DE102006058010B4 - Halbleiterbauelement mit Hohlraumstruktur und Herstellungsverfahren - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung von Bauelementen, umfassend:
Herstellung von Hohlraumstrukturen (4, 5) auf einem Wafer (1);
Trennen des Wafers (1) zu mindestens zwei Chips (11);
Bedecken der mindestens zwei Chips (11) mit Vergussmasse, wobei eine Oberfläche der Vergussmasse bereichsweise durch Oberseiten (10) der Hohlraumstrukturen (4, 5) gebildet wird, die Oberseiten (10) der Hohlraumstrukturen (4, 5) von Vergussmasse nicht bedeckt werden und die den aktiven Oberflächen der Chips (11) gegenüberliegenden Chipoberflächen von Vergussmasse bedeckt werden; und
Separieren der mindestens zwei Chips (11) durch Trennen der Vergussmasse.
Herstellung von Hohlraumstrukturen (4, 5) auf einem Wafer (1);
Trennen des Wafers (1) zu mindestens zwei Chips (11);
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Separieren der mindestens zwei Chips (11) durch Trennen der Vergussmasse.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente mit Hohlraumstrukturen.
- Viele Chips, insbesondere solche mit elektromechanischen Systemen, benötigen zur Funktionssicherung einen Hohlraum. Zur Erzeugung eines solchen Hohlraums sind verschiedene Techniken bekannt. Es ist möglich, die Wände des Hohlraums durch Strukturierung einer Schicht zu erzeugen, den Wafer anschließend in einzelne Chips aufzutrennen und dann den Hohlraum durch Aufbringen eines Deckels auf die Hohlraumwände zu verschließen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zur Herstellung der Hohlraums einen weiteren Wafer zu verwenden, in dessen Oberfläche Vertiefungen eingebracht sind, die beim Zusammenfügen der beiden Wafer Hohlräume über der aktiven Oberfläche des ersten Wafers bilden.
- Die Druckschrift
EP 1 065 716 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Chipgebindes, welches das Aufbringen einer Haftschicht über einem dielektrischen Film mit elektrischen Kontaktstrukturen, das selektive Entfernen der Haftschicht und Teile des dielektrischen Films, das Aufsetzen von Halbleiterchips mit empfindlichen Bauteilen auf die strukturierte Haftschicht, das Einbringen von Vias in die dielektrische Schicht und das Häusen der Halbleiterchips beinhaltet. Die empfindlichen Regionen werden dabei in Hohlräumen eingeschlossen. - Die Druckschrift
US 6,969,945 B2 offenbart eine Vorrichtung mit einem Oberflächenwellenbauteil, welches auf einem piezoelektrischen Substrat aufgebracht ist. Das Oberflächenwellenbauteil ist in einer Hohlraumstruktur eingeschlossen und das Substrat ist mit Gußmaterial eingehäust. Elektroden stellen elektrischen Kontakt zwischen dem Substrat und der Außenseite des Gehäuses bereit. - Die Druckschrift
EP 1 189 272 A1 offenbart zumindest zwei elektrische Elemente, welche auf Verdrahtungsmustern angeordnet sind und von einem Gussmaterial eingehäust sind. Oberseiten des Gussmaterials schließen bündig mit Oberseiten der elektrischen Elemente ab. Auf aktiven Oberflächen der elektrischen Elemente befinden sich elektromechanische Bauteile, welche in Hohlraumstrukturen auf den aktiven Oberflächen der elektrischen Elemente eingeschlossen sind. - Die Druckschrift
EP 0 794 616 A2 offenbart ein elektronisches Element mit elektromechanischen Bauteilen auf einer aktiven Oberfläche des elektronischen Elementes. Die elektromechanischen Bauteile sind in einer Hohlraumstruktur eingeschlossen. Das elektronische Element ist auf einem Träger aufgebracht und der Träger und das elektronische Element sind mit einem Gussmaterial eingehäust. - Die Druckschrift
DE 102 16 267 B4 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses für einen Chip mit einer mikromechanischen Struktur. Dabei werden auf einer photolithographisch strukturierbaren Schicht Kontaktelemente gebildet. Auf einem Chip mit mikromechanischen Bauteilen wird eine weitere photolithographische Schicht strukturiert aufgebracht. Durch Zusammenfügen der photolithographisch strukturierbaren Schicht und der weiteren photolithographisch strukturierbaren Schicht auf dem Chip wird eine Hohlraumstruktur erzeugt, die die mikromechanischen Bauteile einschließt. - Die Druckschrift
EP 0 939 485 A1 offenbart eine Chipvorrichtung mit einem Chip, welcher eine mikromechanische Struktur auf einer aktiven Oberfläche aufweist. Der Chip wird mit Hügelelektroden versehen und auf einem Träger aufgebracht, so dass die mikromechanische Struktur von einem Hohlraum eingeschlossen wird. Der Chip und der Träger werden von einem Gussmaterial eingehäust. - Die Druckschrift
DE 103 10 615 B3 offenbart einen Biochip, welcher einen Halbleiterchip mit Mikrostrukturen auf einer Oberseite umfasst. Dabei werden Abdeckungen auf die Mikrostrukturen aufgesetzt, so dass die Mikrostrukturen und die Abdeckungen Hohlräume auf dem Halbleiterchip bilden. - Die Druckschrift
WO 2006/101270 A1 - Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Bauelementen vorzusehen, bei welchem Hohlraumstrukturen auf einem Wafer hergestellt werden. Der Wafer wird in mindestens zwei Chips getrennt. Die zwei Chips werden mit Vergussmasse bedeckt, wobei eine Oberfläche der Vergussmasse bereichsweise durch Oberseiten der Hohlraumstrukturen gebildet wird, die Oberseiten der Hohlraumstrukturen von Vergussmasse nicht bedeckt werden und die den aktiven Oberflächen der Chips gegenüberliegenden Chipoberflächen von Vergussmasse bedeckt werden. Durch Trennen der Vergussmasse werden mindestens zwei Chips separiert.
- Gemäß einem Aspekt ist eine Vorrichtung vorgesehen, die mehrere gemeinsam in Gussmasse aufgenommene Chips aufweist, auf welchen Hohlraumstrukturen angeordnet sind, wobei eine Oberfläche der Gussmasse bereichsweise durch Oberseiten der Hohlraumstrukturen gebildet wird, die Oberseiten der Hohlraumstrukturen von Gussmasse nicht bedeckt sind und die den aktiven Oberflächen der Chips gegenüberliegenden Chipoberflächen von Gussmasse bedeckt sind.
- Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen vorgesehen, bei dem Hohlraumstrukturen auf einem Wafer hergestellt werden, der Wafer in mindestens zwei Chips getrennt wird, die Chips mit Vergussmasse bedeckt werden und Kontaktelemente nach dem Bedecken der Chips mit Vergussmasse ausgebildet werden. Dabei erstrecken sich die Kontaktelemente jeweils vom Chip zur Oberseite der Hohlraumstruktur. Danach werden die mindestens zwei Chips durch Trennen der Vergussmasse separiert.
- Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Wafers mit über der aktiven Fläche des Wafers angeordneten Hohlraumstrukturen; -
2 eine schematische Schnittdarstellung der in1 gezeigten Anordnung nach der Erzeugung von Kontaktelementen; -
3 eine schematische Schnittdarstellung der in2 gezeigten Anordnung nach der Trennung des Wafers in einzelne Chips mit darauf angeordneten Hohlraumstrukturen; -
4 eine schematische Schnittdarstellung von zwei in3 gezeigten Chips, die auf einem Träger platziert sind; -
5 eine schematische Schnittdarstellung der in4 dargestellten Anordnung nach einem Verguss mit Gussmasse zur Herstellung einer Gussscheibe; -
6 eine schematische Schnittdarstellung des in5 gezeigten Teilbereichs der Gussscheibe nach einer Entfernung des Trägers; -
7 eine schematische Schnittdarstellung des in6 gezeigten Teilbereichs der Gussscheibe nach der Erzeugung einer Umverdrahtungsstruktur in Dünnfilm-Technik; -
8 eine schematische Schnittdarstellung der in7 gezeigten Anordnung nach dem Anbrin gen von Lotkugeln an Außenanschlussflächen der Verdrahtungsstruktur und einem Trennen der Gussscheibe in einzelne Chip-Packages; -
9 –14 schematische Schnittdarstellungen weiterer Ausführungsbeispiele von Chip-Packages; -
15A –15B schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für Hohlraumstrukturen; und -
16 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens eines Chip-Packages. - Im Folgenden werden Bauelemente mit einem in Gussmasse eingebetteten Chip beschrieben. Dabei können die Chips von unterschiedlichster Art sein und beispielsweise elektrische oder elektromechanische Funktionselemente im Bereich ihrer aktiven Fläche enthalten. Die Chips können als sogenannte MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) ausgeführt sein, wobei mikromechanische Strukturen wie beispielsweise Brücken, Membranen oder Zungenstrukturen vorgesehen sein können. Die Chips können als Sensoren oder Aktoren ausgeführt sein, beispielsweise BAW-Filter (Bulk Acoustic Wave), Drucksensoren, Beschleunigungssensoren, Rotationssensoren, Mikrofone und vieles mehr. Chips, in welche solche Funktionselemente eingebettet sind, umfassen in der Regel elektronische Schaltungen, die zur Ansteuerung der Funktionselemente dienen oder Signale, die von den Funktionselementen erzeugt werden, weiterverarbeiten. Die im Hohlraum untergebrachten Funktionselemente können wie der Chip aus Halbleiter-Material bestehen, aber auch aus anderen Materialien, wie z. B. Isolatoren, Kunststoffen oder Metallen, hergestellt sein.
- Wie im Folgenden anhand von Beispielen noch näher erläutert, können Multichip-Bauelemente mit mehreren Funktionselementen, beispielsweise die Kombination von zwei BAW-Filtern mit glei cher oder geringfügig gegeneinander verstimmter Resonanzfrequenz, vorgesehen sein. Es können in einem Bauelement neben dem Chip mit darauf angebrachter Hohlraumstruktur auch andere Chips und/oder passive elektronische Baueteile integriert sein. Beispielsweise können in einem Multichip-Bauelement ein Chip mit Hohlraumstruktur zur Realisierung der MEMS-Funktionalität (beispielsweise ein BAW-Filter) und ein Chip ohne Hohlraumstruktur zur Signalerzeugung/Signalauswertung (beispielsweise ein LNA (Low Noise Amplifier)) vorgesehen sein. Neben der im Folgenden noch näher beschriebenen Realisierung der Hohlraumstruktur aus einem Polymer kann die Hohlraumstruktur auch aus anderen Materialien, beispielsweise einem Halbleiter-Material oder einem Isolator, z. B. Glas, bestehen.
-
1 zeigt einen Halbleiter-Wafer1 , an dessen aktiver Oberfläche2 gegen Umwelteinflüsse zu schützende Strukturen, beispielsweise elektromechanische Funktionselemente3 , ausgebildet sind. Die Funktionselemente3 befinden sich jeweils in Hohlräumen4 , die in einer verhältnismäßig dicken (z. B. etwa 60 μm) Schicht6 ausgebildet sind, welche zuvor auf die aktive Oberfläche2 des bereits prozessierten Halbleiter-Wafers1 aufgebracht wurde. - Die Hohlräume
4 werden im Wafer-Verbund hergestellt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass für die Schicht6 ein Polymer-Material verwendet und fototechnisch strukturiert wird. Die Erzeugung der Hohlräume4 in einer Polymer-Schicht6 wird später anhand der15A bis15E in beispielhafter Weise erläutert. In16 ist die Hohlraumherstellung mit dem Schritt S1 bezeichnet. - Ferner können in der Schicht
6 fotolithografisch Freibereiche8 hergestellt werden, in welchen Wafer-Metallisierungen7 erzeugt werden, die mit einem oder mehreren elektromechanischen Funktionselementen3 in elektrisch leitender Verbindung (nicht dargestellt) stehen und somit Anschlussberei che für den Betrieb der elektromechanischen Funktionselemente3 bilden. -
2 zeigt das Auffüllen der Freibereiche8 oberhalb der Wafer-Metallisierungen7 mit einem Kontaktelement9 . Das Kontaktelement9 erstreckt sich von der Wafer-Metallisierung7 bis zur Oberseite10 der Schicht6 und kann, wie in2 dargestellt, etwas über die Oberseite10 der Schicht6 hinausragen und den oberen Rand der Schicht6 umgreifen. Das Kontaktelement9 kann beispielsweise durch einen galvanischen Prozess ("electroplating") in einer galvanischen Zelle mit Stromfluss oder durch eine stromlose, selektive Abscheidung ("electroless metallization") eines geeigneten Metalls, z. B. Nickel, aus einem Bad auf der Wafer-Metallisierung7 erzeugt werden. Beide Prozesse werden ebenfalls im Wafer-Verbund durchgeführt. Alternativ ist es auch möglich, auf die Erzeugung der Kontaktelemente9 zu dem in2 dargestellten Zeitpunkt zu verzichten und entsprechende Kontaktstrukturen erst später, nach Erzeugung einer Umverdrahtungsstruktur (siehe z. B.7 ), zu erzeugen. - Gemäß
3 wird der Wafer1 mit der darauf angeordneten strukturierten Schicht6 in einzelne Chips11 aufgetrennt. Dabei entstehen Hohlraumgehäuse5 . Die Vereinzelung in Chips11 kann auf einer Folie12 erfolgen, welche zuvor an der Rückseite des Wafers1 angebracht wurde. In16 ist dieser Verfahrensschritt mit S2 bezeichnet. - Es wird darauf hingewiesen, dass die Strukturierung der Außenwände des Hohlraumgehäuses
5 nicht notwendigerweise durch die Vereinzelung in Chips11 erfolgen muss, sondern genauso wie die Erzeugung der Freibereiche8 fotolithographisch im Wafer-Verbund durchgeführt werden kann. Dadurch kann eine beliebige Umfangsform der Hohlraumgehäuse5 erreicht werden, und insbesondere können die Hohlraumgehäuse5 so dimensioniert werden, dass sie nur über einem Teilbereich der Chipfläche angeordnet sind. Beispielsweise kann eine Strukturie rung der Schicht6 entlang der für die Chip-Vereinzelung vorgesehenen Trennungslinien vorgenommen werden. Dies bewirkt, dass die Schicht6 bei der Chip-Vereinzelung mechanisch nicht beansprucht wird. Zwischen dem äußeren Rand des Chips11 und der Konturlinie des Hohlraumgehäuses5 kann in diesem Fall ein rahmenartig umlaufender Freiraum vorhanden sein. - Die Herstellung der Hohlräumgehäuse
5 und Wafer-Metallisierungen7 durch geeignetes Strukturieren einer Schicht6 stellt ein kostengünstiges Verfahren dar, da im Wesentlichen lediglich Schichtabscheidungs- und Fotolithografietechniken eingesetzt werden müssen und die Erzeugung der Hohlräume4 im Wafer-Verbund erfolgt. Die Hohlraumgehäuse5 können jedoch auch in anderer Weise erzeugt werden, z. B. indem ein zweiter Wafer (z. B. aus Glas oder einem Halbleiter-Material) mit geeigneten Vertiefungen versehen wird und so mit dem Halbleiter-Wafer1 zusammengefügt wird, dass die Vertiefungen die Hohlräume4 bilden. In diesem Fall können Wafer-Metallisierungen7 z. B. durch ein Freiätzen entsprechender Bereiche in dem als Abdeckung eingesetzten zweiten Wafer realisiert werden. - Gemäß
4 werden die Chips11 dann auf einem Träger13 platziert. Der Träger13 kann aus einem Trägermaterial14 (beispielsweise Metall, Silizium, Glas oder ein Polymer) und einer darüber verlaufenden Klebeschicht15 aufgebaut sein. Die Chips11 werden unter Abstand zueinander mit der Oberseite10 des Hohlraumgehäuses5 auf die Klebeschicht15 des Trägers13 aufgebracht. Anschließend werden die auf dem Träger13 angeordneten Chips11 mit Hohlraumgehäuse5 mit einer Gussmass ("mold compound") vergossen (auch als „overmolding" bezeichnet), siehe5 und Schritt S3 in16 . Nach dem Aushärten des so gebildeten Gusskörpers, der im folgenden als Gussscheibe16 bezeichnet wird (im Englischen auch als "reconstituted wafer" oder "artificial wafer" bezeichnet), wird die Gussscheibe16 von dem Träger13 gelöst, siehe6 . Dies kann beispielsweise durch Zuführen von Energie (z. B. Erwärmung) erfolgen, falls eine durch Energiezufuhr lösbare die Klebeschicht15 verwendet wird. - Es wird darauf hingewiesen, dass durch den Verguss-Schritt der Deckenbereich des Hohlraumgehäuses
5 nicht mechanisch belastet wird, da die Oberseite10 des Hohlraumgehäuses5 nicht mit Gussmasse umgossen wird. Dadurch kann verhindert werden, dass das Hohlraumgehäuse5 durch den Verguss-Schritt zusammengedrückt wird, was bei einem Umspritzen des gesamten Hohlraumgehäuses5 z. B. bei einem aus Polymer-Material bestehenden Hohlraumgehäuse5 sehr leicht auftreten kann. Die freien (d. h. nicht abgestützten) Seitenwandbereiche des Hohlraumgehäuses5 sind kürzer als der freie (d. h. nicht abgestützte) Deckenbereich des Hohlraumgehäuses5 und können darüber hinaus stärker ausgeführt sein, sodass im von Gussmasse umgegebenen Seitenwandbereich keine Beschädigung durch den Vergussvorgang auftritt. - Vor dem Vereinzeln der Gussscheibe
16 in Chip-Packages können weitere Prozess-Schritte im „Gussscheiben-Verbund" durchgeführt werden. Solche Prozesse sind besonders kostengünstig durchführbar, da die noch gemeinsamen in der Gussscheibe16 vorliegenden Chip-Packages gleichzeitig prozessiert werden können. Die Gussscheibe16 bildet gleichsam einen künstlichen Wafer, auf welchen die aus der WLP (Wafer Level Packaging) Technologie bekannten Fertigungsschritte übertragen werden können. In der WLP-Technologie werden alle vor dem Trennen eines Wafers in Chips durchgeführten Prozesse auf Wafer-Ebene durchgeführt. In Analogie zu der WLP-Technologie kann vorliegend vorgesehen sein, dass nach der Herstellung der Gussscheibe16 sämtliche vor dem Vereinzeln der Gussscheibe16 in Chip-Packages durchgeführten Prozesse auf „Gussscheiben-Ebene", d. h. an der intakten Gussscheibe für alle Chip-Packages gemeinsam, ausgeführt werden. -
7 zeigt, wie mittels einer auf die Gussscheibe16 angewandeten Dünnfilm-Technologie die Kontaktelemente9 der Chips11 in darüber liegenden Polymer-Schichten20 ,21 umverdrahtet werden. Zunächst wird die erste Polymerschicht20 , z. B. durch Schleuderbeschichtung ("spin coating"), auf der Oberfläche der Gussscheibe16 aufgebracht. Anschließend wird die erste Polymerschicht20 , z. B. photolithographisch strukturiert, sodass Kontaktierungsöffnungen zu den Kontaktelementen9 geschaffen werden. Anschließend wird eine erste Metallisierungsschicht abgeschieden und photolithographisch zu Leitungsbahnen (Verdrahtungsleitungen23 ) strukturiert. Anschließend wird eine zweite Polymerschicht21 auf den Verdrahtungsleitungen23 abgeschieden und ebenfalls strukturiert, sodass Öffnungen zu den Verdrahtungsleitungen23 erzeugt werden. Es folgt ein weiterer Metallisierungs- und Strukturierungsschritt für Außenanschlüsse, mit denen Außenanschlussflächen22 erzeugt werden. Durch die Öffnungen der zweiten Polymershicht21 sind die Außenanschlussflächen22 mit den Verdrahtungsleitungen22 und somit mit den Kontaktelementen9 elektrisch verbunden. - Durch die verwendete Dünnschichttechnik können die Polymer-Schichten
20 ,21 und Metallisierungsschichten sehr dünn und die Strukturierung sehr fein sein. Typischerweise sind die Polymer-Schichten5 bis20 Mikrometer und die Metallisierungsschichten2 bis15 Mikrometer dick. Die Polymer-Schichten20 ,21 bestehen z. B. aus Polyimid und werden durch ein Abscheidungsverfahren, z. B. Schleuderbeschichtung ("spin coating"), auf derjenigen Oberfläche der Gussscheibe16 abgelagert, die gebietsweise durch die Oberseiten10 der Hohlraumgehäuse5 gebildet ist. Die Kontaktierung der Chips11 mittels Dünnschichttechnik ist in16 als Schritt S4 veranschaulicht. - Sofern anders als in
2 dargestellt die Kontaktelemente9 nicht bereits in die Freibereiche8 eingebracht wurden, kann die Kontaktierung der Wafer-Metallisierungen7 mit den Verdrahtungsleitungen23 auch noch nachträglich vorgenommen werden. Zu diesem Zweck können die Polymer-Schichten20 ,21 an den richtigen Stellen fototechnisch geöffnet und nachträglich mit einer Kontaktelement-Metallisierung gefüllt werden. - Für die Umverdrahtung stehen auch Bereiche des Chip-Packages außerhalb der Chip-Kontur zur Verfügung, d. h. die Außenanschlussflächen
22 können teil- oder ganzflächig außerhalb der Konturlinie („footprint") des Chips11 liegen. - Anschließend können Lotdepots bzw. Lotkugeln
24 an den Außenanschlussflächen22 angebracht werden. Dieser als „ball attach" bezeichnete Vorgang erfolgt ebenfalls vorzugsweise an der intakten Gussscheibe16 und kann z. B. über Schablonen vorgenommen werden, die Lotmaterial an den richtigen Stellen auf die Außenanschlussflächen22 applizieren. - Gegebenenfalls nach Vornahme weiterer Prozess-Schritte wird die Gussscheibe
16 in einzelne Chip-Packages25 aufgetrennt, siehe8 und Schritt S5 in16 . Die Chip-Packages25 können rückseitig und an ihren Seitenwandbereichen26 aus Gussmasse bestehen. Wie bereits erwähnt, können die Außenanschlussflächen22 über die Chip-Kontur hinausragen oder vollständig außerhalb dieser liegen, wobei durch die Breite des Seitenwandbereichs26 die für die Umverdrahtung erreichbare Dimensionsvergrößerung der für die Package-Kontaktierung zur Verfügung stehenden Fläche bestimmt wird. Eine aus der Chip-Kontur herausführende Umverdrahtung wird auch als „fan-out” bezeichnet, das Chip-Package25 kann infolgedessen als „fanout wafer level package" bezeichnet werden. -
9 zeigt ein Chip-Package25.1 , das sich von dem in8 gezeigten Chip-Package25 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass eine größere Anzahl von Außenanschlussflächen22 vorgesehen sind, wobei eine erste Reihe von Außenanschlussflächen22 unterhalb des Chips11 und eine zweite Reihe von Außenanschlussflächen22 seitlich außerhalb des Chips11 angeordnet sind. -
10 zeigt ein Chip-Package25.2 , das sich von dem in8 gezeigten Chip-Package25 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass auf dem Chip11 mehrere Hohlraumgehäuse5 bzw. ein Hohlraumgehäuse5 mit mehreren Hohlräumen4 angeordnet ist. - Eine weitere Variante besteht darin, einen Durchgang
30 vorzusehen, welcher durch die Polymer-Schichten20 ,21 sowie den Deckenbereich des Hohlraumgehäuses5 hindurchläuft und somit den Hohlraum4 mit der Umgebung verbindet. Der Durchgang30 kann beispielsweise durch Fotostrukturierung erzeugt werden. Diese in11 dargestellte Variante eines Chip-Packages25.2 ist beispielsweise für Drucksensoren geeignet. -
12 zeigt ein Chip-Package25.3 ohne Umverdrahtungsstruktur. Bei dieser Ausführungsform kann keine Vergrößerung der Anschlussgeometrie erreicht werden. Die Lotkugeln24 werden direkt an den Endflächen der Kontaktelemente9 angebracht, wobei die Anbringung in der bereits beschriebenen Weise an der noch intakten Gussscheibe16 erfolgen kann. Eine weitere in13 dargestellte Ausgestaltung verzichtet auch auf das Anbringen von Lotkugeln an den Endflächen der Kontaktelemente9 . Das in13 dargestellte Chip-Package25.4 kann mittels eines Reflow-Prozesses direkt an einer Platine bzw. PCB (Printed Circuit Board) befestigt werden, auf welcher zuvor z. B. durch einen geeigneten Lotpastendruck an den richtigen Stellen Lotmaterial aufgebracht wurde. - Als weitere Ausgestaltung sind SiP (System-in-Package)-Module realisierbar, welche in einem Chip-Package
25.5 mehrere Chips11 oder einen einzigen Chip11 und weitere passive bzw. diskrete Bauelemente enthalten können.14 zeigt ein Beispiel für ein solches SiP-Modul. Die beiden Chips11 sind elektrisch über eine gemeinsame Umverdrahtungsstruktur, die gegebenenfalls auch gemeinsame Außenanschlussflächen22 aufweisen kann, elektrisch miteinander gekoppelt. Es ist auch möglich, dass die Chips11 keine elektrisch gekoppelte Um verdrahtungsstruktur aufweisen und z. B. über andere Mechanismen (mechanisch, magnetisch usw.) miteinander Wechselwirken. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass lediglich einer der Chips11 ein Hohlraumgehäuse5 aufweist, während ein oder mehrere andere Chips (nicht dargestellt) in herkömmlicher Weise ohne Hohlraumgehäuse5 ausgeführt und von der Gussmasse gehäust sind. - Die
15A bis15E veranschaulichen in beispielhafter Weise ein Verfahren zur Herstellung der Hohlraumgehäuse5 . Obgleich die15A bis15E lediglich die Herstellung eines Hohlraumgehäuses5 auf einem Chip11 zeigen, wird die nachfolgend erläuterte Technik im Wafer-Verbund, d. h. zur gleichzeitigen Herstellung sämtlicher Hohlraumgehäuse5 auf dem Wafer1 , eingesetzt. - Wie im Zusammenhang mit
1 beschrieben, wird zunächst eine dicke Polymer-Schicht6 , beispielsweise SU8, über dem Wafer1 abgelagert. Mittels einer ersten Fotomaske40 werden diejenigen Bereiche der Polymer-Schicht6 mit Licht einer bestimmten Wellenlänge belichtet, die später die Wandbereiche des Hohlraumgehäuses5 bilden sollen, siehe15A . Mittels einer zweiten Fotomaske41 wird mittels Licht (ggf. einer anderen Wellenlänge) ein Bereich der Polymer-Schicht6 beleuchtet, der den Deckenbereich des Hohlraumgehäuses5 bilden soll. Dabei wird ein Lochabschnitt42 maskiert, siehe15B . - Durch die Belichtungen wird in der Polymer-Schicht
6 eine Vernetzung der belichteten Bereiche mit gezielt einstellbarer, unterschiedlicher Tiefe hervorgerufen. Die unterschiedliche Tiefe kann beispielsweise durch Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen des bei der Belichtung verwendeten Lichts bewerkstelligt werden. Die vernetzten Bereiche43 sind in15C dargestellt. - In
15D wird eine Freientwicklung bzw. Freiätzung des Hohlraums4 durch ein Ultraschall-unterstütztes Sprüh-Entwicklungsverfahren vorgenommen. Dabei wird die Polymer-Schicht6 bis auf vernetzten Bereich43 entfernt. Innerhalb der vernetzten Bereiche43 erfolgt die Materialentfernung durch das Deckenloch44 , siehe15D . - Gegebenenfalls kann das Deckenloch
44 mit einer weiteren Polymer-Schicht45 verschlossen werden. Die in15E dargestellte Struktur5 repräsentiert ein Beispiel für das in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebene Hohlraumgehäuse5 (in diesem Fall auch mit fototechnisch strukturierten Außenwänden). - Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf Anordnungen und Geometrien von Hohlraumgehäusen
5 und Außenanschlussflächen22 ermöglicht wird. Durch die Herstellung der Hohlraumgehäuse5 auf Wafer-Ebene ist eine Herstellung in kostengünstiger Weise möglich. Eine weitere Kostenreduzierung wird durch den Einsatz kostengünstiger „Fotolack-Hohlraumgehäuse" aus einem Polymer erreicht, wobei trotz deren geringer mechanischer Belastbarkeit durch Aussparung des Deckenbereichs10 beim Verguss ein prozesssicheres Packaging erzielbar ist. Durch die Mehrlagen-Dünnschichttechnik kann ein „fan-out design" auf der Kontaktierungsebene erreicht werden, mit welchem Package-Anschlüsse außerhalb der Chipfläche realisierbar sind, wodurch sowohl eine Erhöhung der Kontaktierungssicherheit durch Vergrößerung des Pitch-Abstandes zwischen Außenanschlussflächen als auch eine Erhöhung der Anzahl der Außenanschlussflächen erreichbar ist. Damit eröffnen sich insbesondere auch neue Möglichkeiten für die Herstellung von SiP-Modulen vielfältigster Typen und Auslegungen.
Claims (30)
- Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, umfassend: Herstellung von Hohlraumstrukturen (
4 ,5 ) auf einem Wafer (1 ); Trennen des Wafers (1 ) zu mindestens zwei Chips (11 ); Bedecken der mindestens zwei Chips (11 ) mit Vergussmasse, wobei eine Oberfläche der Vergussmasse bereichsweise durch Oberseiten (10 ) der Hohlraumstrukturen (4 ,5 ) gebildet wird, die Oberseiten (10 ) der Hohlraumstrukturen (4 ,5 ) von Vergussmasse nicht bedeckt werden und die den aktiven Oberflächen der Chips (11 ) gegenüberliegenden Chipoberflächen von Vergussmasse bedeckt werden; und Separieren der mindestens zwei Chips (11 ) durch Trennen der Vergussmasse. - Vorrichtung, umfassend mehrere gemeinsam in einer Gussmasse aufgenommene Chips (
11 ), auf welchen Hohlraumstrukturen (4 ,5 ) angeordnet sind, wobei eine Oberfläche der Gussmasse bereichsweise durch Oberseiten (10 ) der Hohlraumstrukturen (4 ,5 ) gebildet ist, die Oberseiten (10 ) der Hohlraumstrukturen (4 ,5 ) von Gussmasse unbedeckt sind und die den aktiven Oberflächen der Chips (11 ) gegenüberliegenden Chipoberflächen von Gussmasse bedeckt sind. - Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 23, wobei die Seitenflächen der Chips (
11 ) und die Seitenflächen der Hohlraumstrukturen (4 ,5 ) von Gussmasse umgeben sind. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Bedecken der mindestens zwei Chips (
11 ) mit Vergussmasse auf dem Wafer (1 ) ein Prozess-Schritt zur Ausbildung von Kontaktelementen (9 ) ausgeführt wird, wobei sich die Kontaktelemente (9 ) vom Chip (11 ) zur Oberseite (10 ) der Hohlraumstruktur (4 ,5 ) erstrecken. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hohlraumstrukturen (
4 ,5 ) auf der aktiven Fläche des Wafers (1 ) aufgebracht werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Bedecken der mindestens zwei Chips (
11 ) mit Vergussmasse die mindestens zwei Chips (11 ) auf einen gemeinsamen Träger (12 ) platziert werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die der aktiven Fläche gegenüberliegende Fläche der mindestens zwei Chips (
11 ) mit Vergussmasse überdeckt wird. - Verfahren nach Anspruch 4, wobei nach dem Überdecken der mindestens zwei Chips (
11 ) mit Vergussmasse der gemeinsame Träger (12 ) von den mindestens zwei Chips (11 ) entfernt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Überdecken der mindestens zwei Chips (
11 ) mit Vergussmasse eine erste gemeinsame dielektrische Schicht (20 ) auf die mindestens zwei Chips (11 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Überdecken der mindestens zwei Chips (
11 ) mit Vergussmasse eine erste gemeinsame elektrisch leitende Schicht (23 ) auf die mindestens zwei Chips (11 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach dem Überdecken der mindestens zwei Chips (
11 ) mit Vergussmasse mindestens eine zweite gemeinsame dielektrische Schicht (21 ) auf die erste elektrisch leitende Schicht (23 ) aufgebracht. - Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem Überdecken der mindestens zwei Chips (
11 ) mit Vergussmasse mindestens eine zweite gemeinsame elektrisch leitende Schicht (22 ) auf die mindestens zweite gemeinsame dielektrische Schicht (21 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei mindestens eine der ersten gemeinsamen dielektrischen Schicht (
20 ), der mindestens zweiten gemeinsamen dielektrischen Schicht (21 ), der ersten gemeinsamen elektrisch leitenden Schicht (23 ) und der mindestens zweiten gemeinsamen elektrisch leitenden Schicht (22 ) durch ein photolithographisches Verfahren strukturiert. - Verfahren nach Anspruch 10, wobei auf eine der gemeinsamen elektrisch leitenden Schichten (
22 ) Lotdepots (24 ) aufgebracht werden. - Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Hohlraumstrukturen (
4 ,5 ) über den aktiven Flächen der Chips (11 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei auf der Oberfläche der Gussmasse (
16 ) eine oder mehrere dielektrische Schichten (20 ,21 ) mit Leiterbahnen (23 ) und Außenkontaktelementen (22 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei an den Außenkontaktelementen (
22 ) Lotdepots (24 ) angebracht sind. - Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 16, wobei sich zur Kontaktierung der aktiven Fläche des Chips (
11 ) Kontaktelemente (9 ) vom Chip (11 ) zur Oberseite (10 ) der Hohlraumstruktur (4 ,5 ) erstrecken. - Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Kontaktelemente (
9 ) mit Lotdepots (24 ) versehen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 18, wobei die Hohlraumstrukturen (
4 ,5 ) aus einem Polymer bestehen. - Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 19, wobei auf einem Chip (
11 ) mehrere Hohlraumstrukturen (4 ,5 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 20, wobei eine Hohlraumstruktur (
4 ,5 ) ein Durchgangsloch (30 ) zur Anbindung des Hohlraums (4 ) an die Umgebung aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 21, weiterhin umfassend eine erste elektrisch leitende Schicht (
23 ), die zumindest bereichsweise auf die Oberfläche der Gussmasse aufgebracht ist. - Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Hohlraumstrukturen (
4 ,5 ) zwischen den Chips (11 ) und einem Abschnitt der ersten elektrisch leitenden Schicht (23 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 22 bis 24, die eine die erste elektrisch leitende Schicht (
23 ), mindestens eine dielektrische Schicht (20 ,21 ) und eine zweite elektrisch leitende Schicht (22 ) enthaltende Umverdrahtungsstruktur (20 ,21 ,22 ;23 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei sich die Umverdrahtungsstruktur (
20 ,21 ,22 ;23 ) über die Kontur eines der Chips (11 ) hinaus nach außen erstreckt. - Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Hohlraumstruktur (
4 ,5 ) zwischen einer aktiven Fläche der Chips (11 ) und der Umverdrahtungsstruktur (20 ,21 ,22 ;23 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 25 bis 27, wobei die Chips (
11 ) über die Umverdrahtungsstruktur (20 ,21 ,22 ;23 ) elektrisch miteinander verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Polymermaterial ein Photolack ist.
- Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, umfassend: Herstellung von Hohlraumstrukturen (
4 ,5 ) auf einem Wafer (1 ); Trennen des Wafers (1 ) zu mindestens zwei Chips (11 ); Bedecken der mindestens zwei Chips (11 ) mit Vergussmasse; Ausbilden von Kontaktelementen (9 ) nach dem Bedecken der mindestens zwei Chips (11 ) mit Vergussmasse, wobei sich die Kontaktelemente (9 ) vom Chip (11 ) zur Oberseite (10 ) der Hohlraumstruktur (4 ,5 ) erstrecken; und Separieren der mindestens zwei Chips (11 ) durch Trennen der Vergussmasse.
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