DE102007007503A1

DE102007007503A1 - Bauelementanordnung

Info

Publication number: DE102007007503A1
Application number: DE102007007503A
Authority: DE
Inventors: Frieder Haag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2008-08-21
Also published as: ITMI20080213A1; JP2008199031A; US20080206519A1; US7838981B2

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine sehr platzsparende Montagemöglichkeit für konventionell verkappte Bauelemente vorgeschlagen. Die Bauelementanordnung (10) umfasst mindestens ein Bauelement (1) mit einer Kappe (2), einen Träger (4) für das Bauelement (1) und Verbindungsmittel zur Montage des Bauelements (1) auf dem Träger (4) und zum elektrischen Anschluss des Bauelements (1). Erfindungsgemäß weist der Träger (4) mindestens eine Aussparung (5) auf. Das Bauelement (1) ist in Flip-Chip-Technik auf dem Träger (4) montiert, so dass die Kappe (2) in die Aussparung (5) eingefügt ist und das Bauelement (1) über Verbindungsbumps (6) im Randbereich der Aussparung (5) mit dem Träger (4) verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Bauelementanordnung umfassend mindestens ein Bauelement mit einer Kappe, einen Träger für das Bauelement und Verbindungsmittel zur Montage des Bauelements auf dem Träger und zum elektrischen Anschluss des Bauelements.
Viele mikromechanische Bauelemente umfassen bewegliche Strukturen, mit denen sich beispielsweise Beschleunigungen oder Drehraten erfassen lassen. Es ist bekannt, derartige Sensorelemente mit einer Kappe zu versehen, um die Sensorstruktur gegen Verschmutzung und mechanische Störeinwirkungen zu schützen. Als Träger für Schaltungsanordnungen mit verkappten Bauelementen werden in der Praxis meist Stanzgitter, sogenannte Leadframes, oder auch Leiterplatten verwendet. Verkappte Bauelemente werden in der Regel mit ihrer Unterseite auf den Träger geklebt und über Drahtbonds elektrisch kontaktiert. Aus Platzgründen werden auch häufig mehrere Chips, wie z. B. ein mikromechanisches Sensorelement und ein Auswerte-IC, übereinander gestapelt. Dadurch kann zwar Gehäusefläche eingespart werden, dafür vergrößert sich aber die Bauhöhe des Gehäuses.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 38 754 A1 wird vorgeschlagen, zwei Halbleiter-IC-Bauelemente in Flip-Chip-Technik miteinander zu verbinden und diesen Bauelementverbund dann in bzw. über einer entsprechenden Aussparung in einem Träger zu montieren. Dazu ist jedeweils eine Oberfläche der beiden Halbleiter-IC-Bauelemente als Anschlussseite präpariert. Diese Anschlussseiten sind einander zugewandt und die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den beiden Halbleiter-IC-Bauelementen wird einfach über entsprechend angeordneten Kontaktelementen hergestellt. Die Abmessungen und die Positionierung der beiden Halbleiter-IC-Bauelemente sind so gewählt, dass eines der beiden Bauelemente über den Randbereich des Anderen hinausragt. Auf diese Weise ist es einfach möglich, ein Bauelement des Verbundes in einer entsprechend dimensionierten Aussparung des Trägers anzuordnen und den Verbund dann ebenfalls in Flip-Chip-Technik über die Anschlussseite des anderen Bauelements auf dem Träger zu montieren.
Offenbarung der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine sehr platzsparende Montagemöglichkeit für konventionell verkappte Bauelemente vorgeschlagen.
Dazu weist der Träger der Bauelementanordnung mindestens eine Aussparung auf. Das Bauelement wird erfindungsgemäß in Flipp-Chip-Technik auf dem Träger montiert, und zwar so, dass die Kappe in die Aussparung eingefügt ist und das Bauelement über Verbindungsbumps im Randbereich der Aussparung mit dem Träger verbunden ist.
Mit der Erfindung wird also vorgeschlagen, die Flip-Chip Technik zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Fixierung auch bei verkappten Bauelementen anzuwenden, obwohl diese nicht mit einer frei zugänglichen Anschlussoberfläche ausgestattet sind. Die geringe Bauhöhe der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung ist im Wesentlichen auf das Einfügen der Bauelementkappe in einer entsprechenden Aussparung des Trägers zurückzuführen. Der geringe Platzbedarf beruht aber auch auf dem Einsatz der Flip-Chip-Technik, die eine sehr dichte Anordnung von Bauelementen auf dem Träger gestattet.
Die erfindungsgemäße Bauelementanordnung lässt sich nicht nur mit verkappten Einzelchips realisieren sondern auch mit Chipstacks, bei denen der oberste Chip mit einer Kappe versehen ist. Diese Variante erweist sich insbesondere im Hinblick auf eine vergleichsweise geringe Bauhöhe der Anordnung bei besonders kleiner Gehäusefläche als vorteilhaft.
Um das Handling der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung zu vereinfachen, sollte die Kappe des Bauelements plan mit dem Träger bzw. der Trägerrückseite abschließen. In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Dicke des Trägermaterials und die Dicke der Verbindungsbumps an die Höhe der Kappe angepasst sind. Insbesondere die Verbindungsbumps gestatten eine einfache Nivellierung zwischen der Kappe und dem Träger. Als Träger eignen sich beispielsweise Laminate, wie Leiterplatten, oder auch Stanzgitter, sogenannte Leadframes, die einfach mit Ausnehmungen für die Bauelementkappe versehen werden können. In Verbindung mit diesen Trägermaterialien können die Verbindungsbumps beispielsweise einfach in Form von Lotbumps, Kupfer- oder Goldbumps oder Klebemittelbumps realisiert werden.
Zur zusätzlichen Stabilisierung der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung kann das montierte Bauelement noch zumindest teilweise in eine Moldmasse eingebettet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
1 zeigt eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung in einer schematischen Schnittdarstellung;
2 zeigt eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung ebenfalls in einer schematischen Schnittdarstellung; und
3 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein verkapptes Bauelement für eine Montage entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die in 1 dargestellte Bauelementanordnung 10 umfasst ein mikromechanisches Bauelement 1 mit einer Kappe 2 und ein Halbleiter-IC-Bauelement 3, die auf einem gemeinsamen Träger 4 nebeneinander „side by side" montiert sind.
Im Träger 4 ist eine Aussparung 5 ausgebildet, die entsprechend der Kappe 2 des Bauelements 1 dimensioniert ist. Das verkappte Bauelements 1 wurde mit der Kappe 2 in die Aussparung 5 eingesetzt, so dass der über die Kappe 2 hinausragende Randbereich des Bauelements 1 den die Aussparung 5 umgebenden Randbereich des Trägers 4 überlappt. In diesem Überlappungsbereich sind Verbindungsbumps 6 angeordnet, die sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Bauelement 1 und dem Träger 4 bilden. Außerdem kann über die Verbindungsbumps 6 ein Höhenausgleich zwischen der Kappe 2 und dem Träger 4 realisiert werden, so dass die Kappe 2 nicht aus der Unterseite des Trägers 4 hinausragt. Die Kappe 2 sollte also nicht dicker sein als die Dicke des Trägers 4 plus der Dicke der Verbindungsbumps 6.
Das Halbleiter-IC-Bauelement 3 ist mit seiner Rückseite mechanisch auf dem Träger 4 fixiert. Die elektrische Verbindung wird hier über Bonddrähte 7 hergestellt.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die gesamte Bauelementanordnung 10 noch mit einer Moldmasse 8 umspritzt, so dass die beiden Bauelemente 1 und 3 vollständig eingebettet und gut geschützt sind.
Für den in 1 dargestellten „side by side"-Aufbau eignen sich besonders Laminate, wie Leiterplatten, als Träger. Die Verbindungsbumps können in Form von Lotbumps, Copper Pillar Bumps, Stud Bumps oder auch Klebe-File-Chip-Bumps realisiert sein.
Die in 2 dargestellte Bauelementanordnung 20 umfasst einen Chipstack 21, der auf einem Träger 24 montiert ist. Der Chipstack 21 besteht aus einem mikromechanischen Bauelement 1 mit einer Kappe 2 und einem Halbleiter-IC-Bauelement 3, wobei das verkappte Bauelement 1 auf dem Bauelement 3 angeordnet und mit diesem verbunden ist.
Auch hier ist im Träger 24 eine Aussparung 25 ausgebildet, die entsprechend der Kappe 2 des Bauelements 1 dimensioniert ist. Der Chipstack 21 wurde kopfüber mit der Kappe 2 in die Aussparung 25 eingesetzt, so dass der über die Kappe 2 hinausragende Randbereich des Bauelements 1 den die Aussparung 5 umgebenden Randbereich des Trägers 4 überlappt. Wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in diesem Überlappungsbereich Verbindungsbumps 26 angeordnet, die eine mechanische Verbindung zwischen dem Chipstack 21 und dem Träger 24 bilden. Außerdem kann zumindest das Bauelement 1 des Chipstacks 21 über die Verbindungsbumps 26 elektrisch kontaktiert werden. Die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiter-IC-Bauelement 3 des Chipstacks 21 und dem Träger 24 wird hier über Bonddrähte 27 hergestellt.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Dicke der Verbindungsbumps 26 so gewählt, dass die Kappe 2 mit der Unterseite des Trägers 24 plan abschließt, um eine möglichst geringe Bauhöhe zu erzielen. Wie im Fall der 1 wurde die gesamte Bauelementanordnung 20 noch mit einer Moldmasse 28 umspritzt, so dass der Chipstack 21 bis zur Oberseite der Kappe 2 vollständig eingebettet und gut geschützt ist.
Der in 2 dargestellte Aufbau wird bevorzugt mit Stanzgittern als Träger realisiert, wobei ebenfalls Lotbumps, Copper Pillar Bumps, Stud Bumps oder auch Klebe-File-Chip-Bumps als Verbindungsbumps dienen können.
Die erfindungsgemäße Bauelementanordnung kann besonders einfach realisiert werden, wenn die Kappe geometrisch isoliert auf dem Bauelement sitzt. Sie lässt sich aber auch realisieren, wenn das Bauelement zusammen mit einer Vielzahl von gleichartigen Bauelementen in einem Wafer ausgebildet wird, der dann mit einem entsprechend strukturierten Kappenwafer versehen wird, so dass die Bauelemente nach dem Vereinzeln lediglich einen vergleichsweise schmalen, über die Kappe hinausragenden Randbereich aufweisen. Ein derartiger Verbund 30 ist in 3 dargestellt. Die Kappe 32 ist hier als Teil eines strukturierten Kappenwafers auf ein mikromechanisches Sensorelement 31 aufgebondet. Um diesen Verbund 30 erfindungsgemäß auf einem Träger zu montieren, muss dieser mit einer Aussparung versehen werden, die im Wesentlichen dem Negativ der Kappenform entspricht. 3 veranschaulicht zudem die Anordnung von Verbindungsbumps 36 im über die Kappe 32 hinausragenden Randbereich des Sensorelements 31.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10138754 A1 [0003]

Claims

Bauelementanordnung (10) umfassend – mindestens ein Bauelement (1) mit einer Kappe (2), – einen Träger (4) für das Bauelement (1) und – Verbindungsmittel zur Montage des Bauelements (1) auf dem Träger (4) und zum elektrischen Anschluss des Bauelements (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) mindestens eine Aussparung (5) aufweist und dass das Bauelement (1) in Flipp-Chip-Technik auf dem Träger (4) montiert ist, so dass die Kappe (2) in die Aussparung (5) eingefügt ist und das Bauelement (1) über Verbindungsbumps (6) im Randbereich der Aussparung (5) mit dem Träger (4) verbunden ist.
Bauelementanordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement einen Chipstack (21) umfasst.
Bauelementanordnung (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Trägermaterials und die Dicke der Verbindungsbumps (6, 26) an die Höhe der Kappe (2) angepasst sind.
Bauelementanordnung (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laminat oder ein Leadframe als Träger (4, 24) dient.
Bauelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Lotbumps, Kupfer- oder Goldbumps oder Klebemittelbumps als Verbindungsbumps dienen.
Bauelementanordnung (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das montierte Bauelement (1, 21) zumindest teilweise in eine Moldmasse (7, 27) eingebettet ist.