DE102006005645A1 - Stapelbarer Baustein, Bausteinstapel und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines stapelbaren Bausteins, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: DOLLAR A - Bereitstellen eines Gehäusekörpers (5, 25, 45) mit mindestens einem kontaktierbaren Bauelement (4, 24, 44); DOLLAR A - Herstellen von mindestens einem elektrisch leitenden Kontaktelement (3, 23, 43) in dem Gehäusekörper, das eine Durchkontaktierung durch den Gehäusekörper bildet; DOLLAR A - Anschließendes Aufbringen einer leitfähigen Umverdrahtungsstruktur (7, 27, 47) auf dem Gehäusekörper (5, 25, 45) zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem elektrisch leitenden Kontaktelement (3, 23, 43) und dem Bauelement (4, 24, 44).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen stapelbaren, eingehäusten Baustein, einen Bausteinstapel mit eingehäusten Bausteinen und Verfahren zu deren Herstellung.
  • Um umfassende Halbleitersysteme zur Verfügung stellen zu können und um dabei der Nachfrage nach immer höherer Integration gerecht zu werden, kommt dem platzsparenden Stapeln von einzelnen eingehäusten Chips immer größere Bedeutung zu. Ein Verfahren zum Bereitstellen eines multifunktionalen Systems besteht darin, einzelne, bereits eingehäuste Bauelemente aufeinander zu einem Bausteinstapel zu stapeln, der aufgrund von verkürzten Zuleitungen eine höhere Leistung bei optimierter Bausteingröße bietet.
  • Ein weiterer Ansatz besteht im Stapeln einer Reihe einzelner (nicht eingehäuster) Chips in ein einziges Gehäuse, um ein Multichip-System in einem einzigen Baustein zur Verfügung zu stellen. Ein Problem, das dabei für gewöhnlich auftritt, ist die Schwierigkeit, die nicht eingehäusten Chips vor dem Stapeln zu testen, da ein elektrisches Kontaktieren der Chips im nicht eingehäusten Zustand kostenintensiv ist, wodurch die Herstellungskosten insgesamt steigen würden. Nach der Montage müsste bei einem fehlerhaften Speicherchip normalerweise der gesamte Bausteinstapel verworfen werden. Aus diesem Grund kann es sinnvoller sein, eingehäuste Bausteine zu stapeln, da die eingehäusten einzelnen Chips auf kostengünstige Art und Weise getestet werden können, bevor sie zu einem Bausteinstapel zusammengebaut werden. Auf diese Weise werden nur Bauelemente, von denen bekannt ist, dass sie ordnungsgemäß funktionieren (known good dies), für den Bausteinstapel verwendet.
  • Herkömmlicherweise erfolgt das Stapeln der eingehäusten Chips mithilfe von Zwischenelementen, die sich jeweils zwischen zwei gestapelten eingehäusten Bauelementen befinden, um eine elektrische Verbindung für jeden der gestapelten eingehäusten Bauelemente bereitzustellen. Die Herstellung und Handhabung der Zwischenelemente ist kostenaufwändig.
  • Die Druckschrift US 2005/0077632 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Multichip-Moduls. Das Verfahren umfasst das Anbringen mindestens eines hervorstehenden Kontakts auf einem Substrat, das Aufbringen und Strukturieren einer Umverdrahtungsstruktur auf dem Substrat, und mindestens einen hervorstehenden Kontakt, wobei auf dem mindestens einen hervorstehenden Kontakt eine Kontaktvorrichtung vorgesehen ist. Das Verfahren umfasst außerdem das Aufbringen eines Halbleiterchips auf dem Substrat mit einer elektrischen Verbindung zu der Umverdrahtungsstruktur, das Aufbringen eines nicht elektrisch leitfähigen Gehäusematerials auf dem Halbleiterchip, dem Substrat, der Umverdrahtungsstruktur und dem mindestens einen hervorstehenden Kontakt, so dass die Kontaktvorrichtung auf dem mindestens einen hevorstehenden Kontakt an einer ersten Oberfläche des Gehäuses freiliegt. Mindestens einer von mindestens den ersten zwei Aufbringungsschritten wird wiederholt, wobei die erste Oberfläche des Gehäuses als Substrat dient und die entsprechend hergestellte Umverdrahtungsstruktur einen elektrischen Kontakt mit der Kontaktvorrichtung des mindestens einen hervorstehenden Kontakts des darunter liegenden Bausteins zur Verfügung stellt. In dem in der Druckschrift offenbarten Verfahren werden bloße Chips zum Herstellen des Multichip-Moduls verwendet. Wie oben erwähnt, ist es schwer, bloße Chips funktionalen Tests zu unterziehen, da ihre elektrische Kontaktierung zeitaufwändig ist und teures Spezialwerkzeug zum Kontaktieren notwendig macht.
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  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von stapelbaren Bausteinen zur Verfügung zu stellen, die einfach herzustellen sind und die unter anderem vor dem Stapeln in einem Multichip-Bauelement getestet werden können. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Stapeln von stapelbaren Bausteinen zur Verfügung zu stellen, bei dem kein zusätzliches Zwischenelement oder ähnliches notwendig ist, um eine Kontaktierung zwischen den stapelbaren Bausteinen zu erreichen. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen stapelbaren Baustein und einen Bausteinstapel zur Verfügung zu stellen, die einfach herstellbar sind.
  • Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche betreffend das Verfahren zum Herstellen eines stapelbaren Bausteins, das Verfahren zum Herstellen eines Bausteinstapels, den stapelbaren Baustein sowie den Multichip-Bausteinstapel gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines stapelbaren Bausteins vorgesehen, dass die Schritte aufweist: Bereitstellen eines Gehäusekörpers mit mindestens einem kontaktierbaren Bauelement, Herstellen von mindestens einem elektrisch leitenden Kontaktelement in dem Gehäusekörper, dass eine Durchkontaktierung durch den Gehäusekörper bildet und anschließendes Aufbringen einer leitfähigen Umverdrahtungsstruktur auf dem Gehäusekörper zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem elektrisch leitenden Kontaktelement und dem Bauelement.
  • Auf diese Weise kann zum einen eine Durchkontaktierung von einer Oberfläche zu einer gegenüberliegenden Oberfläche des Bauelements mit Hilfe des als Durchkontaktierung ausgebildeten Kontaktelements vorgesehen werden und andererseits eine Kontaktierung des Bauelements in dem stapelbaren Baustein auf einfache Weise erreicht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Bereitstellens eines Gehäusekörpers mit mindestens einem kontaktierbaren Bauelement die Schritte des Bereitstellens eines Trägersubstrats, des Anordnens von mindestens einen kontaktierbaren Bauelement auf dem Trägersubstrat, des Ausbildens des Gehäusekörpers auf dem Trägersubstrat, dass das Bauelement zumindest teilweise umgibt und des Entfernens des Trägersubstrats. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das kontaktierbare Bauelement in dem Gehäusekörper angeordnet ist und gleichzeitig die Kontaktflächen des kontaktierbaren Bauelements durch Entfernen des Trägersubstrats freigelegt werden, sodass mit der Umverdrahtungsstruktur das Bauelement kontaktiert werden kann.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Herstellen des mindestens einen elektrisch leitenden Kontaktelementes mit folgenden Schritten durchgeführt wird Aufbringen des Kontaktelements auf das Trägersubstrat vor dem Aufbringen des Gehäusekörpers und Ausbilden des Gehäusekörpers auf dem Trägersubstrat, so dass ein Abschnitt des elektrisch leitenden Kontaktelements auf einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäusekörpers freiliegt. Auf diese Weise kann das als Durchkontaktierung ausgebildete Kontaktelement in besonders einfacher Weise hergestellt werden.
  • Auf mindestens einer Oberfläche des Gehäusekörpers kann eine elektrisch leitende Kontaktierungsstruktur ausgebildet werden, die elektrisch mit der elektrisch leitenden Umverdrahtungsstruktur gekoppelt ist, um eine elektrische Kontaktierung des Bauelements von außen zur Verfügung zu stellen. Die elektrisch leitende Kontaktierungsstruktur kann beispielsweise eine Lotkugel oder eine sonstige geeignete Struktur sein, um das stapelbare Bauelement mit einem externen Kontakt zu verbinden.
  • Vorzugsweise ist das mindestens eine elektrisch leitende Kontaktelement durch ein Verfahren aufgebracht, das aus einer Gruppe der folgenden Verfahren ausgewählt ist: Siebdruck, Schablonendruck, Dispense-Verfahren und Prägeverfahren. Auch andere Verfahren zum Aufbringen des elektrisch leitenden Kontaktelements auf das Trägersubstrat sind möglich.
  • Das elektrisch leitende Kontaktelement kann mit Hilfe von mindestens einem Material hergestellt werden, dass aus einer Gruppe der folgenden Materialien ausgewählt ist: ein flexibles elektrisch leitendes Material, eine elektrisch leitende Paste, ein elektrisch leitender Klebstoff, ein elektrisch leitendes Epoxidmaterial, ein mit Metall dotiertes Material und ein elektrisch leitendes Polymer.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Gehäusekörper über das mindestens eine elektrisch leitende Kontaktelement hinweg ausgebildet werden, wobei der Abschnitt des elektrisch leitenden Kontaktelements durch Entfernen eines Teils des Gehäusekörpers freigelegt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Herstellen des mindestens einen elektrisch leitenden Kontaktelements durchgeführt werden, indem ein Durchgangsloch in den Gehäusekörper eingebracht wird und das Durchgangsloch mit einem leitfähigen Kontaktmaterial gefüllt wird, um das Kontaktelement zu bilden.
  • Insbesondere kann das Aufbringen der leitfähigen Umverdrahtungsstruktur vor dem Füllen des Kontaktloches durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Füllen des Durchgangslochs durchgeführt, sodass das Kontaktelement über mindestens eine Oberfläche des Gehäusekörpers hervorsteht. Insbesondere kann das Füllen des Durchgangslochs durchgeführt werden, sodass das Kontaktelement über die Oberfläche und eine gegenüberliegende Oberfläche des Gehäusekörpers hervorsteht, wobei die hervorstehenden Abschnitte des Kontaktelements mit zu einander komplementären Profilen ausgebildet sind, um bei aufeinander Anordnen der komplementären hervorstehenden Abschnitte eine elektrische Kontaktierung und eine seitliche Fixierung zu gewährleisten. Auf diese Weise kann ein seitliches Verrutschen der stapelbaren Bausteine, wenn diese übereinander gestapelt sind, vermieden werden.
  • Vorzugsweise kann das Einbringen des Durchgangslochs durch Bohren, Stanzen, Lasern, Ätzen oder durch ein Plasmaverfahren durchgeführt werden.
  • Das leitfähige Kontaktmaterial kann aus mindestens einer der folgenden Materialien hergestellt werden: Ein flexibles elektrisch leitendes Material, eine elektrisch leitende Paste, einen elektrisch leitenden Klebstoff, ein elektrisch leitendes Epoxidmaterial, ein mit Metall dotiertes Material und ein elektrisch leitendes Polymer.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, kann der Schritt des Bereitstellens eines Gehäusekörpers mit mindestens einem kontaktierbaren Bauelement die weiteren Schritte umfassen: Bereitstellen eines Bausteinsubstrats aus einem Gehäusematerial, Strukturieren des Bausteinssubstrats mit mindestens einer Ausnehmung zum Aufnehmen von mindestens einen kontaktierbaren Bauelement und Anordnen des kontaktierbaren Bauelements in der Ausnehmung. Auf diese Weise kann das kontaktierbare Bauelement (Chip) möglichst schonend in den Gehäusekörper eingebracht werden, da ein Aufbringen eines flüssigen Gehäusematerials auf dem kontaktierbaren Bauelement bei erhöhten Temperaturen vermieden werden kann.
  • Weiterhin kann das Herstellen des mindestens einen elektrisch leitenden Kontaktelements durchgeführt werden, bevor das kontaktierbare Bauelement in der Ausnehmung angeordnet wird.
  • Beim Strukturieren des Bausteinsubstrats kann mindestens ein Durchgangsloch und die mindestens eine Ausnehmung gebildet werden, wobei das Durchgangsloch mit einem elektrisch leitenden Kontaktmaterial gefüllt wird.
  • Vorzugsweise können mehrere Bauelemente in dem Gehäusekörper angeordnet werden, wobei der Gehäusekörper nach dem Aufbringen einer leitfähigen Umverdrahtungsstruktur auf dem Gehäusekörper getrennt wird, um mehrere stapelbare Bausteine herzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, gleichzeitig mehrere stapelbare Bausteine zu erzeugen, da die eingesetzten Verfahrensschritte geeignet sind, gleichzeitig mehrere Bausteine herzustellen.
  • Vorzugsweise wird auf mindestens einer Oberfläche des Gehäusekörpers eine elektrisch leitende Kontaktierungsstruktur ausgebildet, die elektrisch mit der elektrisch leitenden Umverdrahtungsstruktur oder mit dem Kontaktelement gekoppelt ist, um eine von der Oberfläche des Gehäusekörpers hervorstehende elektrische Kontaktierung des Bauelements von außen zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines gestapelten Bausteins vorgesehen, dass die Schritte umfasst Herstellen von mehreren stapelbaren Bausteinen mit jeweils einem oder mehreren elektrisch leitenden Kontaktelementen, die jeweils eine Durchkontaktierung durch den Baustein bilden und Stapeln der stapelbaren Bausteine, sodass die elektrisch leitenden Kontaktelemente eines ersten stapelbaren Bausteins und die elektrisch leitenden Kontaktelemente eines zweiten stapelbaren Bausteins, die in elektrischer Verbindung stehen, einen Bausteinstapel bilden.
  • Vorzugsweise können die mehreren stapelbaren Bausteine mit flexiblen elektrisch leitenden Kontaktelementen hergestellt werden. Insbesondere werden die flexiblen elektrisch leitenden Kontaktelemente so hergestellt, dass sie zumindest über eine Oberfläche des stapelbaren Bausteins hervorstehen. Vorzugsweise werden die flexiblen elektrisch leitenden Kontaktelemente hergestellt, sodass das Kontaktelement über die Oberfläche und eine gegenüberliegende Oberfläche des Gehäusekörper hervorsteht, wobei die hervorstehenden Abschnitte des Kontaktelements mit zueinander komplementären Formen ausgebildet sind, um bei aufeinander Anordnen der komplementären hervorstehenden Abschnitte eine elektrische Kontaktierung und eine seitliche Fixierung zu gewährleisten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die mehreren stapelbaren Bausteine vor dem Stapeln überprüft, ob bestimmte Testkriterien erfüllt sind, und wobei nur Bausteine, bei denen die Testkriterien erfüllt sind, gestapelt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein stapelbarer Baustein vorgesehen, mit mindestens einem Bauelement, das in dem Gehäusekörper angeordnet ist, mit einem oder mehreren elektrisch leitenden Kontaktelementen, die Durchkontaktierungen bilden, die von zwei gegenüberliegenden Oberflächen des Gehäusekörpers zugänglich sind und die einen elektrischen Kontakt mit den Bauelementen zur Verfügung stellen und mit einer Umverdrahtungsstruktur auf einer Oberfläche des Bausteins, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Bauelement und dem elektrisch leitenden Kontaktelement herzustellen.
  • Weiterhin können die elektrisch leitenden Kontaktelemente über mindestens eine Oberfläche des Bausteins hervorstehen. Weiterhin können die elektrisch leitenden Kontaktelemente eines der folgenden Materialien aufweisen• Ein flexibles elektrisch leitendes Material, eine elektrisch leitende Paste, einen elektrisch leitenden Klebstoff, ein elektrisch leitendes Epoxidmaterial, ein mit Metall dotiertes Material und ein elektrisch leitendes Polymer.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Multichip-Bausteinstapel vorgesehen, der mehrere stapelbare Bausteine umfasst. Die mehreren stapelbaren Bausteine sind so gestapelt, dass die elektrisch leitenden Kontaktelemente von zwei benachbarten stapelbaren Bausteinen miteinander elektrisch in Kontakt stehen.
  • Weiterhin kann mindestens eines der stapelbaren Bausteine ein flexibles Kontaktelement aufweisen, das über mindestens eine der Oberflächen des stapelbaren Bausteins hervorsteht, wobei der stapelbare Baustein mit dem Kontaktelement eines weiteren stapelbaren Bausteins in Kontakt gebracht ist, indem mit Hilfe einer Klemmvorrichtung eine Klemmkraft ausgeübt wird, die das flexible Kontaktelement auf den weiteren Baustein drückt.
  • Die Klemmvorrichtung kann mindestens eines der folgenden Elemente aufweisen: Eine Feder, eine Umfassung, eine Schnappvorrichtung und eine Verschraubung.
  • Vorzugsweise können aneinander zugeordnete flexible Kontaktelemente von zwei benachbarten stapelbaren Bausteinen jeweils ein Profil aufweisen, wobei die in der Stapelanordnung einander kontaktierenden Kontaktelemente komplementäre Profile aufweisen, um eine seitliche Fixierung der stapelbaren Bausteine zu einander zu erreichen.
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  • Für ein detailliertes Verständnis der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Merkmale, wird die Erfindung, die oben kurz zusammengefasst wurde, nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert, von denen einige in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher ihren Umfang nicht einschränken, da die Erfindung weitere, gleichwertige Ausführungsformen zulässt. Es zeigen:
  • 1A bis 1I Verfahrensstände des Verfahrens zum Herstellen eines stapelbaren Bausteins gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Trägersubstrat mit den stapelbaren eingehäusten Bausteinen vor dem Aufbringen der Umverdrahtungsstruktur;
  • 3A bis 3G Verfahrensstände eines weiteren Verfahrens zum Herstellen eines stapelbaren Bausteins gemäß der Erfindung;
  • 4A bis 4B zwei Ausführungsbeispiele von stapelbaren Bausteinen gemäß der Erfindung;
  • 5A und 5B Bausteinstapel mit jeweils zwei stapelbaren Bausteinen;
  • 6A und 6B Möglichkeiten, eine Kontaktkraft auf den Bausteinstapel aufzubringen; und
  • 7A bis 7D ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines stapelbaren Bausteins.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines eingehäusten Multichip-Bausteinstapels zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst das Herstellen einer Anzahl von stapelbaren eingehäusten Bausteinen und das Stapeln der stapelbaren Bausteine, so dass die Kontaktelemente und/oder Kontaktstrukturen zweier benachbarter Bausteine miteinander in Kontakt kommen.
  • In den 1A bis 1I sind die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines stapelbaren Bausteins und zum Stapeln der stapelbaren Bausteine gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. Wie in 1A gezeigt ist, wird ein Trägersubstrat bereitgestellt, das als Trägermaterial für einen herzustellenden eingehäusten Baustein oder mehreren herzustellenden eingehäusten Bausteinen dient. Die Position, an der der Baustein ausgebildet wird, wird hierin als Bausteinposition bezeichnet. Das Trägersubstrat in der dargestellten Ausführungsform ist als lösbare Schicht 1 dargestellt, die auf einem ebenen, festen Untergrund 2 aufliegt, auf dem die lösbare Schicht 1 aufgebracht wird. Die lösbare Schicht 1 wird so ausgewählt, dass sie sich mit den nachfolgenden Verfahrensschritten zum Aufbau eines eingehäusten Bausteins, insbesondere durch ein thermisches Verfahren, verträgt. Anstelle der lösbaren Schicht 1 können andere feste Substrate mit ebener Fläche vorgesehen werden, die auf einfache Weise abgelöst werden können, nachdem in einem der nachfolgenden Verfahrensschritte, in denen schließlich die eingehäuste Struktur wie unten beschrieben ausgebildet wird, ein Gehäusematerial aufgebracht wurde.
  • In 1B ist das Verfahrensstadium nach dem Aufbringen der Kontaktelemente 3 gezeigt. Die Kontaktelemente 3 werden so aufgebracht, dass sie als Durchkontaktierungen dienen, die sich durch das auszubildende Package erstrecken. Die Kontaktelemente 3 können durch ein Siebdruck-, einen Schablonendruck-, Dispense-, Prägeverfahren oder ähnliche Techniken unter Verwendung von elektrisch leitendem Material aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Drucken durch Aufbringen einer Druckmaske auf der Oberfläche des Trägersubstrats (lösbare Schicht 1) und durch Aufbringen des elektrisch leitenden Materials auf der Druckmaske erfolgen. Stellen, an denen ein Kontaktelement auf dem Trägersubstrat ausgebildet werden soll, werden in Form von Durchgangslöchern in der Druckmaske zur Verfügung gestellt, die durch Aufbringen des elektrisch leitenden Materials aufgefüllt werden. Durch Entfernen der Druckmaske verbleiben die Kontaktelemente wie von der Druckmaske vorgegeben auf dem Trägersubstrat. Vor oder nach dem Entfernen der Druckmaske wird das elektrisch leitende Material in Abhängigkeit von dem elektrisch leitenden Material, ausgehärtet oder verfestigt. Anstelle des Aushärtens des elektrisch leitenden Materials kann auch ein Trocknungs- oder ein anderes Verfahren durchgeführt werden, wodurch das Kontaktelement gehärtet wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst das elektrisch leitende Material ein flexibles elektrisch leitendes Material, ein elektrisches Material, eine elektrisch leitende Paste, einen elektrisch leitenden Klebstoff, ein elektrisch leitendes Epoxidmaterial, ein mit Metall dotiertes Material (z.B. Silber) oder ein elektrisch leitendes Polymer, welches ausgehärtet oder verfestigt werden kann. Es ist bekannt, dass als elektrisch leitendes Material zum Ausbilden der Kontaktelemente 3 verschiedene elektrisch leitende Materialen aufgebracht werden können, die durch ein Siebdruck-, ein Schablonendruck-, ein Dispense- oder ein Prägeverfahren ausgebildet werden können.
  • Wie in dem Verfahrensstadium von 1C gezeigt, wird als nächster Verfahrensschritt ein elektronisches Bauelement in Form eines Chips 4 auf die lösbare Schicht 1 des Trägersubstrats aufgebracht. Die aktive Oberfläche, d.h. die Oberfläche, von der aus der Chip 4 kontaktiert wird, wird dabei auf die Oberfläche der lösbaren Schicht 1 aufgesetzt. Das bedeutet, dass der Chip 4 mit der Oberseite nach unten auf dem Trägersubstrat 1, 2 aufgebracht wird. Obwohl in 1C nur das Aufbringen eines einzelnen Chips 4 auf das Trägersubstrat 1 gezeigt ist, kann der Verfahrensschritt zum Aufbringen des Chips 4 mehrfach für jede Bausteinposition über die gesamte Fläche des Trägersubstrats 1 wiederholt werden, so dass nachfolgende Verfahrensschritte vorzugsweise gleichzeitig angewendet werden, um mehrere stapelbare Bausteine parallel herzustellen (siehe 2).
  • In einem nächsten Verfahrensschritt, wie er in 1D dargestellt ist, wird ein Gehäusematerial über die gesamte Oberfläche des Trägersubstrats 1, 2, die Kontaktelemente 3 und die Chips 4 aufgebracht. Das Gehäusematerial wird durch ein geeignetes Verfahren wie Aushärten, Trocknen oder ähnliches gehärtet, um für den auszubildenden Baustein eine feste Struktur bereitzustellen. Nach dem Einhäusen des Chips 4 wird die dem Trägersubstrat gegenüberliegende Bausteinoberfläche vorzugsweise so planarisiert, dass die Kontaktelemente 3 freigelegt sind, um so eine elektrische Kontaktierung der Kontaktelemente 3 zu ermöglichen. Das Gehäusematerial 5 sollte so aufgebracht werden, dass jeweils ein Abschnitt 6 der Kontaktelemente frei liegt oder nachfolgend freigelegt werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, indem das Gehäusematerial 5 so aufgebracht wird, dass der Abschnitt 6 des Kontaktelements 3 unbedeckt bleibt, oder indem das Gehäusematerial 5 aufgebracht und anschließend abgetragen wird, beispielsweise durch Polieren und/oder Plasmabehandlung oder ähnliches, so dass die oberen Abschnitte 6 der Kontaktelemente 3 schließlich freigelegt werden. Die oberen Abschnitte 6 der Kontaktelemente 3 fluchten vorzugsweise mit einer ersten Oberfläche 12 des Gehäusematerials 5. Es ist jedoch auch möglich, dass der Abschnitt 6 des Kontaktelements 3 in Bezug auf die erste Oberfläche 12 des Gehäusematerials 5 erhöht oder tiefer liegend angebracht ist.
  • Wie in dem in 1E dargestellten Verfahrensschritt gezeigt ist, wird die lösbare Schicht 1 so abgelöst, dass eine gegenüber liegende zweite Oberfläche 11 des Gehäusematerials 5, in dem die Chips 4 eingebettet sind, freigelegt wird. In manchen Ausführungsformen kann die lösbare Schicht 1 von dem gehärteten Gehäusematerial 5 durch Strippen abgelöst werden. Für den Fall, dass das Trägersubstrat aus einem anderen Material besteht, können andere Methoden zum Entfernen des Trägersubstrats geeignet sein. Beispielsweise kann ein festes Trägersubstrat 2, das aus Metall, Halbleiter- oder Polymermaterial oder ähnlichem besteht, durch Ätzen, Schleifen oder Polieren entfernt werden. Nach Entfernen der lösbaren Schicht, erhält man eine Scheibenform oder eine andere künstliche Form (beispielsweise eine Rechteckanordnung), in der eine Vielzahl von Chips 4 an den Bausteinpositionen eingebettet sind.
  • Anschließend wird auf der zweiten Oberfläche 11 des Gehäusematerials 5 eine elektrisch leitende Umverdrahtungsstruktur 7 aufgebracht, um eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 3 und den Bauelementen (Chips 4) als auch zwischen (nicht gezeigten) Kontaktstrukturen und den Chips 4 und/oder zwischen mindestens zwei benachbarten gleichen oder unterschiedlichen Chips 4, in derselben Ebene zur Verfügung zu stellen. Im selben oder einem separaten Verfahren können auf der ersten Oberfläche des Gehäusematerials 5 die oberen Abschnitte 6 der Kontaktelemente 3 metallisiert werden, wodurch eine Metallschicht 10 entsteht, auf der die Anwendung eines Lötverfahrens möglich ist. Eine der Aufgaben der vorliegende Erfindung besteht darin, einen eingehäusten Multichip-Bausteinstapel zur Verfügung zu stellen, der einfach hergestellt werden kann und eine niedrige Gesamthöhe besitzt. Außerdem soll der eingehäuste Multichip-Bausteinstapel ohne Zwischenelemente zum Herstellen von elektrischen Verbindungen zu jedem der gestapelten Bausteine auskommen. Das Löten von gestapelten eingehäusten Bausteinen ergibt eine geringere Stapelhöhe und macht Zwischenelemente überflüssig.
  • Die auf der zweiten Oberfläche 11 des Gehäusematerials 5 aufgebrachte Umverdrahtungsstruktur 7 kann einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein (wobei beispielsweise jede Lage durch eine Isolationsschicht isoliert sein kann), um die entsprechende Umverdrahtung bereitzustellen. Sowohl die Umverdrahtungsstruktur 7, als auch die Metallschicht 10 können entweder durch Galvanisieren, Sputtern oder Druckverfahren, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, aufgebracht werden.
  • Vorzugsweise wird eine Kontaktstruktur aufgebracht, um eine elektrische Verbindung zwischen mindestens einem der Kontaktelemente und dem Chip und/oder zwischen mindestens zwei benachbarten gleichen oder unterschiedlichen Chips 4 an derselben Bausteinposition zur Verfügung zu stellen. Damit ist es möglich, eine Verbindung zu den elektrischen Schaltkreisen auf dem Chip 4 und/oder zu dem Kontaktelement 3, das mit anderen stapelbaren Bausteinen verbunden sein kann, zur Verfügung zu stellen. Als Kontaktstruktur wird entweder eine Lotkugel, eine elektrisch leitende Polymerkugel oder eine sonstige hervorstehende Struktur (wie z.B. stud bump) aufgebracht. Insbesondere kann eine Lotkugel als Kontaktstruktur aufgebracht werden, durch den der stapelbare Baustein an ein Bausteinstapel-Substrat oder an einen anderen stapelbaren Baustein gelötet werden kann.
  • Um auf den dazu bestimmten Flächen der Umverdrahtungsstruktur Lotkugeln für eine Verbindung zur Umverdrahtungsstruktur 7 aufzubringen, wird, wie in dem in 1G dargestellten Verfahrensschritt gezeigt ist, eine Lotstoppschicht 9 vorgesehen, um die für das Aufbringen der Lotkugeln 8 bestimmten Flächen abzugrenzen.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt, der in 1H dargestellt ist, werden die Lotkugeln 8 an den Stellen aufgebracht, die durch die Lotstoppschicht 9 definiert sind. Die Lotkugeln 8 können sowohl auf den Kontaktflächen der Umverdrahtungsstruktur 7 aufgebracht werden, in denen die Kontaktelemente 3 vorgesehen sind, als auch in Bereichen mit zusätzlichen (nicht gezeigten) Kontaktflächen, die von der Umverdrahtungsstruktur 7 definiert sind. Die Lotkugeln 8 können eingesetzt werden, um die elektronischen Schaltkreise in dem Chip 4 extern zu kontaktieren. Außerdem können die Lotkugeln 8 mit der Metallschicht 10 verbunden werden, die auf dem oberen Abschnitt der Kontaktelemente 3 eines weiteren eingehäusten Bausteins vorgesehen sind, um eine elektrische Kontaktierung zwischen zwei Bausteinen zu erhalten.
  • Wenn durch das vorgehend beschriebene Verfahren mehrere eingehäusten Bausteine hergestellt wurden, können die Bausteinpositionen, an denen sich die eingehäusten Bausteine befinden, durch Säge- oder andere Trennprozesse voneinander getrennt werden.
  • Die Kontaktelemente 3 können auch so in dem Gehäusematerial 5 eingebracht sein, dass die Kontaktelemente 3 über die erste Oberfläche 11 des Kontaktmaterials hervorsteht, sodass das zusätzliche Vorsehen von Lotkugeln und dergleichen nicht notwendig ist. Der über der zweiten Oberfläche des Bausteins hervorstehende Abschnitt der Kontaktelemente 3 kann dann als geeignete Kontaktstruktur verwendet werden, um den stapelbaren Baustein mit den anderen Bausteinen zu einem Bausteinstapel zu verbinden. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Kontaktelemente aus einem flexiblen bzw. elastischen Material ausgebildet sein, sodass in Verbindung mit dem hervorstehenden Abschnitt der Kontaktelemente eine Kontaktstruktur gebildet wird, die geeignet ist, eine bestimmte Kontaktkraft auf eine Kontaktfläche eines benachbarten stapelbaren Bausteins einfach zu verteilen. Insbesondere lassen sich dadurch fertigungsbedingte Höhenunterschiede der Abschnitte der Kontaktelemente, die über die zweite Oberfläche des Bausteins hervorstehen, ausgleichen, indem zwei benachbarte stapelbare Bausteine mit einer bestimmten Kontaktkraft aufeinandergedrückt werden, sodass jedes der Kontaktelemente in Kontakt mit einer entsprechenden Kontaktfläche kommt.
  • In einem nächsten Schritt wird, wie in 1I dargestellt ist, eine Anzahl von stapelbaren Bausteinen, die durch das in den 1A bis 1H gezeigte Verfahren hergestellt wurden, aufeinander gestapelt. Das Stapeln erfolgt durch Verlöten der eingehäusten Bausteine über die Lotkugeln, wobei die eingehäusten Bausteine auf die Metallschicht 10 eines benachbarten stapelbaren eingehäusten Bausteins gelötet werden, so dass ein Bausteinstapel entsteht. 1I zeigt das Stapeln gleichartiger Bausteine zu einem Multichip-Bausteinstapel. Außerdem können verschiedene stapelbare eingehäuste Bausteine so aufeinandergestapelt werden, so dass ein Multichip-Bausteinstapel entsteht, der ein System von unterschiedlichen Funktionalitäten in verschiedenen stapelbaren Bausteinstapeln umfasst. Wie in 1I gezeigt ist, kann ein stapelbarer Baustein auf einen stapelbaren Baustein unterhalb des betreffenden Bausteins gelötet werden. Außerdem können sie auch verwendet werden, um den Multichip-Bausteinstapel auf eine Leiterplatte oder ähnliches zu löten. Solche Multichip-Bausteine können in bekannter Weise auf eine Leiterplatte montiert werden.
  • 2 zeigt das Trägersubstrat vor der Aufbringung der Umverdrahtungsstruktur. Das Trägersubstrat hat vorzugsweise eine Scheibenform oder eine beliebige andere Form (beispielsweise eine rechteckige Anordnung), auf der die Kontaktelemente und die Chips 4 an den entsprechenden Bausteinpositionen angeordnet sind. Das Gehäusematerial 5 ist auf den Chips 4 und auf den Kontaktelementen 3 aufgebracht. Auf diese Weise entstehen gleichzeitig mehrere eingehäuste Bausteine.
  • Insbesondere die Verfahrensschritte, in denen die Kontaktelemente 3 durch Siebdruck, Schablonendruck, Dispense-Verfahren oder Prägeverfahren aufgebracht werden und bei denen das Gehäusematerial 5 auf einem Trägersubstrat vorgesehen wird, machen aus dem Verfahren zum Herstellen der stapelbaren Bausteine ein geeignetes Verfahren zur Massenproduktion gestapelter Bausteine. Das Aufbringen des Gehäusematerials kann im Wesentlichen über die gesamte Fläche des Trägersubstrats durchgeführt werden, so dass die Chips 4 und die Kontaktelemente 3 im Gehäusematerial 5 eingebettet sind. Nach Entfernen des Trägersubstrats ist die aktive Oberfläche der Chips 4 zugänglich und die übrigen Flächen (Kanten und Rückseite) sind durch das Gehäusematerial 5 geschützt. Das Gehäusematerial 5 bildet nun eine Platte, die als neue Substratscheibe oder als eine andere Form (beispielsweise eine rechteckige Anordnung) zum Aufbringen der Umverdrahtungsstruktur 7 dienen kann, wozu ein herkömmliches lithographisches Verfahren und geeignete Auftragsverfahren wie Galvanisieren, Sputtern oder Drucken eingesetzt werden kann. Das Aufbringen der Lötstoppschicht 9 und der Lotkugeln 8 auf der neuen Substratscheibe kann ebenfalls vor dem Trennen der Bausteine durchgeführt werden. Die Bausteine können durch ein bekanntes und häufig verwendetes Säge- oder anderes Trennverfahren getrennt werden.
  • Nach dem Trennen der in dem Trägersubstrat ausgebildeten Bausteine können diese in einem Testverfahren getestet werden. In diesem Fall können die durch das oben beschriebene Verfahren erzeugten ungetesteten stapelbaren eingehäusten Bausteine vor dem Aufeinanderstapeln zu den erfindungsgemäßen Multichip-Bausteinen auf korrekte Funktionalität hin getestet werden.
  • Zum Herstellen des Bausteinstapels werden dann nur die stapelbaren Bausteine verwendet, die als korrekt funktionierend in dem Testverfahren ermittelt wurden. Dies ermöglicht es, auf das Testen von nackten Chips (bare dies) zu verzichten, das zeitaufwendig ist und eine aufwendige Testausrüstung erfordert. Auf diese Weise kann das Testen der Bausteine kostengünstiger durchgeführt werden, ohne eine Verringerung der Ausbeute beim Herstellen eines Bausteinstapels zu riskieren.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine verbesserte Technik zur Herstellung eines eingehäusten Bausteins zur Verfügung, wobei der eingehäuste Baustein Durchkontaktierungen umfasst, die zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung mit weiteren eingehäusten Bausteinen, die auf dem eingehäusten Baustein gestapelt sind, dienen. Um das Kontaktelement auf dem Trägersubstrat vorzusehen, kann eine Reihe von Techniken eingesetzt werden, ohne dabei Rücksicht auf die Kompatibilität mit bereits vorhandenen Strukturen und vorhergehenden Verfahrensschritten nehmen zu müssen. Das Entfernen des Trägersubstrats hinterlässt einen Baustein mit geringer Höhe, die etwa in Höhenbereichs des Chips 4 variiert, so dass ein Bausteinstapel mit den gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten stapelbaren Bausteinen im Vergleich zu herkömmlichen Bausteinstapeln, die Zwischenelemente und/oder Spacer und/oder Umverdrahtungsschichten und/oder Drahtverbindung (mit zusätzlicher Isolierung) aufweisen, eine wesentlich verringerte Höhe hat. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass ein Chip eingehäust sein kann, um so einen stapelbaren Baustein zu erhalten, ohne vorher einen Test an einem nicht eingehäusten Baustein (bare die) durchführen zu müssen, da die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte kostengünstig, und das Testen der korrekten Funktion des einzelnen Chips 4 nach dem Einhäusen des einzelnen Chips in dem stapelbaren Baustein einfacher durchgeführt werden kann, so dass das Verwerfen des stapelbaren eingehäusten Bausteins keine zusätzlichen Kosten verursachen würde. Daher ist es nicht mehr erforderlich, zum effizienten Aufbauen eines Bausteinstapels Chips zur Verfügung zu stellen, deren korrekte Funktion überprüft wurde (Known Good Dies).
  • In den 3A bis 3E sind Verfahrensstände eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines stapelbaren Bausteins gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das dort dargestellte Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren der ersten Ausführungsform dadurch, dass sich die Verfahrensschritte, die mit Bezug zu den 1A bis 1E durchgeführt werden, ohne das vorherige Aufbringen der Kontaktelemente erfolgt. Es werden dabei auf ein Trägersubstrat, das gemäß Verfahrensstand 3A (vergleichbar zu Verfahrensstand der 1A) mit einer lösbaren Schicht 21 auf einen festen Untergrund 22 zur Verfügung gestellt wird, ausgegangen. Darauf wird ein Chip 24 mit einem elektronischen Schaltkreis aufgebracht (Verfahrensstand der 3B), der anschließend mit einem Gehäusematerial 25 bedeckt wird (Verfahrensstand der 3C). Anschließend wird das Trägersubstrat 21, 22 entfernt, und es verbleibt ein in das Gehäusematerial 25 eingebetteter Chip 24, dessen aktive Oberfläche, d.h. die Oberfläche, über die die elektronischen Schaltkreise, die darin integriert sind, kontaktierbar sind, bündig mit einer ersten Oberfläche 31 des Bausteins verläuft (Verfahrensstand der 3D). Anschließend werden, wie in 3E dargestellt ist, Durchgangslöcher 26 durch das Gehäusematerial 25 durch Bohren, Stanzen oder Prägen oder einen sonstigen geeigneten Prozess hergestellt, wobei die Durchgangslöcher an einer Stelle in dem Gehäusematerial 25 gebildet werden, an der sich nicht der Chip 4 befindet.
  • Wie in 3F gezeigt ist, wird anschließend eine Umverdrahtungsstruktur 2, die eine Leiterbahn aufweist, auf die erste Oberfläche 31 des Bausteins aufgebracht, sodass die elektronischen Schaltkreise des Chips 4 über Leiterbahnen der Umverdrahtungsstruktur 7 mit einem Bereich nahe dem Durchgangsloch 26 verbunden werden. Eine solche Leiterbahn ist in der perspektivischen Ansicht der unteren Abbildung der 3F gut erkennbar. Der entsprechende Bereich der Umverdrahtungsstruktur 27 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als voll- oder teilkreisförmiger Bereich um die Durchgangsöffnung angeordnet. Auch andere Anordnungen des Bereiches sind denkbar.
  • Wie in 3G gezeigt werden anschließend die Durchgangsöffnungen 26 mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt, sodass die Kontaktelemente 23 in Form von Durchkontaktierungen gebildet werden. Die Durchkontaktierungen stehen über die erste Oberfläche 31 des Bausteins bzw. über eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche 32 hervor und bilden Kontaktstrukturen, mit denen der so gebildete stapelbare Baustein extern kontaktierbar ist. Insbesondere kann der über die entsprechende Oberfläche des Bausteins hervorstehende Abschnitt des Kontaktelementes 23 pilzförmig ausgebildet sein, sodass dieser über die Ränder der Durchgangsöffnungen 26 überstehen, sodass ein besserer Halt des Kontaktelementes in der Durchgangsöffnung 26 gewährleistet ist. Insbesondere ermöglicht das Überstehen des hervorstehenden Abschnitts des Kontaktelements eine Kontaktierung mit dem entsprechenden Kontaktierungsbereich der Umverdrahtungsstruktur 27, sodass das Kontaktelement 23 mit den elektronischen Schaltkreisen der Chips 4 in geeigneter Weise über die Umverdrahtungsstruktur 27 in Verbindung steht. Die Kontaktelemente 23 weisen vorzugsweise ebene Enden auf, sodass eine Kontaktierung mit einem weiteren stapelbaren Baustein bzw. mit einer geeigneten Kontaktfläche z.B. auf einer Leiterplatte in einfacher Weise durchführbar ist.
  • Vorzugsweise werden die Kontaktelemente 23 auf einen flexiblen bzw. elastischen Kontaktmaterial hergestellt, sodass eventuelle Höhenunterschiede beim Ausbilden der Kontaktelemente 23 durch einen geeigneten Anpressdruck der Kontaktelemente 23 auf einer entsprechenden Fläche die Höhenunterschiede ausgleicht und eine sichere Kontaktierung aller Kontaktelemente mit den entsprechenden Kontaktflächen ermöglicht.
  • In der Draufsicht der unteren Abbildung der 3G ist eine beispielhafte Anordnung der Durchgangsöffnungen 26 und der darin befindlichen Kontaktelemente 23 ersichtlich. Im Übrigen wird auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das eine Vielzahl von stapelbaren Bausteinen auf dem Baustein-Substrat angeordnet werden können, wobei die nachfolgenden Verfahrensschritte für jeden herzustellenden Baustein gemeinsam durchgeführt werden, sodass eine erhebliche Vereinfachung des Herstellungsverfahrens zum Einhäusen der Chips erreicht werden kann.
  • In 4A und 4B sind zwei Beispiele dargestellt, wie zwei stapelbare Bausteine, deren Kontaktelemente über beide gegenüberliegende Oberflächen des Bausteins hervorstehen, miteinander kontaktiert werden können. In der 4A erkennt man, dass die Kontaktelemente 23 von zwei benachbarten stapelbaren Bausteinen mit ebenen Endflächen 40 ausgebildet sind, die möglichst aufeinander aufgesetzt werden müssen, um einen Kontakt zwischen den Kontaktelementen der benachbarten stapelbaren Bausteine zu erreichen. In 4B erkennt man, dass die Endflächen der Kontaktelemente der stapelbaren Bausteine mit einem Profil 33 ausgestattet sind, wobei in dem gezeigten Beispiel der hervorstehende Abschnitt des Kontaktelements 23 über der ersten Oberfläche konvex und der hervorstehende Abschnitt des Kontaktelements über der zweiten Oberfläche des Bausteins konkav ausgebildet ist. Werden nun Bausteine mit derartig ausgebildeten Kontaktelementen aufeinandergesetzt, so fügen sich die Abschnitte der Kontaktelemente mit konkaver und konvexer Struktur ineinander und ermöglichen so einen Halt der stapelbaren Bausteine gegenseitiges Verrutschen oder Verschieben. Weiterhin kann bei einem solchen Profil eine Selbstausrichtung erfolgen. Anstelle eines konkaven bzw. konvexen Profils der Kontaktelemente 23 können auch andere vertikale Profile an den Endflächen der Kontaktelemente 23 vorgesehen werden. Darunter fallen auch eine angeraute Endfläche, die eine erhöhte Reibung gegenüber einer weiteren Kontaktfläche oder Endfläche eines weiteren Kontaktelements bewirkt.
  • In den 5A und 5B ist ein Bausteinstapel mit zwei stapelbaren Bausteinen 35 dargestellt, bei denen jeder der stapelbaren Bausteine 35 zwei Reihen mit Kontaktelementen 23 auf zwei Chipseiten aufweist, um eine ausreichende Anzahl von Kontaktierungen des Chips zur Verfügung zu stellen. Die Kontaktelemente 23 sind beispielhaft zweireihig und vorzugsweise zueinander versetzt angeordnet, um beim Herstellen einen ausreichenden Abstand der Durchgangsöffnungen 26 in dem Gehäusematerial 25 zu gewährleisten, sodass die Materialintegrität beim Herstellen der Löcher nicht beeinträchtig wird. Das heißt, durch die versetzte Anordnung wird erreicht, dass beim Herstellen der Löcher kein Ausbrechen von Gehäusematerial 25 erfolgt, da ein Mindestabstand zu einer benachbarten Durchgangsöffnung eingehalten wird.
  • In den 6A und 6B sind zwei Möglichkeiten dargestellt, die nötige Kontaktkraft der stapelbaren Bausteine beim Bilden eines Bausteinstapels zu gewährleisten. In 6A ist dargestellt, dass zwei stapelbare Bausteine 35 mit jeweils doppelten Reihen von Kontaktelementen übereinander auf eine Leiterplatte gestapelt sind. Die Kontaktelemente sind übereinander angeordnet, sodass diese aufeinander aufgesetzt sind, wobei jedes Kontaktelement 23 des einen stapelbaren Bausteins 35 ein entsprechendes Kontaktelement 23 des jeweils anderen stapelbaren Bausteins 35 kontaktiert. Der Bausteinstapel ist auf entsprechende Kontaktflächen auf einer Leiterplatte 36 aufgesetzt, sodass über Leiterbahnen auf der Leiterplatte die stapelbaren Bausteine elektrisch kontaktiert werden können. Auf den freien Endflächen der Kontaktelemente des obersten stapelbaren Bausteins ist eine Klammer 37 aufgesetzt, die im Wesentlichen L-förmig ausgebildet ist, und durch entsprechende Löcher 38 in der Leiterplatte 36 geführt sind. Die Klammer 37 steht unter Spannung und drückt mit einer Kontaktkraft F auf den obersten Baustein des Bausteinstapels. Die Klammer ist vorzugsweise nicht elektrisch leitend ausgeführt oder mit einem nicht elektrisch leitenden Material beschichtet, sodass zwischen den Kontaktelementen 23 kein Kurzschluss auftritt. Auf der dem Bausteinstapel gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 36 können die Klammern 37 in geeigneter Weise befestigt werden, zum Beispiel durch Verschrauben, durch Umbiegen, durch Verkleben, durch eine Schnappverbindung oder ein ähnliches Befestigungsverfahren.
  • In der 6B ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, die Kontaktkraft auf den Bausteinstapel aufzubringen. Dabei wird eine Umklammerung 39 des Bausteinstapels vorgesehen, bei dem eine Oberseite auf den Endflächen der Kontaktelemente 23 des obersten Bausteins des Bausteinstapels aufliegt und den Bausteinstapel mit der Kontaktkraft F aufgrund einer vorgesehenen Vorspannung zusammendrückt. Aufgrund der elastischen Ausführung der Kontaktelemente 23 können Höhenunterschiede der hervorstehenden Abschnitte der Kontaktelemente 23 ausgeglichen werden.
  • Die beiden Ausführungsformen 6A und 6b sind mögliche Klemmvarianten. Andere Klemmvarianten sind möglich.
  • Die in den 6A und 6B beschriebenen Stapelvarianten sind vorzugsweise geeignet für den leichten Austausch einzelner Bausteine des Stapels (auch elektrisch leicht lösbare Verbindung), zum Beispiel zum Zwecke der Reparatur des Bausteinstapels. Dabei muss der Stapel keiner thermischen Belastung ausgesetzt werden und die anderen Bausteine stehen für einen erneuten Bausteinstapel wieder zur Verfügung.
  • In den 7A bis 7D ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines stapelbaren Bausteins gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In 7A wird ein nicht elektrisch leitendes Gehäusematerial 45 in Form einer Substratscheibe bereitgestellt, dass gemäß dem Verfahrensstand der 7B mit Durchgangslöchern 46 und einer Ausnehmung 48 zur Aufnahme eines Chips versehen wird. Die Durchgangslöcher 46 können durch Bohren, Prägen oder Stanzen oder einen ähnlichen Prozess hergestellt werden und die Ausnehmung 48 für den Chip durch Fräsen oder einen sonstigen Abtragungsprozess, der ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist. In weiteren Verfahrensschritten werden ein Chip 44 in die Ausnehmung 48 eingebracht, und mit einem geeigneten Fixiermittel, z.B. einem Kleber fixiert. Ein Freiraum zwischen den Rändern der Ausnehmung und dem Chip 44 wird durch ein Füllmittel 49 ausgefüllt, sodass eine ebene feste Oberfläche 51 des Bausteins entsteht. Die Durchgangsöffnungen 46 werden mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt, sodass Kontaktelemente 43 geschaffen werden. Die Kontaktelemente 43 sind so ausgebildet, dass sie über die Oberflächen des Bausteins 35 hervorstehen. Vorzugsweise wird, wie in der vorgeschriebenen Ausführungsform, als Material für die elektrisch leitenden Kontaktelemente ein elastisches elektrisch leitendes Material gewählt, sodass mit den hervorstehenden Abschnitten der Kontaktelemente 43 eine Kontaktierung mit entsprechenden Kontaktflächen möglich ist und sodass Unebenheiten und Höhenunterschiede der vorstehenden Abschnitte in einfacher Weise ausgeglichen werden können. Der nachfolgende Verfahrensstand der 7D zeigt das Aufbringen der Umverdrahtungsstruktur 47, die die elektronischen Schaltkreise des Chips 44 mit den Kontaktelementen 43 in geeigneter Weise mit Hilfe von Leiterbahnen verbindet. Auch auf diese Weise lässt sich ein stapelbarer Baustein herstellen, wobei der Chip 44 im Wesentlichen nicht dem Wärmeprozess des Aufbringens des Gehäusematerials ausgesetzt ist. Als Materialien für die Kontaktelemente sind die gleichen Materialien verwendbar, wie bereits in Verbindung mit der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben wurden. Auch die Vorgehensweise zur Herstellung von mehreren stapelbaren Bausteinen mit den 7A bis 7D verdeutlichten Herstellungsprozess gilt das zu den Verfahren der vorgehend beschriebenen Ausführungsformen Gesagte entsprechend.

Claims (32)

  1. Verfahren zum Herstellen mindestens eines stapelbaren Bausteins, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen eines Gehäusekörpers (5, 25, 45) mit mindestens einem kontaktierbaren Bauelement (4, 24, 44); – Herstellen von mindestens einem elektrisch leitenden Kontaktelement (3, 23, 43) in dem Gehäusekörper, das eine Durchkontaktierung durch den Gehäusekörper bildet; – Anschließendes Aufbringen einer leitfähigen Umverdrahtungsstruktur (7, 27, 47) auf dem Gehäusekörper (5, 25, 45) zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem elektrisch leitendenden Kontaktelement (3, 23, 43) und dem Bauelement (4, 24, 44).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens eines Gehäusekörpers mit mindestens einem kontaktierbaren Bauelement folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen eines Trägersubstrats (1, 2; 21, 22); – Anordnen des mindestens einen kontaktierbaren Bauelementes (4, 24) auf dem Trägersubstrat; – Ausbilden des Gehäusekörper (5, 25) auf dem Trägersubstrat (1, 2; 21, 22) das das Bauelement zumindest teilweise umgibt; – Entfernen des Trägersubstrats (1, 2; 21, 22).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Herstellen des mindestens einen elektrisch leitenden Kontaktelementes (3) mit folgenden Schritten durchgeführt wird: – Aufbringen des Kontaktelementes (3) auf das Trägersubstrat (1, 2) vor dem Aufbringen des Gehäusekörpers (5); – Ausbilden des Gehäusekörpers (5) auf dem Trägersubstrat, so dass ein Abschnitt des elektrisch leitenden Kontaktelementes (3) auf einer dem Trägersubstrat (1, 2) gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäusekörpers (5) freiliegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei auf mindestens einer Oberfläche des Gehäusekörpers (5) eine elektrisch leitende Kontaktierungsstruktur (8) ausgebildet wird, die elektrisch mit der elektrisch leitenden Umverdrahtungsstruktur (7) gekoppelt ist, um eine elektrische Kontaktierung des Bauelements von außen zur Verfügung zu stellen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei das mindestens eine elektrisch leitende Kontaktelement (3) durch ein Verfahren aufgebracht wird, das aus einer Gruppe der folgenden Verfahren ausgewählt ist: Siebdruck, Schablonendruck, Dispense-Verfahren und Prägeverfahren.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das elektrisch leitende Kontaktelement (3) mit Hilfe mindestens einem Material hergestellt wird, das aus einer Gruppe der folgenden Materialien ausgewählt ist: ein flexibles elektrisch leitendes Material, eine elektrisch leitende Paste, einen elektrisch leitenden Klebstoff, ein elektrisch leitendes Epoxidmaterial, ein mit Metall dotiertes Material, und ein elektrisch leitendes Polymer.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Gehäusekörper (5) über das mindestens eine elektrisch leitende Kontaktelement (3) hinweg ausgebildet wird; und wobei der Abschnitt des elektrisch leitenden Kontaktelementes (3) durch Entfernen eines Teils des Gehäusekörpers (5) freigelegt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Herstellen des mindestens einen elektrisch leitenden Kontaktelementes (23) mit folgenden Schritten durchgeführt wird: – Einbringen eines Durchgangsloches (26) in dem Gehäusekörper (25); – Füllen des Durchgangsloches (26) mit einem leitfähigen Kontaktmaterial, um das Kontaktelement (23) zu bilden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Aufbringen der leitfähigen Umverdrahtungsstruktur (27) vor dem Füllen des Durchgangsloches (26) durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Füllen des Durchgangsloches (26) durchgeführt wird, so dass das Kontaktelement (23) über mindestens eine Oberfläche des Gehäusekörpers (25) hervorsteht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Füllen des Durchgangsloches (26) durchgeführt wird, so dass das Kontaktelement (23) über die Oberfläche (31) und eine gegenüberliegende Oberfläche (32) des Gehäusekörpers (25) heraussteht, wobei die hervorstehenden Abschnitte des Kontaktelementes (23) mit zueinander komplementären Profilen (33) ausgebildet sind, um beim Aufeinanderanordnen der komplementären hervorstehenden Abschnitte eine elektrische Kontaktierung und eine seitliche Fixierung zu gewährleisten.
  12. Verfahren nach Anspruch 8 bis 11, wobei das Einbringen des Durchgangsloches (26) durch eines der Verfahren durchgeführt wird: Bohren, Stanzen, Lasern oder Ätzen (auch Plasmaätzen.
  13. Verfahren nach Anspruch 8 bis 12, wobei das leitfähige Kontaktelement (23) mit mindestens einem der folgenden Materialien hergestellt wird: ein flexibles elektrisch leitendes Material, eine elektrisch leitende Paste, einen elektrisch leitenden Klebstoff, ein elektrisch leitendes Epoxidmaterial, ein mit Metall dotiertes Material oder ein elektrisch leitendes Polymer.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens eines Gehäusekörpers (45) mit mindestens einem kontaktierbaren Bauelement (44) folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen eines Bausteinsubstrats (45) aus einem Gehäusematerial; Strukturieren des Bausteinsubstrats (45) mit mindestens einer Ausnehmung zum Aufnehmen von mindestens einem kontaktierbaren Bauelement (44); – Anordnen des kontaktierbaren Bauelementes (44) in der Ausnehmung.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Herstellen des mindestens einen elektrisch leitenden Kontaktelementes (43) durchgeführt wird, bevor das kontaktierbare Bauelement (44) in der Ausnehmung angeordnet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei beim Strukturieren des Bausteinsubstrats (45) mindestens ein Durchgangsloch (46) und die mindestens eine Ausnehmung (48) gebildet werden, und wobei das Durchgangsloch mit einem elektrisch leitenden Kontaktmaterial gefüllt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Kontaktmaterial aus einer Gruppe der folgenden Materialien ausgewählt ist: ein flexibles elektrisch leitendes Material, eine elektrisch leitende Paste, einen elektrisch leitenden Klebstoff, ein elektrisch leitendes Epoxidmaterial, ein mit Metall dotiertes Material und ein elektrisch leitendes Polymer.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei mehrere Bauelemente (4, 24, 44) in dem Gehäusekörper (5, 25, 45) angeordnet werden; wobei der Gehäusekörper (5, 25, 45) nach dem Aufbringen einer leitfähigen Umverdrahtungsstruktur (7, 27, 47) auf dem Gehäusekörper (5, 25, 45) auseinander getrennt wird, um mehrere stapelbare Bausteine herzustellen.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei auf mindestens einer Oberfläche des Gehäusekörpers eine elektrisch leitende Kontaktierungsstruktur ausgebildet wird, die elektrisch mit der elektrisch leitenden Umverdrahtungsstruktur (7, 27, 47) oder mit dem Kontaktelement (3, 23,43) gekoppelt ist, um eine von der Oberfläche des Gehäusekörpers (5, 25, 45) hervorstehende elektrische Kontaktierung des Bauelements von außen zur Verfügung zu stellen.
  20. Verfahren zum Herstellen eines gestapelten Bausteins mit folgenden Schritten: (i) Herstellen von mehreren stapelbaren Bausteinen mit jeweils einem oder mehreren elektrisch leitenden Kontaktelementen (3, 23, 43), die jeweils eine Durchkontaktierung durch den Baustein bilden, nach einem der Ansprüche 1 bis 19, (ii) Stapeln der stapelbaren Bausteine, so dass die elektrisch leitenden Kontaktelemente (3, 23, 43) eines ersten der stapelbaren Bausteine und die elektrisch leitenden Kontaktelemente (3, 23, 43) eines zweiten der stapelbaren Bausteine in elektrischer Verbindung stehen, um so einen Bausteinstapel zu bilden.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die mehreren stapelbaren Bausteinen mit flexiblen elektrisch leitenden Kontaktelementen (3, 23, 43) hergestellt werden.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die flexiblen elektrisch leitenden Kontaktelementen (3, 23, 43) hergestellt werden, so dass sie zumindest über eine Oberfläche des stapelbaren Bausteins hervorstehen.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die flexiblen elektrisch leitenden Kontaktelementen (3, 23, 43) hergestellt werden, so dass das Kontaktelement (3, 23, 43) über die Oberfläche und eine gegenüberliegende Oberfläche des Gehäusekörpers (5, 25, 45) hervorsteht, wobei die hervorstehenden Abschnitte des Kontaktelementes mit zueinander komplementären Profilen (33) ausgebildet sind, um bei Aufeinanderanordnen der komplementären hervorstehenden Abschnitte eine elektrische Kontaktierung und eine seitliche Fixierung zu gewährleisten.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die mehreren stapelbaren Bausteine vor dem Stapeln überprüft werden, ob vorbestimmte Testkriterien erfüllt sind, und wobei nur Bausteine, bei denen die Testkriterien erfüllt sind, gestapelt werden.
  25. Stapelbarer Baustein, umfassend: mindestens ein Bauelement, das in einem Gehäusekörper angeordnet ist; eines oder mehrere elektrisch leitende Kontaktelemente (3, 23, 43) die Durchgangskontaktierungen bilden, die von zwei gegenüberliegenden Oberflächen des Gehäusekörpers (5, 25, 45) zugänglich sind; und eine Umverdrahtungsstruktur (7, 27, 47) auf einer Oberfläche des Bausteins, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Bauelement und dem elektrisch leitenden Kontaktelement (3, 23, 43) herzustellen.
  26. Stapelbarer Baustein (35) nach Anspruch 25, wobei die elektrisch leitenden Kontaktelemente(3, 23, 43) über mindestens eine Oberfläche des Bausteins hervorstehen.
  27. Stapelbarer Baustein nach Anspruch 25 oder 26, wobei das elektrisch leitende Kontaktelement (3, 23, 43) ein Material der Gruppe der folgenden Materialien aufweist ein flexibles elektrisch leitendes Material, eine elektrisch leitende Paste, einen elektrisch leitenden Klebstoff, ein elektrisch leitendes Epoxidmaterial, ein mit Metall dotiertes Material, und ein elektrisch leitendes Polymer.
  28. Stapelbarer Baustein hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19.
  29. Multichip-Bausteinstapel, umfassend: mehrere stapelbare Bausteinen (35) nach einem der Ansprüche 21 bis 28, wobei die mehreren stapelbaren Bausteine (35) so gestapelt sind, dass die elektrisch leitenden Kontaktelemente (3, 23, 43) von zwei benachbarten stapelbaren Bausteinen miteinander elektrisch in Kontakt stehen.
  30. Multichip-Bausteinstapel nach Anspruch 28, wobei mindestens einer der stapelbaren Bausteine (35) ein flexibles Kontaktelement (3, 23, 43) aufweist, das über mindestens eine der Oberflächen des stapelbaren Bausteins (35) hervorsteht, wobei der stapelbare Baustein (35) mit dem Kontaktelement (3, 23, 43) eines weiteren stapelbaren Bausteins in Kontakt gebracht ist, indem mit Hilfe einer Klemmvorrichtung (37, 39) eine Klemmkraft ausgeübt wird, die das flexible Kontaktelement (3, 23, 43) auf den weiteren Baustein drückt.
  31. Multichip-Bausteinstapel nach Anspruch 29, wobei die Klemmvorrichtung (37, 39) mindestens eines der folgender Elemente aufweist: eine Feder, eine Umfassung und eine Verschraubung.
  32. Multichip-Bausteinstapel nach Anspruch 29 oder 30, wobei sich einander zugeordnete flexible Kontaktelemente (3, 23, 43) von zwei benachbarten stapelbaren Bausteinen jeweils ein Profil (33) aufweisen, wobei die in der Stapelanordnung einander kontaktierende Kontaktelemente (3, 23, 43) komplementäre Profile (33) aufweisen, um eine seitliche Fixierung der stapelbaren Bausteine (35) zueinander zu erreichen.
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