4 (Fixing material from an adhesive film or an adhesive) is used. As the die-attach material 4 Usually, a tape or adhesive paste is used.

Auf der dem Chip 3 gegenüber liegenden Seite des Substrates 1 befinden sich nicht dargestellte Kontaktpads und Leitbahnen, die aus einer fotolithografisch strukturierten Kupferfolie hergestellt worden sind. Diese Kontaktpads dienen der Aufnahme von Lötkugeln 5 (Solderballs) zur elektrischen Verbindung des IC-Packages 6 mit Leiterplatten.On the chip 3 opposite side of the substrate 1 are not shown contact pads and interconnects that have been made of a photolithographically structured copper foil. These contact pads serve to receive solder balls 5 (Solderballs) for the electrical connection of the IC package 6 with printed circuit boards.

Das Chip 3 und Teile des Substrates 1 sind mit einer Moldkappe 7 (Abdeckung aus einem Kunststoffmaterial) versehen. Diese Moldkappe dient dem Schutz des Chips 3.The chip 3 and parts of the substrate 1 are with a mold cap 7 (Cover made of a plastic material) provided. This mold cap serves to protect the chip 3 ,

Um die Krafteinkopplung vom Chip 3 auf die Moldkappe 7 zu reduzieren, ist zwischen der Rückseite des Chips 3 und der Moldkappe 7 eine Zwischenschicht 8 in Form einer flexiblen Zwischenlage angeordnet. Diese Zwischenschicht 8 kann aus einem Kunststoff, einem Resist oder auch einer ausreichend elastischen Kunststoffolie mit einer vorgegebenen Flexibilität und/oder Elastizität, oder auch einer Flüssigkeit, mit einer Konsistenz von Wasser oder Wachs, wie z.B. einem Silicon bestehen. Wird als Zwischenschicht 8 eine Kunststofffolie (Tape) verwendet, so kann diese auf die Rückseite des Chips 3 auflaminiert werden.To the power input from the chip 3 on the mold cap 7 to reduce is between the back of the chip 3 and the mold cap 7 an intermediate layer 8th arranged in the form of a flexible intermediate layer. This intermediate layer 8th may consist of a plastic, a resist or even a sufficiently elastic plastic film with a given flexibility and / or elasticity, or even a liquid having a consistency of water or wax, such as a silicone. Is used as an intermediate layer 8th a plastic film (tape) used, this can be on the back of the chip 3 be laminated.

Besteht die Zwischenschicht 8 aus einem Kunststoff oder einem Resist, so kann diese einfach durch Sprühen, Dispensen oder Drucken auf der Rückseite des Chips 3 aufgebracht werden. Zusätzlich kann die Zwischenschicht 8 mit Zusatzstoffen, wie Silizium, Keramik- (z.B. Al2O3)- oder Metallpulver versehen wer den, um die thermischen Eigenschaften zu beeinflussen. Eine derartige Maßnahme ist allerdings nur dann sinnvoll, wenn die Chips 3 im Normalgebrauch höhere Betriebstemperaturen erreichen.Is the intermediate layer 8th Made of a plastic or a resist, this can be done simply by spraying, dispensing or printing on the back of the chip 3 be applied. In addition, the intermediate layer 8th with additives such as silicon, ceramic (eg Al 2 O 3 ) - or metal powder provided who the to influence the thermal properties. However, such a measure is only useful if the chips 3 reach higher operating temperatures in normal use.

In 2 ist eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der die Chipkanten 9 zusätzlich mit einem Chipkantenschutz 10 versehen sind, der die gleiche Funktion wie die Zwischenschicht 8 erfüllt und zwischen den Chipkanten 9 und der Moldkappe 7 angeordnet ist.In 2 a variant of the invention is shown in which the chip edges 9 additionally with a chip edge protection 10 are provided, which has the same function as the intermediate layer 8th met and between the chip edges 9 and the mold cap 7 is arranged.

Wie bereits dargelegt, können die mechanischen Bedingungen zwischen „keinem Kontakt" und einem „weichen Kontakt" zwischen dem Chip 3 und dem Rest des Packages durch Hinzufügen einer Flüssigkeit oder eines sehr weichen Materiales in den Zwischenraum zwischen dem Chip 3 und dem Package als Zwischenschicht 8 eingestellt werden.As already stated, the mechanical conditions between "no contact" and a "soft contact" between the chip 3 and the rest of the package by adding a liquid or very soft material into the gap between the chip 3 and the package as an intermediate layer 8th be set.

Wenn beispielsweise ein Die-Attach-Material zum Befestigen des Chips 3 auf dem Substrat 1 notwendig ist (wie beim beim Drahtbonden üblich), sollte ein besonders weicher Klebstoff bzw. ein besonders weiches Tape 4 zum Befestigen des Chips 3 verwendet werden. Die übrigen Seiten des Chips 3 können entweder mit einem dünnen Film einer Flüssigkeit mit der Konsistenz zwischen Wasser bis Wachs beschichtet, oder mit einem sehr weichen Film überzogen werden. Es ist auch möglich, ein Trennmittel als Zwischenschicht 8 einzusetzen. Um Popcorning-Effekte zu vermeiden, muss sicher gestellt werden, dass die Beschichtung lückenlos erfolgt.For example, if a die-attach material is used to attach the chip 3 on the substrate 1 is necessary (as is common in wire bonding), should a particularly soft adhesive or a particularly soft tape 4 for fixing the chip 3 be used. The remaining sides of the chip 3 can either be coated with a thin film of a fluid with the consistency of water to wax, or covered with a very soft film. It is also possible to use a release agent as an intermediate layer 8th use. In order to avoid popcorning effects, it must be ensured that the coating is complete.

Damit wird verhindert, dass sich das Moldcompound (und auch das Substrat 1) fest mit der Oberfläche des Chips 3 verbinden kann.This prevents the Mold compound (and also the substrate 1 ) firmly with the surface of the chip 3 can connect.

Als Zwischenschicht 8 bzw. Trennmittel ist beispielsweise Silicon geeignet. Das Silicon kann unmittelbar vor dem Verkappen Molden auf das Chip 3 gesprüht werden, so dass ein geschlossener Film entsteht. Dabei muss allerdings der frei liegende Bereich des Substrates geschützt werden, um sicher zu stellen, dass zwischen dem Moldcompound und dem Substrat eine ausreichende Haftung gewährleistet wird.As an intermediate layer 8th or release agent, for example, silicone is suitable. The silicone may just before capping molden onto the chip 3 be sprayed so that a closed film is created. In this case, however, the exposed area of the substrate must be protected to ensure that between the mold compound and the substrate sufficient adhesion is ensured.

Gegebenenfalls kann die Haftung durch Formschluss unterstützt werden, indem in das Substratbeispielsweise Löcher 11 eingebracht werden (3) und die Moldmasse beim Verkappen dort derart hindurch treten lässt, dass sich dadurch Verbindungselemente ausbilden, die wie Nieten wirken, Als Zwischenschicht 8 können auch andere Flüssigkeiten als Silicon eingesetzt werden. Wesentlich ist, dass auf der Oberfläche des Chips 3 ein geschlossener Film hergestellt wird, der eine starre Verbindung zur Moldkappe verhindert.Optionally, adhesion may be assisted by positive engagement by, for example, holes in the substrate 11 be introduced ( 3 ) And the molding compound during capping can pass therethrough so that form fasteners that act as rivets, as an intermediate layer 8th It is also possible to use liquids other than silicone. It is essential that on the surface of the chip 3 a closed film is produced, which prevents a rigid connection to the mold cap.

Wird als Zwischenschicht ein sehr weiches Tape 4 oder ein geschäumtes Material verwendet, dass nicht auf dem Chip 3 haftet, ist es erforderlich, das Tape 4 zumindest vorübergehend durch Klammern oder ähnliche Maßnahmen auf dem Chip 3 fest zu halten. Das Tape 4 kann auch über das Chip 3 gespannt werden.Is used as an intermediate layer a very soft tape 4 or a foamed material that is not used on the chip 3 it is necessary to tape the tape 4 at least temporarily by brackets or similar measures on the chip 3 to hold tight. The tape 4 can also about the chip 3 be tense.

Als Zwischenschicht 8 auf dem Chip 3 kann ein organisches Material oder auch ein Metall verwendet werden. Wenn die Zwischenschicht 8 aus einem weichen Material besteht und elektrisch isolierend ist, kann diese auch auf dem Chip 3 haften.As an intermediate layer 8th on the chip 3 An organic material or even a metal can be used. If the interlayer 8th Made of a soft material and is electrically insulating, this can also be on the chip 3 be liable.

Mit der Erfindung wird eine durch thermische Ausdehnung bedingte Krafteinkopplung vom Chip 3 auf die Moldkappe 7 wesentlich verringert bzw. fast vollkommen verhindert und dadurch das Durchbiegungsverhalten des Gehäuses deutlich verbessert.With the invention, a force expansion caused by thermal expansion of the chip 3 on the mold cap 7 significantly reduced or almost completely prevented, thereby significantly improving the deflection behavior of the housing.

11
Substratsubstratum
22
Lötstopplacksolder resist
33
Chipchip
44
Die-Attach-MaterialDie attach material
55
Lotkugelsolder ball
66
IC-PackageIC package
77
Moldkappemold cap
88th
Zwischenschichtinterlayer
99
Chipkantechip edge
1010
ChipkantenschutzChip edge protection
1111
Loch im Substrathole in the substrate

Claims (16)

Anordnung zur Verbesserung der Modulzuverlässigkeit von Halbleitermodulen mit BGA- oder BGA-ähnlichen Komponenten mit einem Substrat, auf dem Chips mit einem Die-Attach-Material (Tape) befestigt sind, insbesondere von substratbasierten IC-Packages, wobei auf der dem Chip gegenüber liegenden Seite des Substrats Kontaktpads zur Aufnahme von Lötkugeln zur elektrischen Verbindung mit Leiterplatten vorgesehen sind und wobei das Chip und das Substrat auf der Chipseite mit einer Moldkappe versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen der Rückseite des Chips (3) und der Moldkappe (7) eine Zwischenschicht (8) angeordnet ist, welche die Adhäsionskräfte zwischen der Rückseite des Chips (3) und der Moldkappe (7) beseitigt oder verringert und dass die (4) aus einem weichen oder geschäumten Material besteht.Arrangement for improving the module reliability of semiconductor modules with BGA or BGA-like components with a substrate on which chips are mounted with a die-attach material (tape), in particular of substrate-based IC packages, wherein on the opposite side of the chip of the substrate contact pads for receiving solder balls for electrical connection to printed circuit boards are provided and wherein the chip and the substrate on the chip side are provided with a mold cap, characterized in that at least between the back of the chip ( 3 ) and the mold cap ( 7 ) an intermediate layer ( 8th ), which determines the adhesion forces between the backside of the chip ( 3 ) and the mold cap ( 7 ) is eliminated or reduced and that (4) is made of a soft or foamed material. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) aus einem Material mit elastischen Eigenschaften besteht.Arrangement according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) consists of a material with elastic properties. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zwischen den Seitenflächen der Chips (3) und der Moldkappe (7) eine Zwischenschicht in Form eines Chipkantenschutzes (10) angeordnet ist.Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that in addition between the side surfaces of the chips ( 3 ) and the mold cap ( 7 ) an intermediate layer in the form of a chip edge protection ( 10 ) is arranged. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) aus einem Kunststoff bestehen.Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) consist of a plastic. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) aus einem Kunststoff, einem Epoxidharz, einem Resist oder einem Trennmittel bestehen.Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) consist of a plastic, an epoxy resin, a resist or a release agent. Anordnung nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) eine vorgegebene Flexibilität und/oder Elastizität aufweisen.Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) have a given flexibility and / or elasticity. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) durch Drucken auf die Rückseite des Chips (3) aufgebracht ist.Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) by printing on the back side of the chip ( 3 ) is applied. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) durch Dispensen, Sprühen oder Benetzen aufgebracht ist.Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) is applied by dispensing, spraying or wetting. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) auf der Rückseite des Chips (3) auflaminiert ist.Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) on the back of the chip ( 3 ) is laminated. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) mit Zusatzstoffen versehen sind.Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) are provided with additives. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe Halbleiter-, Keramik- oder Metallpulver sind.Arrangement according to claim 10, characterized that the additives are semiconductor, ceramic or metal powder. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) zwischen dem Chip (3) und der Moldkappe (7) aus einem dünnen Film einer geeigneten Flüssigkeit oder einem Schaum bestehen.Arrangement according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) between the chip ( 3 ) and the mold cap ( 7 ) consist of a thin film of suitable liquid or foam. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit etwa die Konsistenz von Wasser oder Wachs aufweist.Arrangement according to claim 12, characterized that the liquid about the consistency of water or wax has. Anordnung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) aus einem auf das Chip (3) gesprühten Trennmittel bestehen.Arrangement according to claim 12 and 13, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) from one to the chip ( 3 ) sprayed release agent. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) aus Silicon bestehen.Arrangement according to claim 14, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) consist of silicone. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (8) und der Chipkantenschutz (10) aus Wachs bestehen.Arrangement according to claim 14, characterized in that the intermediate layer ( 8th ) and the chip edge protection ( 10 ) consist of wax.
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