DE102005036324A1 - Halbleiterbauteil mit Bonddrähten und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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bonding
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English (en)
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Michael Dipl.-Ing. Bauer (Fh)
Peter Dipl.-Ing. Strobel (FH)
Jens Dipl.-Ing. Pohl (FH)
Christian Stümpfl
Ludwig Dipl.-Ing. Heitzer (Fh)
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil (1) mit Bonddrähten (4), wobei das Halbleiterbauteil (1) einen Halbleiterchip (5) aufweist, der auf seiner Oberseite (6) Kontaktflächen (10) besitzt und mit seiner Rückseite (7) auf einem Schaltungsträger (8) fixiert ist. Um den Halbleiterchip (5) herum weist der Schaltungsträger (8) Kontaktanschlussflächen auf, die über Bonddrähte (4) mit den Kontaktflächen (10) elektrisch in Verbindung stehen. Der Halbleiterchip trägt in einem Randbereich der Oberseite und/oder der Schaltungsträger besitzt rund um den Halbleiterchip strukturierte Bonddrahtführungselemente (12). In diesen Strukturen der Bonddrahtführungselemente (12) werden die Bonddrähte geführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit Bonddrähten und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Das Halbleiterbauteil weist einen Halbleiterchip auf, der auf seiner Oberseite Kontaktflächen besitzt und mit seiner Rückseite auf einem Schaltungsträger fixiert ist. Um den Halbleiterchip herum weist der Schaltungsträger Kontaktanschlussflächen auf, die über Bonddrähte mit den Kontaktflächen des Halbleiterchips elektrisch in Verbindung stehen.
  • Ein derartiges Halbleiterbauteil ist aus der Druckschrift US 6,211,574 B1 bekannt. Das bekannte Halbleiterbauteil weist eine Verpackung mit einem Bonddrahtschutz auf. Dazu besitzt das bekannte Halbleiterbauteil einen Schaltungsträger in Form eines Substrats mit einer oberen Oberfläche. Der Halbleiterchip ist auf der oberen Oberfläche des Schaltungsträgers angeordnet, wobei auch der Halbleiterchip eine Oberseite aufweist. Eine Vielzahl von Bonddrähten, die mit ihrem ersten Ende auf der Oberseite des Schaltungsträgers und mit ihrem zweiten Ende auf der Oberseite des Halbleiterchips befestigt sind, stellen die elektrische Verbindung zwischen Halbleiterchip und Schaltungsträger her. Auf der Oberseite des Schaltungsträgers ist ein Befestigungsteil benachbart zu dem Halbleiterchip angeordnet, um die Bonddrähte zu fixieren und zu schützen, bevor die Bonddrähte in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet werden. Dazu sind nur die mittleren Abschnitte der Bonddrähte von dem Befestigungsteil bedeckt.
  • Ein derartiges Halbleiterbauteil hat den Nachteil, dass das Bedecken des mittleren Abschnitts der Bonddrähte durch ein Fixierungsteil problematisch ist, da die Herstellung eines derartigen Fixierungsteils unter Bedecken der bereits gebondeten Drähte ein Problem darstellt, zumal es beim Einbringen des Befestigungsteils auf den Bonddrähten zu Kurzschlüssen und Verwehungen der Bonddrähte kommen kann.
  • Aus der Druckschrift US 5,331,205 ist ein gebondeter Halbleiterchip in einem Kunststoffgehäuse bekannt, bei dem zunächst der Halbleiterchip und die Bonddrähte von einem Kunststoff umhüllt werden, bevor die Kunststoffgehäusemasse in einem Spritzgussverfahren aufgebracht wird. Auch bei diesem Halbleiterbauteil besteht die Gefahr, dass es bereits beim Einbetten der Bonddrähte in eine umhüllende Kunststoffgehäusemasse zu Berührungen der Bonddrähte untereinander kommen kann, so dass auch hier mit einer Ausschussrate beim Umhüllen der Bonddrähte mit Kunststoff zu rechnen ist, da die Gefahr der Verwehungen der Bonddrähte nicht beseitigt ist.
  • Das Problem wird noch vergrößert, wenn die Bonddrähte nicht wie im Stand der Technik in den Randbereichen des Halbleiterchips auf Kontaktflächen fixiert sind, sondern langgestreckte Bondverbindungen zwischen dem Zentrum eines Halbleiterchips und entsprechenden Kontaktanschlussflächen auf dem Schaltungsträger bereitgestellt werden sollen. Derartige langgestreckte Bondverbindungen sind vorteilhaft für Speicherbauteile, die auf ihrer Mittelachse eine Anhäufung der Kontaktanschlussflächen aufweisen, wobei dieser Bereich auch als Bondkanal bei Speicherhalbleiterchips bezeichnet wird. Für derart langgezogene Bondverbindungen war es bisher erforderlich, die Schrittweite der einzelnen Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips und damit den Abstand zwischen den Bonddrähten so weit zu erhöhen, dass ein Verwehen der Bonddrähte beim Eingießen in eine Kunststoffgehäusemasse nicht möglich ist.
  • Diese Technik unterstützt jedoch nicht die angestrebte ständige Verkleinerung der Speicherhalbleiterchips, da aufgrund der langen Bonddrähte die Schrittweite zwischen den Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips praktisch nicht verkleinert werden kann. Andererseits muss ein hoher technologischer Aufwand betrieben werden, um von dem zentralen Bondkanal Leiterbahnen mit einer zusätzlichen strukturierten Metallisierungsschicht zu den Randbereichen der Oberseite des Halbleiterchips vorzusehen, um dann mit kürzeren Bondverbindungen auch kleinere Schrittweiten für die dann an den Randbereichen angeordneten Kontaktflächen des Halbleiterchips zu erreichen. Zusätzliche Metallisierungsebenen verursachen jedoch eine beträchtliche Erhöhung der Fertigungskosten.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauteil mit Bonddrähten zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, dass ein Verwehen oder Berühren von Bonddrähten, insbesondere von langgestreckten Bonddrähten, unterbunden ist.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil mit Bonddrähten geschaffen, wobei das Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip aufweist, der auf seiner Oberseite Kontaktflächen besitzt. Der Halbleiterchip ist mit seiner Rückseite auf einem Schaltungsträger fixiert, wobei der Schaltungsträger um den Halbleiterchip herum Kontaktanschlussflächen aufweist. Diese Kon taktanschlussflächen stehen über Bonddrähte mit den Kontaktflächen elektrisch in Verbindung. Dazu weist der Halbleiterchip in den Randbereichen der Oberseite und/oder der Schaltungsträger rund um den Halbleiterchip Bonddrahtführungselemente auf, wobei die Bonddrahtführungselemente Strukturen aufweisen, in denen die Bonddrähte geführt werden.
  • Ein derartiges Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass durch das Aufbringen von Bonddrahtführungsstrukturen auf den Halbleiterchip und/oder auf den Schaltungsträger beliebig lange Bonddrähte von Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips zu Kontaktanschlussflächen auf der Oberseite des Schaltungsträgers sicher geführt werden können. Darüber hinaus hat das Halbleiterbauteil den Vorteil, dass diese Bonddrahtführungsstrukturen noch vor dem Aufbringen der Bonddrähte als Verbindungselemente zwischen Kontaktflächen und Kontaktanschlussflächen bei der Herstellung des Halbleiterwafers und/oder bei der Herstellung des Schaltungsträgers in entsprechend dafür vorgesehenen Positionen angeordnet werden können. Dabei wird bevorzugt, dass die Bonddrahtführungselemente im Randbereich der Oberseite des Halbleiterchips angeordnet sind, zumal dann diese Bonddrahtführungselemente für viele Halbleiterchips gleichzeitig bei der Strukturierung von Halbleiterwafern realisiert werden können.
  • Zur Führung der Bonddrähte weist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Bonddrahtführungselemente mit Querrillen auf, in denen die Bonddrähte beabstandet geführt sind. Außerdem können die Bonddrahtführungselemente auch als Struktur Quernuten aufweisen, in denen die Bonddrähte beabstandet geführt sind. Dazu weisen die Quernuten unterschiedliche Querschnitte auf. So lassen sich auf einfache und preiswerte Weise rechteckige Querschnitte herstellen, in denen die Bond drähte geführt werden. Andererseits sind auch dreieckige Querschnitte von Vorteil, zumal sie beim Aufbringen der Bonddrähte diese gegenüber rechteckigen Querschnitten besser in die entsprechenden Nuten hineinführen.
  • Quernuten mit trapezförmigen Querschnitten sind praktisch ein Kompromiss zwischen dreieckigen Querschnitten und rechteckigen Querschnitten, zumal die Trapezform ermöglicht, dass die Bonddrähte beim Bonden in die Quernuten entlang der Seitenwände der trapezförmigen Quernuten hineingleiten. Schließlich ist es auch möglich, die Quernuten mit halbkreisförmigem Querschnitt zu realisieren, was den Vorteil hat, dass keine scharfkantigen Winkel entstehen, so dass sich der Bonddraht ungehindert an die Kontur der Quernuten angleichen kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktflächen in einem zentralen Bondkanal des Halbleiterchips angeordnet, wobei sich langgestreckte Bonddrähte vom zentralen Bondkanal über die Bonddrahtführungselemente im Randbereich der Oberseite des Halbleiterchips und/oder des Schaltungsträgers zu den Kontaktanschlussflächen des Schaltungsträgers erstrecken. Die Bonddrahtführungselemente haben im Falle von langen Bonddrähten die weitere Funktion, dass die Bondschleife, die sich zwischen den Kontaktflächen im Bondkanal und den Kontaktanschlussflächen auf dem Schaltungsträger erstreckt, beim Bonden relativ flach gezogen werden kann, so dass die Halbleiterbauteiloberseite die Höhe der Bonddrahtführungselemente nicht übersteigt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Strukturen der Bonddrahtführungselemente mit einer Kunststoffmasse aufgefüllt. Dies ist automatisch der Fall, sobald eine Kunststoffgehäusemasse beim Verpacken der Halb leiterchips und des Schaltungsträgers mit den Bonddrähten und den Bonddrahtführungselementen diese Komponenten einbettet, zumal die Bonddrahtführungselemente Strukturen in Form von Querrillen und Quernuten aufweisen, die von oben zugänglich sind und freiliegen, so dass sowohl die Drähte darin eingebracht werden können als auch eine entsprechende Kunststoffgehäusemasse die Möglichkeit hat, diese aufzufüllen. Andererseits ist es auch möglich, noch vor dem Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse einen adhäsiven Kunststoff auf die Struktur der Bonddrahtführungselemente aufzubringen, so dass die Bonddrähte zusätzlich durch diesen adhäsiven Kunststoff in ihrer Position in den Strukturen der Bonddrahtführungselemente mit Hilfe der Klebstoffmasse fixiert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Bonddrahtführungselemente vorzugsweise in Randbereichen der Halbleiterchips angeordnet, um gleichzeitig die Stapelhöhe für einen Halbleiterchipstapel zu definieren. Dazu kann ein gestapelter Halbleiterchip mit seiner Rückseite auf den Bonddrahtführungselementen aufliegen. Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es, beliebig viele Halbleiterchips übereinander zu stapeln, sofern jeder der Halbleiterchips in seinen Randbereichen entsprechende Bonddrahtführungselemente aufweist. Dazu sind die Bonddrahtführungselemente als Abstandshalter geformt.
  • Vorzugsweise weisen die Bonddrahtführungselemente einen isolierenden Kunststoff auf. Dieser isolierende Kunststoff kann ein Polymer sein, der photolithographisch strukturierbar ist. In diesem Fall ist die Einbringung von Quernuten und/oder Querrillen als Struktur in die Bonddrahtführungselemente durch Massenfertigung herstellbar. Andererseits ist es auch möglich, die strukturierten Bonddrahtführungselemente durch Drucktechniken und/oder durch Spritzgusstechniken aufzubringen. In diesen Fällen ist es auch möglich, derartige Bonddrahtführungselemente vorzugsweise auf dem Schaltungsträger spritzgusstechnisch an den Randseiten des Halbleiterchips anzuordnen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Halbleiterwafer beansprucht, der in Zeilen und Spalten angeordnete Halbleiterchippositionen aufweist, wobei in Randbereichen der Halbleiterchippositionen die erfindungsgemäßen Bonddrahtführungselemente angeordnet sind. Alternativ wird ein Schaltungsträger in Form eines Nutzens mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterbauteilpositionen beansprucht, wobei in Randbereichen der Halbleiterbauteilpositionen auf dem Nutzen erfindungsgemäße Bonddrahtführungselemente angeordnet sind.
  • Vorzugsweise wird ein derartiges Halbleiterbauteil, das aus einem entsprechenden Halbleiterwafer oder aus einem entsprechenden Nutzen hergestellt ist, als digitales Speicherelement mit einem Stapel aus Speicherchips verwendet. Durch die Stapelung kann die Speicherkapazität eines derartigen Halbleiterbauteils deutlich gesteigert werden. Andererseits ist es auch möglich, Logik-Halbleiterchips mit Speicherhalbleiterchips zu stapeln, um einen schnellen Mikroprozessor mit hoher Speicherkapazität zu bilden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit Bonddrähten weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Halbleiterwafer mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Halbleiterchippositionen, in denen Kontaktflächen angeordnet sind, hergestellt. Anschließend werden Bonddrahtführungselemente in Randbereichen der Halb leiterchippositionen aufgebracht. Danach wird der Halbleiterwafer in eine Vielzahl von Halbleiterchips mit Bonddrahtführungselementen in Randbereichen der Oberseiten der Halbleiterchips aufgetrennt. Derartige Halbleiterchips mit Bonddrahtführungselementen können auf einen Schaltungsträger mit mehreren Halbleiterbauteilpositionen und Kontaktanschlussflächen rund um die Positionen der Halbleiterchips aufgebracht werden. Derartige Schaltungsträger werden auch Nutzen genannt.
  • Danach erfolgt ein elektrisches Verbinden der Kontaktflächen der Halbleiterchips über Bonddrähte mit Kontaktanschlussflächen einer Verdrahtungsstruktur unter Führung der Bonddrähte durch die Bonddrahtführungselemente. Anschließend werden die Halbleiterchips, die Bonddrähte und die Bonddrahtführungselemente und mindestens teilweise der Schaltungsträger in einer Kunststoffgehäusemasse verpackt. Schließlich kann der Schaltungsträger bzw. Nutzen in einzelne Halbleiterbauteile an den Halbleiterbauteilpositionen aufgetrennt werden.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Bonddrahtführungselemente bereits beim Herstellen der Halbleiterchips auf den Oberseiten derselben fertiggestellt werden. Somit können für die Vielzahl der Halbleiterchips eines Halbleiterwafers gleichzeitig und parallel die entsprechenden Bonddrahtführungselemente an den vorgesehenen Positionen auf den Randseiten der Halbleiterchips realisiert werden.
  • In einem alternativen Verfahren werden die Bonddrahtführungselemente nicht auf den Halbleiterchips realisiert, sondern auf dem Schaltungsträger. Ein derartiges Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Nutzen mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Halb leiterbauteilpositionen hergestellt. Anschließend werden Bonddrahtführungselemente in Randbereichen der Halbleiterbauteilpositionen aufgebracht. Danach werden die Halbleiterbauteilpositionen des Nutzens mit Halbleiterchips bestückt, und es wird ein elektrisches Verbinden von Kontaktflächen der Halbleiterchips in den Halbleiterbauteilpositionen über Bonddrähte mit Kontaktanschlussflächen des Nutzens unter Führung der Bonddrähte durch die Bonddrahtführungselemente auf der Oberseite des Nutzens durchgeführt. Danach werden die Halbleiterchips, die Bonddrähte, die Bonddrahtführungselemente und mindestens teilweise der Nutzen in einer Kunststoffgehäusemasse verpackt. Schließlich wird der Nutzen in einzelne Halbleiterbauteile aufgetrennt.
  • Sowohl das zuerst genannte Verfahren als auch das als zweites genannte Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Bonddrahtführungselemente das Verpacken der Bonddrähte und Halbleiterchips in einer Kunststoffgehäusemasse problemlos erfolgen kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Bonddrähte sich bei dem Verpackungsverfahren berühren und Kurzschlüsse verursachen. Darüber hinaus haben die Bonddrahtführungselemente den Vorteil, dass sie die Belastungen, die durch das Spritzgießen von Kunststoff durch das Einbetten in eine Kunststoffgehäusemasse, die auf die Bonddrähte einwirken, vermeiden. Damit wird auch die Gefahr des Abrisses von Bonddrähten von den Kontaktanschlussflächen oder den Kontaktflächen verringert. Um diesen Effekt noch zu verbessern, können die Bonddrähte in den Nuten und Rillen der Bonddrahtführungselemente vorzugsweise durch einen Klebstoff unter Auffüllen der Querrillen oder Quernuten der Bonddrahtführungselemente fixiert werden.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Bonddrahtführungselemente ein erhöhter Steg mit einer Kammstruktur zur Verfügung gestellt wird, durch welche beim Drahtbonden die Drähte geführt werden. Durch diese zusätzliche Führung wird die Drahtverwehung während eines Einbettens in eine Kunststoffgehäusemasse vollständig verhindert, da die Drähte durch die Bonddrahtführungselemente voneinander separiert sind. Außerdem können die Bonddrähte aufgrund der Bonddrahtführungselemente beim Bonden flach über diese gezogen werden, was zu einer deutlichen Reduzierung der Schleifenhöhe der Bonddrähte führt. Diese Vorteile können nicht nur für einen Basischip eines Chipstapels genutzt werden, sondern auch für entsprechend gestapelte Halbleiterchips Verwendung finden.
  • Ist dieser Steg genügend hoch ausgebildet, so kann er zusätzlich als Abstandhalter für die Halbleiterchipstapel eingesetzt werden. Beim Stapeln kann vorsorglich der Zwischenraum, der in den Querrillen und Quernuten innerhalb eines Stegs der Bonddrahtführungselemente auftritt, mit Kunststoff aufgefüllt werden, so dass der gestapelte Halbleiterchip auf den Bonddrahtführungselementen durch den Klebstoff in den Querrillen bzw. Quernuten fixiert wird. Bei dieser Lösung kann auf die bisher eingesetzten Siliziumabstandshalter vollständig verzichtet werden, was zu Material- als auch zu Prozesskostenersparnissen führt. Wird darüber hinaus das Bonddrahtführungselement aus einem Thermoplast hergestellt, so kann bei einem Stapeln auf einen Klebstoff verzichtet werden, da bereits durch Erwärmung des Thermoplastes ein Fixieren des gestapelten Halbleiterchips über den Thermoplast möglich ist. Die Herstellung der Bonddrahtführungselemente kann durch Druckprozesse, wie ein Siebdruckverfahren, oder durch photolithographische Strukturierungsprozesse erfolgen. Dabei ist jedoch der Druckprozess zu bevorzugen, zumal Photolithographieschritte durchaus kostenintensiv sein können.
    •
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines Halbleiterbauteils einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteil gemäß 1;
  • 3 bis 6 zeigen schematische Querschnitte durch Strukturen von Bonddrahtführungselementen;
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Halbleiterbauteil gemäß 7 entlang der Schnittlinie A-A;
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines Halbleiterbauteils 1 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Halbleiterbauteil 1 weist einen Schaltungsträger 8 auf, auf dem in einem Randbereich Kontaktanschlussflächen 9 angeordnet sind, und auf dem ein Halbleiter chip 5 fixiert ist, der in einem zentralen Bondkanal 28 Kontaktflächen 10 auf seiner Oberseite 6 aufweist. Die Kontaktflächen 10 auf der Oberseite 6 des Halbleiterchips 5 sind mit den Kontaktanschlussflächen 9 auf der Oberseite 40 des Schaltungsträgers 8 über Bonddrähte 4 elektrisch verbunden. Um die Bonddrähte 4 korrekt zu führen, ist im Randbereich 11 der Oberseite 6 ein Bonddrahtführungselement 12 angeordnet, das eine Struktur 13 aufweist, in der die Bonddrähte 4 geführt werden.
  • Dieses Bonddrahtführungselement 12 weist eine Struktur 13 aus Quernuten 24 auf, die einen rechteckigen Querschnitt 25 besitzen, so dass Stege 39 des Bonddrahtführungselements 12 die Bonddrähte 4 voneinander beabstanden und isolieren. Dazu besteht das Bonddrahtführungselement 12 aus einem isolierenden Kunststoff 33. Mit einem derartigen Bonddrahtführungselement 12 kann gewährleistet werden, dass ein Verwehen der Bonddrähte 4 beim Spritzgießen einer Kunststoffgehäusemasse nicht mehr auftritt. Ferner hat das Bonddrahtführungselement 12 den Vorteil, dass die Bonddrähte 4 relativ flach über den Halbleiterchip 5 zu den Kontaktanschlussflächen 9 auf der Oberseite 40 des Schaltungsträgers 8 gezogen werden können. Diese Möglichkeit besteht bei herkömmlichen Halbleiterchips nicht, da das Material der Halbleiterchips scharfkantig ist und somit die Bonddrähte beschädigen könnte.
  • Im Falle der Bonddrahtführungselemente 12 aus Kunststoff wird jedoch der Randbereich 11 durch den Kunststoff gepuffert, so dass ein eng anliegendes oder flach anliegendes Ausbilden der Bonddrahtschleifen von den Kontaktflächen 10 zu den Kontaktanschlussflächen 9 möglich ist, ohne die Bonddrähte 4 zu beschädigen. Die Stege 39 zwischen den Bonddrähten 4 verhindern nicht nur eine Berührung der Bonddrähte 4 untereinander und ein Verwehen der Bonddrähte 4 beim Spritzgießen einer Kunststoffgehäusemasse, sondern sie können auch als Abstandhalter dienen, wenn ihre Höhe h ausreichend ist, um entweder eine Abschirmplatte oder einen weiteren Halbleiterchip auf dem hier gezeigten Halbleiterchip 5 zu stapeln.
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteil 1 gemäß 1. Bei dieser Draufsicht wurde die Kunststoffgehäusemasse, in welche die Bonddrähte 4, die Bonddrahtführungselemente 12 und der Halbleiterchip 5 eingebettet sind, weggelassen, um die Anordnung der Bonddrähte 4 und des Halbleiterchips 5 auf der Oberseite 40 des Schaltungsträgers 8 zeigen zu können. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind in einem zentralen Bondkanal 28 zwei Reihen von Kontaktflächen 10 angeordnet, die über Bonddrähte 4 mit Kontaktanschlussflächen 9 des Schaltungsträgers 8 elektrisch verbunden sind. Die Bonddrähte 4 erstrecken sich somit von der Mitte des Halbleiterchips 5 bis zu den Randseiten des Schaltungsträgers 8, wobei sie in den Randbereichen 11 des Halbleiterchips 5 durch Bonddrahtführungselemente 12 geführt und fixiert werden. Durch die Bonddrahtführungselemente 12 wird gleichzeitig gewährleistet, dass eine minimale Schrittweite für die Bonddrähte 4 möglich ist, ohne dass sich die Bonddrähte 4 seitlich miteinander berühren.
  • 3 bis 6 zeigen schematische Querschnitte von Strukturen 13 von Bonddrahtführungselementen 12. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden in den 3 bis 6 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert. Die Bonddrahtführungselemente 12 erstrecken sich von einer Randseite 36 des Halbleiterchips 5 bis zu der gegenüber liegenden Randseite 37 des Halbleiterchips 5.
  • Das Bonddrahtführungselement 12 in 3 weist eine Struktur 13 von Quernuten 24 auf, die einen dreieckförmigen Querschnitt 26 besitzen. Dieser dreieckförmige Querschnitt 26 hat den Vorteil, dass beim Spannen der Bonddrähte 4 von den Kontaktflächen 10 zu den Kontaktanschlussflächen 9 die Bonddrähte 4 automatisch in die Quernuten 24 eingeführt werden können.
  • In 4 weisen die Quernuten 24 einen rechteckförmigen Querschnitt 25 auf und in 5 sind anstelle von Quernuten Querrillen 23 vorgesehen, welche die Bonddrähte 4 aufnehmen. Die Querrillen haben den Vorteil, dass sie keine scharfkantigen Winkel ausbilden.
  • 6 zeigt einen Kompromiss zwischen den Quernuten 24 und den Querrillen 23, in dem die Quernuten 24 einen halbkreisförmigen Querschnitt 27 aufweisen.
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Bonddrahtführungselemente 12 gleichzeitig als Abstandshalter 32 genutzt, um auf einem Basishalbleiterchip 5 einen gestapelten Halbleiterchip 15 mit seiner Rückseite 17 aufzubringen.
  • Dabei garantiert die Höhe h der Bonddrahtführungselemente 12 des Basishalbleiterchips 5, dass der gestapelte Halbleiterchip 15 einen ausreichenden Abstand zu der aktiven Oberseite des Basishalbleiterchips 5 einnimmt. Während bei dem Basishalbleiterchip 5 ein zentraler Bondkanal 28 die Kontaktflächen 10 aufweist und langgestreckte Bonddrähte 4 von den Bonddrahtführungselementen 12 zu den Kontaktanschlussflächen 9 eines Schaltungssubstrats 8 geführt werden, sind die Kontaktflächen 20 auf der Oberseite 16 des gestapelten Halbleiterchips 15 in Randbereichen 21 des gestapelten Halbleiterchips 15 angeordnet, so dass relativ kurze Bonddrähte 14 von den Randbereichen 21 zu den Kontaktanschlussflächen 9 des Schaltungsträgers 8 geführt werden können. In dieser Ausführungsform der Erfindung ragen die Randbereiche 21 des gestapelten Halbleiterchips 15 über die Randseiten 34 und 35 des Basishalbleiterchips 5 hinaus, was eine weitere Verkürzung der Bonddrähte 14 des gestapelten Halbleiterbauteils ermöglicht.
  • In 7 ist darüber hinaus die Kontur der Kunststoffgehäusemasse 38 zu sehen, in der die Halbleiterchipstapel 30 aus den Halbleiterchips 5 und 15 sowie die Bonddrähte 4 und 14 und die Kontaktflächen 10 und 20 sowie die Kontaktanschlussflächen 9 und die Oberseite 40 des Schaltungssubstrats 8 eingebettet sind.
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Halbleiterbauteil 2 gemäß 7 entlang der Schnittlinie A-A. Durch das Einbetten in eine Kunststoffgehäusemasse 38 werden auch die Quernuten 24 mit einer Kunststoffgehäusemasse gefüllt, wenn sie nicht schon vorher mit einer füllenden Klebstoffmasse 29 aufgefüllt wurden.
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In diesem Fall weist das Halbleiterbauteil 3 einen Halbleiterchipstapel 31 aus zwei gestapelte Halbleiterchips 5 und 15 mit jeweils zentralem Bondkanal 28 auf, wobei die beiden Halbleiterchips 5 und 15 Speicherbausteine darstellen, die auch die gleichen Außenabmessungen aufweisen. In diesem Fall sind nicht nur auf dem Basishalbleiterchip 5 Bonddrahtführungselemente 12 vorgesehen, sondern es sind auch Bonddrahtführungselemente 22 im Randbereich 21 des gestapelten Halbleiterchips 15 vorgesehen. In beiden Fällen erstrecken sich lange Bonddrähte 4 bzw. 14 vom Zentrum des jeweiligen Halbleiterchips 5 bzw. 15 zu den Kontaktanschlussflächen 9 des Schaltungsträgers 8, der an diesen Stellen Durchkontakte 41 aufweist, die mit Außenkontaktflächen 42 in Verbindung stehen, wobei auf den Kontaktaußenflächen 42 Außenkontakte 43 in Form von Lotbällen angeordnet sind. Eine Lötstopplackschicht 44 auf der Unterseite 45 des Halbleiterbauteils 3 sorgt dafür, dass beim Auflöten der Lotbälle das Lotmaterial lediglich die Außenkontaktflächen 42 benetzt.
    • 1
    Halbleiterbauteil (1. Ausführungsform)
    2
    Halbleiterbauteil (2. Ausführungsform)
    3
    Halbleiterbauteil (3. Ausführungsform)
    4
    Bonddraht
    5
    Halbleiterchip
    6
    Oberseite des Halbleiterchips
    7
    Rückseite des Halbleiterchips
    8
    Schaltungsträger
    9
    Kontaktanschlussflächen
    10
    Kontaktflächen
    11
    Randbereich des Halbleiterchips
    12
    Bonddrahtführungselement
    13
    Struktur eines Bonddrahtführungselements
    14
    Bonddraht des gestapelten Halbleiterchips
    15
    gestapelter Halbleiterchip
    16
    Oberseite des gestapelten Halbleiterchips
    17
    Rückseite des gestapelten Halbleiterchips
    20
    Kontaktflächen
    21
    Randbereich des gestapelten Halbleiterchips
    22
    Bonddrahtführungselement des gestapelten Halbleiterchips
    23
    Querrillen
    24
    Quernuten
    25
    rechteckiger Querschnitt
    26
    dreieckiger Querschnitt
    27
    halbkreisförmiger Querschnitt
    28
    zentraler Bondkanal
    29
    füllende Klebstoffmasse
    30
    Halbleiterchipstapel
    31
    Halbleiterchipstapel
    32
    Abstandshalter
    33
    isolierender Kunststoff des Bonddrahtführungselements
    34
    Randseite des Halbleiterchips
    35
    Randseite des Halbleiterchips
    36
    Randseite des Halbleiterchips
    37
    Randseite des Halbleiterchips
    38
    Kunststoffgehäusemasse
    39
    Steg
    40
    Oberseite des Schaltungsträgers
    41
    Durchkontakt
    42
    Außenkontaktfläche
    43
    Außenkontakt
    44
    Lötstopplackschicht
    45
    Unterseite des Halbleiterbauteils
    h
    Höhe der Bonddrahtführungselemente
    A-A
    Schnittlinie

Claims (20)

  1. Halbleiterbauteil mit Bonddrähten (4), wobei das Halbleiterbauteil (1) einen Halbleiterchip (5) aufweist, der auf seiner Oberseite (6) Kontaktflächen (10) besitzt und mit seiner Rückseite (7) auf einem Schaltungsträger (8) fixiert ist, wobei um den Halbleiterchip (5) herum der Schaltungsträger (8) Kontaktanschlussflächen (9) aufweist, die über die Bonddrähte (4) mit den Kontaktflächen (10) elektrisch in Verbindung stehen, und wobei der Halbleiterchip (5) in Randbereichen (11) der Oberseite (6) und/oder der Schaltungsträger (8) rund um den Halbleiterchip (5) Bonddrahtführungselemente (12) aufweist, wobei die Bonddrahtführungselemente (12) Strukturen (13) aufweisen, in denen die Bonddrähte (4) geführt werden.
  2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrahtführungselemente (12) Querrillen (23) aufweisen, in denen die Bonddrähte (4) beabstandet geführt sind.
  3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrahtführungselemente (12) Quernuten (24) aufweisen, in denen die Bonddrähte (4) beabstandet geführt sind.
  4. Halbleiterbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Quernuten (24) einen rechteckigen Querschnitt (25) aufweisen.
  5. Halbleiterbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Quernuten (24) einen dreieckigen Querschnitt (26) aufweisen.
  6. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Quernuten (24) einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
  7. Halbleiterbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Quernuten (24) einen halbkreisförmigen Querschnitt (27) aufweisen.
  8. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (10) in einem zentralen Bondkanal (28) angeordnet sind und sich langgestreckte Bonddrähte (4) vom zentralen Bondkanal (28) über die Bonddrahtführungselemente (12) im Randbereich (11) der Oberseite (6) des Halbleiterchips (5) und/oder des Schaltungsträgers (8) zu den Kontaktanschlussflächen (9) des Schaltungsträgers (8) erstrecken.
  9. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (13) der Bonddrahtführungselemente (12) mit einer Kunststoffmasse (29) aufgefüllt sind.
  10. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (13) der Bonddrahtführungselemente (12) mit einer Klebstoffmasse (29) aufgefüllt sind.
  11. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrahtführungselemente (12) eine Höhe (h) aufweisen, die einer Stapelhöhe von Halbleiterchipstapeln (30, 31) entspricht, wobei gestapelte Halbleiterchips (15) mit ihren Rückseiten (16) auf den Bonddrahtführungselementen (12) aufliegen.
  12. Halbleiterbauteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrahtführungselemente (12) als Abstandshalter (32) geformt sind.
  13. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrahtführungselemente (12) einen isolierenden Kunststoff (33) aufweisen.
  14. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrahtführungselemente (12) einen polymeren Kunststoff, vorzugsweise einen photolithographisch strukturierbaren Kunststoff aufweisen.
  15. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrahtführungselemente (12) auf dem Schaltungsträger (8) an Randseiten (36, 37) des Halbleiterchips (5) angeordnet sind.
  16. Halbleiterwafer mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen, wobei in Randbereichen (11) der Halbleiterchippositionen Bonddrahtführungselemente (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 angeordnet sind.
  17. Nutzen mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterbauteilpositionen, wobei in Randbereichen der Halbleiterbauteilpositionen auf dem Nutzen Bonddrahtführungselemente (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 angeordnet sind.
  18. Verwendung des Halbleiterbauteils als digitales Speicherbauelement mit einem Stapel aus Speicherchips (5, 15).
  19. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit Bonddrähten (4), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Halbleiterwafers mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Halbleiterchippositionen, in denen Kontaktflächen angeordnet sind; – Aufbringen von Bonddrahtführungselementen (12) in Randbereichen der Halbleiterchippositionen; – Auftrennen des Halbleiterwafers in eine Vielzahl von Halbleiterchips (5) mit Bonddrahtführungselementen (12); – Aufbringen einzelner Halbleiterchips (5) mit Bonddrahtführungselementen (12) auf einen Schaltungsträger (8) mit mehreren Halbleiterbauteilpositionen und Kontaktanschlussflächen rund um die Positionen der Halbleiterchips (5); – elektrisches Verbinden der Kontaktflächen der Halbleiterchips (5) über Bonddrähte (4) mit Kontaktanschlussflächen (9) einer Verdrahtungsstruktur unter Führung der Bonddrähte (4) durch die Bonddrahtführungselemente (12); – Verpacken der Halbleiterchips (5), der Bonddrähte (4), der Bonddrahtführungselemente (12) und mindestens teilweise des Schaltungsträgers (8) in einer Kunststoffgehäusemasse (38); – Auftrennen der Halbleiterbauteilpositionen des Schaltungsträgers (8) in einzelne Halbleiterbauteile (1).
  20. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit Bonddrähten, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Nutzens mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Halbleiterbauteilpositionen; – Aufbringen von Bonddrahtführungselementen (12) in Randbereichen der Halbleiterbauteilpositionen; – Bestücken der Halbleiterbauteilpositionen des Nutzens mit Halbleiterchips (5); – elektrisches Verbinden von Kontaktflächen (10) der Halbleiterchips (5) in den Halbleiterbauteilpositi onen über Bonddrähte (4) mit Kontaktanschlussflächen (9) des Nutzens unter Führung der Bonddrähte (4) durch die Bonddrahtführungselemente (12) auf der Oberseite des Nutzens; – Verpacken der Halbleiterchips (5), der Bonddrähte (4), der Bonddrahtführungselemente (12) und mindestens teilweise des Nutzens in einer Kunststoffgehäusemasse (38); – Auftrennen des Nutzens in einzelne Halbleiterbauteile (1).
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