DE102009032998A1

DE102009032998A1 - Bauelement mit Kontaktelementen

Info

Publication number: DE102009032998A1
Application number: DE102009032998A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Günter Oppermann; Martin Franosch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: US8319344B2; DE102009032998B4; US20130082392A1; US8884437B2; US20100007016A1

Abstract

Ein elektrisches Bauelement mit Kontaktelementen weist eine Struktur (100) mit einer Hauptfläche (106) auf. Die Struktur (100) enthält ein Array von Hohlräumen (1021, 1022) und ein Array von Überhanggebieten (205), wobei jedes Überhanggebiet eine Öffnung zu einem der Hohlräume begrenzt. Das elektrische Bauelement enthält weiterhin ein Array von Kontaktelementen (102), wobei jedes Kontaktelement (102) einen der Hohlräume (1021, 1022) nur teilweise füllt und über die Hauptfläche (106) der Struktur vorsteht.

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Bauelemente mit Kontaktelementen sowie ein Verfahren zum Anbringen eines Kontaktelements an einer Struktur.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, die bisher bekannten Techniken zum Ausbilden von elektrischen und mechanischen Verbindungen zu bereichern.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein eingehenderes Verständnis von Ausführungsformen vermitteln. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der damit einhergehenden Vorteile von Ausführungsformen lassen sich ohne Weiteres verstehen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen einander entsprechende oder ähnliche Teile.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine Struktur gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Struktur von 1 entlang der Linie A-A'.
3 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Struktur von 1 entlang der Linie B-B'.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Ausführungsform darstellt.
5 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Struktur von 1 entlang der Linie A-A' in einem ersten Stadium während der Herstellung.
6 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Struktur von 1 entlang der Linie A-A' in einem zweiten Stadium während der Herstellung.
7 zeigt eine Draufsicht auf eine Struktur gemäß einer Ausführungsform.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine Struktur gemäß einer Ausführungsform.
9 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Struktur von 8 entlang der Linie E-E'.
10 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer gegenüber einer Montageplattform positionierten Struktur.
11 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer fest an einer Montageplattform montierten Struktur.
12 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Struktur gemäß einer vierten Ausführungsform.
13 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Struktur von 12 entlang der Linie C-C'.
14 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Struktur von 12 entlang der Linie D-D'.
15 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Halbleiterchips mit vorstehenden Kontaktteilen.
16 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Trägers mit vorstehenden Kontaktteilen.
17 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Polymerstruktur auf einem Halbleiterchip, wobei die Polymerstruktur vorstehende Kontaktteile enthält.
18A-D zeigen eine Ausführungsform eines Prozesses zum Füllen von Öffnungen in einer Struktur unter Verwendung eines Saugverfahrens für geschmolzenes Metall.
In der folgenden Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. In dieser Hinsicht werden Richtungsbegriffe wie etwa „Oberseite”, „Unterseite”, „Vorderseite”, „Rückseite”, „vorderer”, „hinterer” usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, werden die Richtungsbegriffe zu Zwecken der Darstellung verwendet und sind in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die hierin beschriebenen Strukturen können auf einem Halbleiterchip angeordnet werden. Sie können als Kontaktstrukturen dienen, um dafür zu sorgen, dass elektrische Kontaktelemente an externe Anwendungen wie etwa PCBs (Printed Circuit Boards – gedruckte Leiterplatten) oder andere Arten von Chipträgern gekoppelt werden. Weiterhin können sie als Gehäuse oder Packages zum Aufnehmen von aktiven oder passiven Komponenten oder mechanischen Elementen dienen. Als ein Beispiel können solche Gehäuse zum Aufnehmen von BAW-Filtern (Bulk Acoustic Wave – akustische Volumenwelle) auf Halbleiterchips oder sogenannten MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems – mikroelektromechanische Systeme) verwendet werden, wobei mikromechanische bewegliche Strukturen wie etwa beispielsweise Brücken, Membranen oder Lamellenstrukturen innerhalb des Gehäuses vorgesehen werden können. Solche mikromechanischen beweglichen Strukturen sind beispielsweise in verschiedenen Arten von Sensoren wie etwa zum Beispiel Mikrofonen, Beschleunigungssensoren usw. implementiert. Die hierin beschriebenen Strukturen können aus Fotolackmaterialien hergestellt sein, oder Formmaterialien wie etwa zum Beispiel Kunststoffe auf Silikon- oder Epoxidharzbasis, wie sie für die Halbleiterbauelementkapselung verwendet werden, könnten verwendet werden.
Weiterhin könnten die Strukturen als Halbleiterbauelemente dienen. In diesem Fall können sie aus Halbleitermaterialien bestehen, zum Beispiel können sie Siliziumsubstrate, Germaniumsubstrate, GaAs-Substrate, SiC-Substrate, ganz oder teilweise oxidiertes makroporöses Silizium usw. enthalten. Sie können integrierte aktive Komponenten, zum Beispiel Transistoren, Dioden, bewegliche mechanische Strukturelemente, optische Detektoren oder Emitterelemente, Sensorelemente usw. enthalten.
Noch weiter können die hierin beschriebenen Strukturen als Träger zum Festhalten von aktiven oder passiven Halbleiterbauelementen, zum Beispiel Chips, Widerständen, Induktionsspulen usw. dienen. In diesem Fall können die Strukturen als PCBs, dielektrische Träger, Mehrschichtträger wie zum Beispiel aufgebaute Schichten aus SBU-Laminatsubstraten (Sequential Build-Up), Zwischenträger, die oftmals als „Interposer” bezeichnet werden, Keramiksubstrate oder beliebige andere Arten von Montageplattformen ausgelegt werden, die dazu verwendet werden, aktive oder passive Halbleiterbauelemente zu montieren. Als Träger dienende Strukturen können aus dielektrischen Materialien oder aus den gleichen Halbleitermaterialien wie oben erwähnt hergestellt sein und können optional wie oben erwähnt auch integrierte aktive Komponenten enthalten. Wenn Halbleiterstrukturen als Träger verwendet werden, können sie ein oder mehrere weitere Halbleitersubstrate (d. h. „Chips”) aufnehmen, die selbst als Träger dienen können und/oder die integrierte aktive Komponenten enthalten können. Auf diese Weise kann eine Halbleiterstruktur als ein Träger zum Herstellen von kompakten, hoch integrierten SiP-Modulen (System in Package) verwendet werden.
Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die hier beschriebenen Strukturen eine oder mehrere passive oder aktive Komponenten einbetten oder können lediglich die Funktion eines Trägers zum Stützen einer oder mehrerer passiver oder aktiver Komponenten (z. B. integrierten Schaltungen) aufweisen oder können sowohl eine oder mehrere passive oder aktive Komponenten einbetten und eine oder mehrere andere Strukturen stützen, die eine oder mehrere passive oder aktive Komponenten einbetten.
Die hier beschriebenen Struktruren enthalten mindestens einen Hohlraum, der sich von einer Hauptfläche des Substrats in das Substrat hinein erstreckt. Dieser Hohlraum wird als ein Loch für eine elektrisch leitende Durchführung oder ein elektrisch leitendes Via verwendet. Elektrisch leitende Durchführungen können von einer Hauptfläche zu der anderen Hauptfläche der Struktur reichen, d. h. die Struktur durchdringen. Bei einer Ausführungsform können die Hohlräume Sacklöcher sein, die von einer Hauptoberfläche der Struktur aus verlaufen, um mit einer internen Verdrahtung der Struktur wie etwa zum Beispiel einer Metallschicht in einer Mehrschicht-PCB oder -SBU oder einer Metallschicht innerhalb einer integrierten Schaltung zu verbinden.
Die Hohlräume können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. In vielen Fällen, wenn zum Beispiel die Struktur aus einem Halbleiter- oder Lackmaterial hergestellt ist, ist Fotolithographie ein geeigneter Prozess zum Herstellen solcher Hohlräume.
Die Hohlräume in der Struktur können besonders kleine Querschnittsflächen und Abstände aufweisen. Wenn die Struktur zum Beispiel aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, ist es möglich, eine Hohlraumdichte auf der Oberfläche der Struktur zu erzeugen, die den seitlichen strukturellen Abmessungen eines integrierten Halbleiters entspricht, die zum Beispiel nur einige wenige 100 nm betragen kann. Wenn die Struktur aus einem Lack hergestellt ist, kann die Hohlraumdichte auf der Oberfläche der Struktur immer noch nur einige wenige Mikrometer betragen. Verdrahtungen auf beiden Seiten der Struktur können somit elektrisch zusammengeschaltet bzw. miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird es möglich, kurze elektrische Verbindungen zwischen Elektronikkomponenten herzustellen, die auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Struktur oder innerhalb einer Struktur und auf einer oder beiden Hauptoberflächen der Struktur angeordnet sind. Folglich kann die Oberfläche einer vorbestimmten Struktur wirtschaftlich genutzt werden, und Packagegrößen können auf ein Minimum reduziert werden. Beispielsweise ist es möglich, direkte Zwischenverbindungen zwischen auf einer Hauptoberfläche der Struktur angeordneten Kontaktteilen und Chipkontakten einer integrierten Schaltung, an der die Struktur montiert ist, herzustellen. Da die Positionen der elektrisch leitenden Durchführungen auf die Positionen der Chipkontakte ausgerichtet sind, können die Durchführungen kurze Verbindungen zu den Kontaktteilen bereitstellen, damit beispielsweise schnelle Signale (z. B. HF-Signale) nach außen zu einer externen Schaltungsanordnung ohne Störungen und mit einem Minimum an Verzögerung weitergeleitet werden.
Das in den mindestens einen Hohlraum gebrachte, elektrisch leitende Material kann durch einen Schmelzbad-Flüssigmetallfüllprozess eingeleitet werden. Solche Schmelzbad- Flüssigmetallfüllprozesse sind preiswert und eignen sich für aus vielen verschiedenen Materialien hergestellte Strukturen. Andere mögliche Techniken zum Einleiten des elektrisch leitenden Materials in die Hohlräume sind CVD (Chemical Vapor Deposition- chemische Abscheidung aus der Dampfphase), PVD (Physical Vapor Deposition – physikalische Abscheidung aus der Dampfphase), galvanisches oder stromloses Plattieren oder Druckprozesse.
Die 1 bis 3 veranschaulichen eine Ausführungsform einer Struktur 100, die auf einem Substrat 101 angeordnet ist und einen Hohlraum 102 aufnimmt. In der Regel sind mehrere solche Hohlräume 102 in der Struktur 102 enthalten. Der Hohlraum 102 besteht aus einem ersten Teilhohlraum 1021 und einem zweiten Teilhohlraum 1022. Der erste Teilhohlraum 1021 kann so ausgelegt sein, dass er in der Draufsicht von 1 eine kreisförmige Gestalt besitzt. Der zweite Teilhohlraum 1022 ist fluidisch mit dem ersten Teilhohlraum 1021 verbunden und kann so ausgelegt sein, dass er in der Draufsicht von 1 eine schlitzartige Grabengestalt aufweist.
2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 1. Die gestrichelte Linie 1023 wird zum Darstellen des Übergangs von dem ersten Teilhohlraum 1021 zum zweiten Teilhohlraum 1022 verwendet. Sowohl der erste Teilhohlraum 1021 als auch der zweite Teilhohlraum 1022 können die Struktur 100 durchdringen. Der erste Teilhohlraum 1021 und der zweite Teilhohlraum 1022 können sich voneinander dadurch unterscheiden, dass eine Oberflächenzone 103 des ersten Teilhohlraums 1021 aus einem benetzbaren Material wie etwa zum Beispiel einem Metallmaterial oder dergleichen hergestellt ist, wohingegen eine Oberflächenzone 104 des zweiten Teilhohlraums 1022 aus einem weniger oder nicht benetzbaren Material hergestellt ist. Die Oberflächenzonen 103, 104 können sich am Boden des ersten bzw. zweiten Teilhohlraums 1021 bzw. 1022 befinden. Wie in 2 und 3 dargestellt, kann das Substrat 101 den Boden des ersten und zweiten Teilhohlraums 1021, 1022 definieren. In diesem Fall kann das benetzbare Material der Oberflächenzone 103 in dem ersten Teilhohlraum 1021 durch eine auf dem Substrat 101 angeordnete Metallisierungsschicht implementiert sein. Das Material der Oberflächenzone 104 im zweiten Teilhohlraum 1022 kann durch das bloße Material des Substrats 101 implementiert sein oder kann durch eine auf dem Substrat 101 bereitgestellte Beschichtung (wie etwa zum Beispiel eine Polymerbeschichtung, eine SiO₂-Beschichtung oder eine Si₃N₄-Beschichtung) hergestellt sein. Weiterhin ist anzumerken, dass sich der Boden des ersten Teilhohlraums 1021 und der Boden des zweiten Teilhohlraums 1022 nicht auf der gleichen Höhe zu befinden brauchen.
Beispielhaft kann das Substrat 101 eine integrierte Schaltung sein (d. h. ein Chip). Die benetzbare Oberflächenzone 103 kann durch eine Metallisierungsschicht implementiert werden, beispielsweise ein Chip-Pad (z. B. einen Chipkontakt). Wie in Verbindung mit 17 ausführlicher erläutert wird, kann die Struktur 100, wie in 1 bis 3 dargestellt, Teil eines Polymergehäuses zum Aufnehmen beispielsweise eines BAW-Filters oder eines MEMS (Micro-Electro Mechanical System) sein.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der in 1 und 2 dargestellten Anordnung entlang einer Schnittlinie B-B'. Die Schnittlinie B-B' verläuft von einer Hauptwand zu der gegenüberliegenden Hauptwand des schlitzartigen zweiten Teilhohlraums 1022. Somit stellt die Abmessung S eine seitliche Mindestabmessung des zweiten Teilhohlraums 1022 dar.
Der zweite Teilhohlraum 1022 kann mit einem Einschnürungs- oder Überhanggebiet 105 ausgestattet sein, das an der Öffnung des zweiten Teilhohlraums 1022 in der Nähe der oberen Oberfläche 106 der Struktur 100 angeordnet ist. Allgemein ist die Überhangregion 105 so ausgelegt, dass sie eine Querschnittsöffnungsfläche 1051 des zweiten Teilhohlraums 1022 definiert, die kleiner ist als eine Querschnittsfläche 1024, die durch die Wände des zweiten Teilhohlraums 1022 an einem Gebiet unter dem Überhanggebiet 105 definiert ist.
Bei einer Ausführungsform kann das Überhanggebiet 105 zum Beispiel als ein schlitzartiges Loch ausgelegt sein, wie in 1 bis 3 dargestellt. In diesem Fall kann die Schlitzbreite W entlang der Schnittlinie B-B' kleiner sein als die Grabenbreite S entlang der Schnittlinie B-B'.
Eine seitliche Mindestabmessung des ersten Teilhohlraums 1021 ist in 1 durch H bezeichnet. In der Regel ist H wesentlich größer als die seitliche Mindestabmessung S des zweiten Teilhohlraums 1022 (unter dem Überhanggebiet 105 gemessen). Somit „öffnet” sich der zweite Teilhohlraum 1022 in den ersten Teilhohlraum 1021.
Es wird angemerkt, dass mehrere solche zweite Teilhohlräume 1022 in Verbindung mit dem ersten Teilhohlraum 1021 vorgesehen sein können. Beispielhaft kann bei einer in 7 dargestellten Ausführungsform ein zweiter Teilhohlraum 1032 gegenüber dem ersten Teilhohlraum 1022 vorgesehen sein.
Die Herstellung der ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 in der Struktur 100 kann auf viele verschiedene Weisen ausgeführt werden, die von dem Material der Struktur 100 abhängen können. Wenn beispielsweise die Struktur 100 aus einem Fotolackmaterial hergestellt ist, können die ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 sowie das Überhanggebiet 105 durch Fotolithographie ausgebildet werden. In einem ersten Prozess wird die Struktur 100 als eine kontinuierliche Schicht auf dem Substrat 101 erzeugt. Dann wird eine erste Maske verwendet, um die obere Hauptoberfläche 106 einer ersten Strahlung mit einer Wellenlänge von zum Beispiel 365 nm zu belichten. Die erste Maske blockiert die Belichtung der Struktur 100 dort, wo die ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 ausgebildet werden sollen. Die erste Maske wird auf die Oberflächenzone (Metallisierung) 103 ausgerichtet, um zu garantieren, dass der erste Teilhohlraum 1021 in einer vertikalen Projektion über einem Bereich ausgebildet wird, der die Oberflächenzone 103 enthält, wohingegen der zweite Teilhohlraum 1022 in einer vertikalen Projektion neben der Oberflächenzone 103 ausgebildet wird. Die Intensität und Wellenlänge der ersten Strahlung werden derart gewählt, dass belichtete Teile der Struktur 100 von der ersten Strahlung vollständig durchdrungen werden.
Eine zweite Maske wird verwendet, um das Gebiet, wo das Überhanggebiet 105 ausgebildet werden soll, durch eine zweite Strahlung mit einer Wellenlänge von zum Beispiel 313 nm zu belichten. Bei einem in 1 bis 3 dargestellten Beispiel kann für die zweite Belichtung ein doppelstreifiges Belichtungsmuster verwendet werden. Die Wellenlänge und/oder die Intensität der zweiten Strahlung werden derart gewählt, dass nur eine kleine Eindringtiefe (z. B. etwa 0 bis 10 μm oder mehr) verwendet wird. Die Eindringtiefe der zweiten Belichtung definiert die Dicke des Überhanggebiets 105 in einer vertikalen Richtung (3). Dann werden belichtete Teile der Struktur 100 geätzt. Dadurch wird der Hohlraum 102 hergestellt.
Wenn die Struktur 100 aus einem Halbleitermaterial wie etwa Silizium hergestellt ist, stellt ein Mehrschichtätzen eine mögliche Produktionsvariante dar. Die obere Hauptoberfläche 106 der Halbleiterstruktur 100 kann aus einer Deckschicht mit anderen Ätzeigenschaften als die Halbleiterstruktur 100 darunter hergestellt sein. Die Deckschicht kann eine harte Passivierungsschicht wie etwa zum Beispiel eine Siliziumoxid-, Siliziumnitrid- oder Siliziumkarbidschicht sein. Zuerst werden die Öffnungsfläche des ersten Teilhohlraums 1021 und die öffnungsfläche 1051 des zweiten Teilhohlraums 1022 unter Verwendung des Halbleitermaterials (z. B. Silizium) als ein Ätzstopp in der Deckschicht geätzt. Dann werden die ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 unter Verwendung eines entsprechenden isotropen oder teilweise isotropen Ätzmittels in das Halbleitermaterial geätzt. Somit kann das Überhanggebiet 105 des zweiten Teilhohlraums 1022 während des Deckschichtätzens ausgebildet werden, und die Querschnittsflächen innerhalb eines Hohlraums 102 können durch Steuerung der Ätzparameter während der Halbleitermaterialätzoperation eingestellt werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Struktur 100 eine Dicke innerhalb des Bereichs von 25 bis 2000 μm und optional innerhalb des Bereichs von 50 bis 250 μm aufweisen. Der erste Teilhohlraum 1021 kann einen Durchmesser oder eine seitliche Mindestabmessung H innerhalb eines Bereichs von z. B. 2 bis 200 μm und optional innerhalb eines Bereichs von 20 bis 100 μm aufweisen, z. B. etwa 50 μm. Die seitliche Mindestabmessung S des zweiten Teilhohlraums 1022 ist kleiner als die seitliche Mindestabmessung H des ersten Teilhohlraums 1021 und kann weniger als 30 μm betragen, bei einer Ausführungsform 20 μm oder sogar 10 μm. Die Breite W des Überhanggebiets 105 kann nur einige wenige μm betragen, etwa 1, 2 oder 5 oder mehr μm kleiner als die Breite S. Beispielsweise kann die Breite W 5% kleiner sein als die Breite S. Es ist jedoch auch möglich, dass die Breite W erheblich kleiner ist als die Breite S, beispielsweise um einen Faktor von mindestens 2, 3 oder mehr.
Weiterhin ist anzumerken, dass das Überhanggebiet 105 durch einen Verschluss (nicht dargestellt) ersetzt sein kann, der den zweiten Teilhohlraum 1022 vollständig bedeckt und nach oben abschließt. In diesem Fall besteht keine Verbindung des zweiten Teilhohlraums 1022 zu der oberen Hauptoberfläche 106 der Struktur 100.
Die ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 können so ausgebildet sein, dass sie Durchgangslöcher bilden, oder sie können so ausgelegt sein, dass sie Sacklöcher bilden. Im zweiten Fall wird das Substrat 100 nicht benötigt. In diesem Fall, ähnlich den vorausgegangenen Ausführungsformen, kann der Boden oder ein Seitenwandabschnitt des ersten Teilhohlraums 1021 mit einer Oberflächenzone 103 bedeckt sein, die aus einem benetzbaren Material hergestellt ist (z. B. einem Metallmaterial). Im Gegensatz dazu ist kein benetzbares oder weniger benetzbares Material an dem Boden oder Seitenwandabschnitt des zweiten Teilhohlraums 1022 vorgesehen. Eine Ausführungsform eines Herstellungsprozesses zum Bereitstellen der Struktur 100 einschließlich eines Hohlraums 102 mit einem ersten und einem zweiten Teilhohlraum 1021 bzw. 1022 wird in 4 bei S1 dargestellt.
Nach der Ausbildung des Hohlraums 102 werden die ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 mit einem elektrisch leitenden Material 110 gefüllt. Dies ist in 4 bei S2 bezeichnet und in 5 dargestellt. Das Füllen kann für mehrere Hohlräume 102 parallel bewirkt werden. Bei einer Ausführungsform kann zum Füllen der ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 die Struktur 100 oder Anordnung 100, 101, in 1 bis 3 dargestellt, in die Schmelze des elektrisch leitenden Materials 110 getaucht werden. Auf diese Weise kann die Schmelze gleichzeitig in die ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 eindringen und verfestigt sich bei Entfernen der Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 aus der Schmelze. Ein beispielhafter Prozess, der diese Technik veranschaulicht, wird weiter unten in Verbindung mit den 18A bis 18D eingehender erläutert. Andere Ansätze zum Füllen der ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 sind ebenfalls möglich.
Zum Beispiel nach dem vollständigen Füllen der ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 mit dem elektrisch leitenden Material 110 wird das leitende Material 110 erhitzt. Das Erhitzen bewirkt, dass das leitende Material 110 schmilzt, siehe S3 von 4. Bei einer Ausführungsform bleibt das geschmolzene leitende Material 110 in dem ersten Teilhohlraum 1021, weil das benetzbare Material in der Oberflächenzone 103 nicht gestattet, dass die Flüssigkeit den ersten Teilhohlraum 1021 verlässt. Der zweite Teilhohlraum 1022 ist jedoch nicht mit einer benetzbaren Oberflächenzone ausgestattet. Deshalb kann das geschmolzene leitende Material 110 in dem zweiten Teilhohlraum 1022 den zweiten Teilhohlraum 1022 verlassen.
Die Fluiddynamik des verflüssigten leitenden Materials 110 hängt größtenteils von den Abmessungen der ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 ab. Wegen der Oberflächenspannung tendiert das flüssige leitende Material 110 im Allgemeinen dazu, sich in einer Gestalt zu rekonfigurieren, die innerhalb der von der Geometrie des Hohlraums 102 und der Adhäsionskraft des benetzbaren Materials in der Oberflächenzone 103 vorgegebenen Bedingungen so rund wie möglich ist. Da die Mindestbreite S des zweiten Teilhohlraums 1022 kleiner ist als die Mindestbreite H des ersten Teilhohlraums 1021, verlässt das flüssige leitende Material 110 den zweiten Teilhohlraum 1022 und steht aus einer Öffnung des ersten Teilhohlraums 1021 über die Hauptoberfläche 106 der Struktur 100 vor. Man beachte, dass in dem zweiten Teilhohlraum 1022 keine benetzbare Oberflächenzone vorgesehen ist, um diesen Prozess zu blockieren.
Allgemein nimmt die Oberflächenspannung des geschmolzenen leitenden Materials 110 mit schrumpfenden Abmessungen des Hohlraums 102 zu. Wenn S kleiner ist als H, besitzt das geschmolzene Material 110 somit einen höheren Kapillardruck in dem zweiten Teilhohlraum 1022 als im ersten Teilhohlraum 1021. Wenn der Kapillardruck in dem zweiten Teilhohlraum 1022 den Umgebungsdruck (z. B. 1 bar) übersteigt, gibt es eine Tendenz, dass das verflüssigte leitende Material 110 den zweiten Teilhohlraum 1022 in einer vertikalen Richtung verlässt, anstatt seitlich in den ersten Teilhohlraum 1021 auszutreten. Es hat sich herausgestellt, dass in Fällen, wenn S kleiner ist als etwa 30 μm, dieser unerwünschte Effekt auftreten kann. Das Einschnürungs- oder Überhanggebiet 105 ist bereitgestellt, um zu verhindern, dass das verflüssigte leitende Material 110 den zweiten Teilhohlraum 1022 in einer vertika len Richtung durch die Öffnung des zweiten Teilhohlraums 1022 an der Hauptoberfläche 106 verlässt. Das Verhältnis der Breite W zu der Grabenbreite S kann gemäß den tatsächlichen Anforderungen gewählt werden, die durch mehrere Parameter beeinflusst werden, unter ihnen die Abmessungen S, H, die Oberflächenspannung des verwendeten leitenden Materials 110, der Umgebungsdruck und etwaige ungewollte Oxidation des verflüssigten leitenden Materials 110, was seine Rekonfiguration hinsichtlich der Gestalt behindern kann.
Wegen des Überhanggebiets 105 (oder optional eines entsprechenden Verschlusses des zweiten Teilhohlraums 1022) verlässt geschmolzenes leitendes Material 110 den Hohlraum 102 nur an der Öffnung des ersten Teilhohlraums 1021, um zum Reduzieren seiner internen Energie eine abgerundete Konfiguration anzunehmen. Folglich bildet der vorstehende Teil des geschmolzenen leitenden Materials 110 einen kugelförmigen Kontaktteil 111, der sich über dem ersten Teilhohlraum 1021 befindet. Dem zweiten Teilhohlraum 1022 wird das elektrisch leitende Material 110 fehlen, wie beispielsweise in der Ausführungsform von 6 dargestellt. Somit kann der zweite Teilhohlraum 1022 als ein Reservoir für das Halten von leitendem Material 110 wirken, das danach zum Ausbilden des Kontaktteils 111 ausgestoßen werden kann. Nach der Verfestigung wird ein Kontaktelement mit einem über die Hauptoberfläche 106 vorstehenden Kontaktteil 111 ausgebildet. Das Kontaktelement füllt den ersten Teilhohlraum 1021 vollständig. Bei dieser und anderen Ausführungsformen kann das Kontaktelement ein Volumen aufweisen, das kleiner ist als das doppelte Volumen des Hohlraums 102 und größer ist als z. B. das halbe Volumen des Hohlraums 102.
Die 8 und 9 zeigen Ansichten einer Ausführungsform, ähnlich den 1 bzw. 2. Der Hohlraum 102 besteht aus einem ersten Teilhohlraum 1021 und einem zweiten Teilhohlraum 1022. Der erste Teilhohlraum 1021 ist vollständig mit einem aus dem verfestigten leitenden Material 110 hergestellten Kontaktelement gefüllt. Das Kontaktelement besteht aus dem kugelförmigen Kontaktteil 111 und einem Abschnitt des verfestigten leitenden Materials 110, das den ersten Teilhohlraum 1021 füllt und begrenzt. Dem zweiten Teilhohlraum 1022 fehlt das elektrisch leitende Material 110. Bei einer Ausführungsform kann das Überhanggebiet 205 am zweiten Teilhohlraum 1022 einen Verschluss bilden, das heisst einen Deckel des zweiten Teilhohlraums 1022 ohne irgendein Loch an der Hauptoberfläche 106 der Struktur 100. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Überhanggebiet oder die Einschnürung 205 ein Loch oder eine Öffnung an der Hauptoberfläche 106 bilden, das oder die mit dem zweiten Teilhohlraum 1022 verbunden ist und nicht mit leitendem Material 110, d. h. dem Kontaktelement, gefüllt ist. In diesem Fall kann die Breite W dieses Lochs kleiner sein als die seitliche Mindestabmessung des ersten Teilhohlraums 1021 (z. B. der Durchmesser des Kontaktelements) und/oder kann im zuvor erwähnten Bereich liegen. In 8 ist die gestrichelte Linie 1025 eine Umrisslinie, die die Bodenfläche des Hohlraums 102 anzeigt. Der Boden des ersten Teilhohlraums 1021 und der Boden des zweiten Teilhohlraums 1022 brauchen sich nicht auf der gleichen Höhe zu befinden.
Weiterhin können die ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 mit benetzbaren bzw. weniger benetzbaren Oberflächenzonen ausgestattet sein, um die Rekonfiguration des geschmolzenen leitenden Materials 110 in das vorstehende Kontaktelement wie oben beschrieben zu unterstützen. Es wird auf in dieser Hinsicht auf die Beschreibung in Verbindung mit den oben beschriebenen Ausführungsformen Bezug genommen. Beispielhaft können sich diese Oberflächenzonen am Boden des Hohlraums 102 befinden (der wie in 2 und 3 beispielhaft gezeigt durch ein Substrat 101 implementiert sein kann).
Das oben beschriebene Verfahren kann mit einer Reihe von Varianten ausgeführt werden. Vor dem Erhitzen kann ein Mittel zugesetzt werden, das Oxidation verhindert oder von der Oberfläche des geschmolzenen leitenden Materials 110 entfernt.
Ein geeignetes Flussmittel oder ein anderes Reduktionsmittel wie z. B. Ameisensäure oder ein Wasserstoffplasma können verwendet werden. Das Erhitzen kann in einer Inertgas-Atmosphäre oder in einem Formiergas (z. B. N₂H₂) durchgeführt werden, um den Aufbau einer Oxidationsschicht an der Oberfläche des geschmolzenen leitenden Materials 110 zu vermeiden. Eine derartige Oxidationsschicht könnte den Austrag des geschmolzenen leitenden Materials 110 aus dem ersten Teilhohlraum 1021 blockieren.
Die Temperatur, die zum Schmelzen und Austragen des leitenden Materials 110 aus dem ersten Teilhohlraum 1021 erforderlich ist, kann über einen sehr großen Bereich variieren. Wenn die Struktur 100 aus einem Material mit geringer Temperaturstabilität hergestellt ist, wie beispielsweise einem Polymer, muss ein leitendes Material 110 mit einem niedrigen Schmelzpunkt gewählt werden. Als Beispiel kann ein SnAgCu-Lot verwendet werden, das einen Schmelzpunkt bei oder etwas über 200°C aufweisen kann (z. B. etwa 220°C) und deshalb eine Polymerstruktur 100 während des Erhitzens und Schmelzens nicht beschädigt.
Der Erhitzungsprozess kann im Allgemeinen in zwei verschiedenen Stadien innerhalb des Herstellungs- und Montageprozesses durchgeführt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Erhitzungsprozess so durchzuführen, um den sogenannten „Ball-Attach” zu bewirken. In diesem Fall kann der Erhitzungsprozess in der Anlage des Herstellers durchgeführt werden, um eine Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 herzustellen, die Kontaktelemente mit Kontaktteilen 111 (z. B. Löthöckern oder Lötkugeln) aufweist, die an den Vias oder Durchführungen angebracht sind, die durch das leitende Material 110 innerhalb der ersten Teilhohlräume 1021 hergestellt werden. Eine derartige Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 wird dann an den Kunden versandt. Der Kunde montiert die Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 an einer geeigneten Montageplattform wie etwa z. B. einer PCB durch einen herkömmlichen Aufschmelzprozess (Reflow-Prozess), d. h. durch Wiederaufschmelzen der vorstehenden Kontaktteile 111 in der Nähe der Montageplattform. In diesem Fall sind zwei Aufschmelzprozesse erforderlich (Ball-Attach und Aufschmelzmontage).
Als Alternative kann der Hersteller darauf verzichten, den Ball-Attach-Erhitzungsprozess durchzuführen. In diesem Fall wird die Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 an den Kunden mit Hohlräumen 102 versandt, die mit dem leitenden Material 110 gefüllt sind, aber ohne ausgebrachte Kontaktteile 111. Somit sind die zweiten Teilhohlräume 1022 immer noch geladen, wenn die Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 von dem Kunden erhalten wird. Das Ausbringen des geschmolzenen leitenden Materials 110 aus dem ersten Teilhohlraum 1021 und das Montieren der Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 an der Montageplattform (z. B. PCB) kann dann beim Kunden innerhalb eines Erhitzungs- oder Aufschmelzzyklus durchgeführt werden. Der Erhitzungs- oder Aufschmelzzyklus wird mit einer bei der Montageplattform angeordneten Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 durchgeführt.
Die 10 und 11 zeigen eine Ausführungsform eines derartigen Verfahrens als Beispiel. Die Anordnung 100, 101 ist mit gefüllten Hohlräumen 102 versehen und ist gegenüber von und in der Nähe einer Montageplattform 200, zum Beispiel einer PCB, einer Mutterplatine, einer MIP-Platine (Module-in-Package), einem MMP (Multi-Module Package), einem Trägersubstrat, einem Chipträger und/oder irgendeiner anderen Entität positioniert, die die Anordnung 100, 101 mit einer externen Schaltungsanordnung verbinden kann. Die Montageplattform 200 ist mit elektrischen Kontaktgliedern 201 wie z. B. gedruckten Drähten oder Leiterbahnen ausgestattet. Der Erhitzungs- oder Aufschmelzzyklus bewirkt, dass die Kontaktteile 111 aus den ersten Teilhohlräumen 1021 ausgestoßen werden und die Kontaktglieder 201 in Eingriff nehmen. Folglich ist die Anordnung 100, 101 nach der Verfestigung des elektrisch leitenden Materials 110 fest an der Montageplattform 200 montiert und elektrisch mit ihr verbunden (11).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Struktur 100 oder Anordnung 100, 101 mit mit dem leitenden Material 110 immer noch ungefüllten Hohlräumen 102 an den Kunden versandt werden. In diesem Fall werden sowohl der Füllprozess als der Montageprozess von dem Kunden bewerkstelligt.
Die 12 bis 14 zeigen Schnittansichten ähnlich jeweils den 1 bis 3. Die in den 12 bis 14 dargestellte Ausführungsform ist von der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform verschieden in Bezug auf das Design des Einschnürungs- oder Überhanggebiets 305. Bei einer Ausführungsform enthält das Überhanggebiet 305 eine Bedeckung, die mit einer Reihe von Löchern 3051 ausgestattet ist. Analog zum Überhanggebiet 105 bewirkt diese Art von Überhanggebiet 305, dass der zweite Teilhohlraum 1022 eine kleinere Querschnittsöffnungsfläche an dem Überhanggebiet 305 als in einem Gebiet unter dem Überhanggebiet 305 aufweist. Hier ist die Breite W durch den Durchmesser der Löcher 3051 dargestellt. Mit Ausnahme der unterschiedlichen Ausbildung des Überhanggebiets 305 gilt die Beschreibung in Verbindung mit der in 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform gleichermaßen für die in 12 bis 14 dargestellte Ausführungsform.
In Variationen der in 1 bis 3 und 12 bis 14 dargestellten Ausführungsformen kann das Einschnürungs- oder Überhanggebiet 105, 305 an dem zweiten Teilhohlraum 1022 weiterhin durch einen Verschluss ersetzt werden, d. h. einen Deckel ohne jegliches Loch. Der zweite Teilhohlraum 1022 kann dann in vertikaler Richtung vollständig geschlossen sein. Ebenfalls in diesem Fall wird auf die Beschreibung in Verbindung mit den oben beschriebenen Ausführungsformen verwiesen.
Die 15–17 zeigen beispielhaft verschiedene Ausführungsformen, die die Prinzipien der obenerwähnten Ausführungsformen verwenden. Unter Bezugnahme auf 15 enthält ein Halbleiterchip 1000 eine interne Verdrahtung 1001, die an eine aktive Komponente 1002 innerhalb des Halbleiterchips 1000 angeschlossen ist. Ein aus einem leitenden Material 110 hergestelltes erstes leitendes Element 1003 schaltet die interne Verdrahtung 1001 mit einem Kontaktteil (z. B. Lötkugel) 111 zusammen. Ein aus einem leitenden Material 110 hergestelltes zweites leitendes Element 1004 ist als eine Durchführung ausgelegt und verbindet einen ersten Kontaktteil (z. B. Lötkugel) 111A an einer Hauptoberfläche des Halbleiterchips 1000 mit einem zweiten Kontaktteil 111B an der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Halbleiterchips 1000.
16 zeigt einen Mehrschichtenträger 2000 wie etwa z. B. eine PCB, eine SBU oder ein Keramiksubstrat. Der Mehrschichtenträger 2000 kann mit einem aus leitendem Material 110 hergestellten ersten leitenden Element 2003 versehen sein, das einen Kontaktteil (z. B. Lötkugel) 111 mit einer ersten internen leitenden Schicht 2001 des Mehrschichtenträgers 2000 verbindet. Der Mehrschichtenträger 2000 kann mit einem aus leitendem Material 110 hergestellten zweiten leitenden Element 2004 ausgestattet sein, das einen Kontaktteil (z. B. Lötkugel) 111 mit einer zweiten internen leitenden Schicht 2002 des Mehrschichtenträgers 2000 verbindet. Der Mehrschichtenträger 2000 kann mit einem dritten leitenden Element 2005 ausgestattet sein, das aus einem leitenden Material 110 hergestellt ist und eine Durchführung bildet, um einen ersten Kontaktteil (z. B. Lötkugel) 111A an einer Hauptoberfläche des Mehrschichtenträgers 2000 mit einem zweiten Kontaktteil (z. B. Lötkugel) 111B an der gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Mehrschichtenträgers 2000 zu verbinden. Das dritte leitende Element 2005 kann optional weiter an eine dritte interne leitende Schicht 2006 angeschlossen sein.
17 zeigt ein an einem Halbleiterchip 1000 angebrachtes Polymergehäuse 3000. Das Polymergehäuse 3000 kann aus einem Fotolackmaterial wie etwa z. B. SU8 hergestellt sein. Eine Vertiefung 3001 in der unteren Oberfläche des Polymergehäuses 3000 bildet einen Hohlraum zum Aufnehmen einer geschützten Struktur 3002 wie etwa z. B. einem Sensor oder einer emittierenden Struktur, der oder die auf dem Halbleiterchip 1000 montiert ist. Die Vertiefung 3001 kann durch Multifrequenzlaserlithographie und Ätzen hergestellt werden. Die Struktur 3002 ist über Chip-Pads 3003 mit einer nicht gezeigten internen Verdrahtung des Halbleiterchips 1000 verbunden. Leitende Elemente 3004, 3005, die aus leitendem Material 110 hergestellt sind, verlaufen durch eine Seitenwandsektion 3006 des Polymergehäuses 3000, um die Chip-Pads 3003 an der oberen Oberfläche des Halbleiterchips 1000 mit Kontaktteilen (z. B. Lötkugeln) 111 an der oberen Oberfläche des Polymergehäuses 3000 zu verbinden. Die Kontaktteile 111 gestatten eine Flip-Chip-Montage der Baugruppe auf einer Montageplattform 200 (siehe 10, 11), oder gestatten, dass diese als ein Träger für ein gestapeltes Bauelement dient. Die Chip-Pads 3003 können das benetzbare Material an der Oberflächenzone 103 des Bodens der ersten Teilöffnungen 1021 bereitstellen, wie in den obenerwähnten Ausführungsformen beschrieben. Die in 17 gezeigte Chip-und-Gehäuse-Struktur kann vollständig auf Waferebene hergestellt werden. Bei allen in 15 bis 17 dargestellten Strukturen 1000, 2000, 3000 werden die durch die leitenden Elemente 1003, 1004, 2003, 2004, 2005, 3004, 3005 ausgebildeten Kontaktelemente und die Kontaktteile 111, 111A, 111B gemäß den beispielhaft in Verbindung mit den 1 bis 14 erläuterten Prinzipien hergestellt. Die zweiten Teilhohlräume 1022 sind in den 15 bis 17 nicht dargestellt. Es ist anzumerken, dass im Fall von relativ langen Kontaktelementen (z. B. Kontaktelemente 1004, 2004, 2005, die Durchführungen bilden oder in eine interne leitende Schicht eindringen) die zweiten Teilhohlräume 1022 möglicherweise die ersten Teilhohlräume 1021 nicht entlang ihrer ganzen Länge begleiten, sondern in einer geringeren Tiefe enden können, z. B. bei einer internen leitenden Schicht wie etwa z. B. für das in 16 dargestellte Beispiel an den obersten internen leitenden Schichten 2001 bzw. 2006.
Über die ganze Beschreibung hinweg kann das Füllen der Hohlräume 102 durch das leitende Material 110 durch Verwenden eines Schmelzmetallsaugverfahrens (MMSM – Molten Metal Suction Method) bewerkstelligt werden. Eine Ausführungsform dieses Füllverfahrens wird nun unter Bezugnahme auf die 18A bis 18D ausführlicher erläutert.
18A zeigt in schematischer Weise ein Bad 70 aus geschmolzenem Metall 110. Das geschmolzene Metall ist das elektrisch leitende Material 110, z. B. Lot. Das Bad aus geschmolzenem Metall 110 ist in einer Druckkammer 72 angeordnet, die an einem Einlass/Auslass 73 unter Druck gesetzt oder dekomprimiert werden kann.
Zuerst ist die Druckkammer 72 dekomprimiert, d. h., ein Vakuum ist angelegt. Dann wird, wie in 18B dargestellt, die Struktur 100, die Anordnung 100, 101 oder Baugruppe 1000, 2000, 3000, in 18A–D durch Bezugszeichen X bezeichnet, optional auf Waferebene, in das geschmolzene Metallbad 70 eingetaucht. Dann wird nach etwa z. B. einer Minute Eintauchen das Vakuum gebrochen und ein Druckgas kann in die Kammer 72 bis zum Beispiel zu Atmosphärendruck oder Überdruck eingeleitet werden. Zu dieser Zeit werden, wie in 18C gezeigt, die Hohlräume 102 durch den Differentialdruck zwischen der Vakuumumgebung in den Hohlräumen 102 und der unter Druck stehenden Umgebung der Kammer 72 mit dem geschmolzenen Metall 110 gefüllt. Nachdem der Druck z. B. für einige Minuten aufrecht erhalten worden ist, wird das Substrat X aus dem geschmolzenen Metallbad 70 herausgenommen und so abgekühlt, dass sich das Metall innerhalb der Hohlräume 102 verfestigt. Dann wird der Druck aufgehoben und die Struktur X wird aus der Druckkammer 72 entfernt.
Somit ermöglicht das Anlegen eines reduzierten Drucks es demleitenden Material 110 in schmale Hohlräume 102 einzudringen und selbige vollständig zu füllen. Der Druck in der luftdichten Druckkammer 72 bei dem Dekomprimierungsprozess (18A) kann im Bereich von z. B. 0,001 bis 100 mbar und optional weniger als 1 mbar liegen. Nach der Einleitung des verflüssigten leitenden Materials 110 in die Hohlräume 102 können Sacklöcher geöffnet werden, um falls, gewünscht, kontinuierliche Löcher (d. h. Durchgangslöcher) auszubilden.
Der zum Füllen der Hohlräume 102 erforderliche Druck (18C) hängt hauptsächlich von der seitlichen Mindestabmessung der Hohlräume 102 ab, d. h. S oder H, und der Oberflächenspannung des leitenden Materials. Diese Parameter steuern den Kapillardruck des leitenden Materials 110 innerhalb der Hohlräume 102. Der Kapillardruck muss durch den während des Füllens der Hohlräume 102 angelegten Fülldruck überwunden werden. Der Fülldruck kann im Bereich von z. B. 1 bis 20 bar und optional innerhalb des Bereichs von 5 bis 10 bar liegen.
Aufgrund des während des Füllens der Hohlräume 102 verwendeten Drucks braucht die Oberfläche in den Hohlräumen 102 nicht mit einer Adhäsionsschicht zum Füllen versehen zu werden, selbst in dem Fall eines schlecht benetzbaren elektrisch leitenden Materials 110. Die Hohlräume 102 können bis zum Rand an der Oberfläche der Struktur X vollständig und blasenfrei mit dem geschmolzenen leitenden Material 110 gefüllt werden. Das heisst, alle ersten und zweiten Teilhohlräume 1021, 1022 werden mit dem geschmolzenen leitenden Material 110 gefüllt. Dies gestattet das Anwenden des leitenden Materials 110 für das Kontaktelement, d. h. das leitende Element, das sich innerhalb des ersten Teilhohlraums 1021 der Struktur X erstreckt, und das leitende Material 110, das den über die Struktur X vorstehenden Kontaktteil 111 bildet, in dem gleichen Herstellungsschritt.
Wenngleich vorstehend ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für eine bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Ferner wird darauf hingewiesen, dass Elemente mit bestimmten Abmessungen relativ zueinander zum Zweck der Vereinfachung und zum leichten Verständnis dargestellt worden sind und dass tatsächliche Abmessungen von den hierin dargestellten wesentlich differieren können.
Wenngleich spezielle Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden können, ohne von dem Prinzip der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll alle Adaptationen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken.

Claims

Elektrisches Bauelement, umfassend: eine ein Array von Hohlräumen (102) umfassende Struktur (100, 1000, 2000, 3000) mit einer Hauptfläche (106)t; ein Array aus Überhanggebieten (105, 205, 305), wobei jedes Überhanggebiet (105, 205, 305) eine Öffnung zu einem der Hohlräume (102) begrenzt; und ein Array von Kontaktelementen (110, 111), wobei jedes Kontaktelement (110, 111) einen der Hohlräume (102) nur teilweise füllt und über die Hauptfläche (106) der Struktur vorsteht.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei jeder Hohlraum (102) eine Fläche innerhalb einer Ebene parallel zu der Hauptfläche begrenzt, die größer als die Fläche der jeweiligen Öffnung ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Struktur (100, 3000) eine Polymerschicht ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Struktur (100) ein Halbleiterchip ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Struktur (100, 2000) ein Halbleiterchipträger ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: einen Halbleiterchip (1000) mit einem Chipkontaktpad (3003), wobei das Kontaktelement (110, 111) elektrisch an das Chipkontaktpad (3003) gekoppelt ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumen des Kontaktelements (110, 111) kleiner ist als das doppelte Volumen des Hohlraums (102) und größer ist als das halbe Volumen des Hohlraums (102).
Elektrisches Bauelement, umfassend: eine ein Array von Hohlräumen umfassende Struktur (100, 1000, 2000, 3000) mit einer Hauptfläche (106)t; Überhanggebiete (105, 205, 305), die jeweils eine Öffnung zu einem Hohlraum (102) begrenzen; ein an einer ersten Oberflächenzone eines Hohlraums (102) bereitgestelltes erstes Material (103), wobei das erste Material (103) durch ein elektrisch leitendes Material (110) benetzbar ist; ein an einer zweiten Oberflächenzone eines Hohlraums bereitgestelltes zweites Material, wobei das zweite Material durch das elektrisch leitende Material (110) weniger benetzbar ist als das erste Material; und wobei das elektrisch leitende Material (110) in dem Hohlraum (102) enthalten ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 8, wobei jeder Hohlraum (102) eine Fläche innerhalb einer Ebene parallel zu der Hauptfläche begrenzt, die größer als die Fläche der jeweiligen Öffnung ist.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich die erste Oberflächenzone am Boden jedes Hohlraums (102) befindet.
Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei sich die zweite Oberflächenzone am Boden jedes Hohlraums (102) befindet.
Elektrisches Bauelement, umfassend: eine Struktur (100, 1000, 2000, 3000); einen Hohlraum (102), der sich von einer Öffnung an einer Hauptfläche (106) der Struktur in die Struktur (100, 1000, 2000, 3000) hinein erstreckt und einen ersten Teilhohlraum (1021) und einen zweiten Teilhohlraum (1022) umfasst; ein aus einem elektrisch leitenden Material (110) hergestelltes Kontaktelement (110, 111), wobei das Kontaktelement den ersten Teilhohlraum (1021) füllt, sich durch eine erste Teilöffnung der Öffnung erstreckt und über die Hauptfläche (106) der Struktur (100, 1000, 2000, 3000) vorsteht; wobei der zweite Teilhohlraum (1022) nicht von dem elektrisch leitenden Material (110) gefüllt ist, und ein Überhanggebiet (105, 205, 305), das eine zweite Teilöffnung der Öffnung begrenzt.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 12, wobei das Überhanggebiet (105, 205, 305) den zweiten Teilhohlraum mindestens teilweise überdeckt.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 12 oder 13, wobei der zweite Teilhohlraum (1022) eine Fläche innerhalb einer Ebene parallel zu der Hauptfläche der Struktur (100, 1000, 2000, 3000) begrenzt, die größer ist als die Fläche der zweiten Teilöffnung.
Elektrisches Bauelement nach Anspruch 14, wobei die zweite Teilöffnung eine seitliche Mindestabmessung aufweist, die mindestens 5% kleiner ist als eine seitliche Mindestabmessung der durch den zweiten Teilhohlraum (1022) begrenzten Fläche innerhalb der Ebene parallel zu der Hauptfläche der Struktur (100, 1000, 2000, 3000).
Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Struktur (100, 1000, 2000, 3000) eine Polymerschicht, ein Halbleitersubstrat oder ein Halbleiterchipträger ist.
Elektrisches Bauelement, umfassend: eine Struktur (100, 1000, 2000, 3000); einen Hohlraum (102), der sich von einer Öffnung an einer Hauptfläche (106) der Struktur in die Struktur (100, 1000, 2000, 3000) hinein erstreckt; ein aus einem elektrisch leitenden Material (110) hergestelltes Kontaktelement (110, 111), wobei das Kontaktelement einen ersten Teilhohlraum (1021) des Hohlraums (102) füllt, sich durch die Öffnung erstreckt und über die Hauptfläche (106) der Struktur (100, 1000, 2000, 3000) vorsteht; einen zweiten Teilhohlraum (1022) des Hohlraums (102), der das elektrisch leitende Material (110) nicht enthält; und ein Überhanggebiet (105, 205, 305), das den zweiten Teilhohlraum (1022) an der Hauptfläche (106) der Struktur (100, 1000, 2000, 3000) überdeckt.
Verfahren zum Anbringen eines Kontaktelements an einer Struktur (100, 1000, 2000, 3000), wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer eine Hauptfläche (106) aufweisenden Struktur (100, 1000, 2000, 3000), wobei die Struktur ein Array von Hohlräumen (102) und ein Array von Überhanggebieten (105, 205, 305) umfasst, wobei jedes Überhanggebiet (105, 205, 305) eine Öffnung zu einem der Hohlräume (102) begrenzt; Füllen der Hohlräume (102) mit einem elektrisch leitenden Material (110) und Verflüssigen des elektrisch leitenden Materials (110), wobei das flüssige elektrisch leitende Material aus der Struktur (100, 1000, 2000, 3000) hervorsteht.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei sich das elektrisch leitende Material (110) beim Verflüssigen in jedem Hohlraum (102) aus einem Teil des Hohlraums zurückzieht.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Bereitstellen der Struktur (100, 1000, 2000, 3000) umfasst: Bereitstellen einer Fotolackschicht (100, 3000); Belichten der Fotolackschicht (100, 3000) mit einer ersten Strahlung unter Verwendung einer ersten Maske; Belichten der Fotolackschicht (100, 3000) mit einer zweiten Strahlung unter Verwendung einer zweiten Maske und Entfernen eines Teils der Fotolackschicht (100, 3000), die durch die erste und zweite Strahlung nicht beeinflusst worden ist, zum Ausbilden der Hohlräume (102) und Überhanggebiete (105, 205, 305).
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei beim Verflüssigen das flüssige elektrisch leitende Material (110) ein an einer ersten Oberflächenzone jedes Hohlraums (102) bereitgestelltes erstes Material (103) benetzt und ein an einer zweiten Oberflächenzone jedes Hohlraums (102) bereitgestelltes zweites Material weniger oder nicht benetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, weiterhin umfassend: Anordnen einer Montageplattform (200), auf der die Struktur (100, 1000, 2000, 3000) montiert werden soll, gegenüber der Hauptfläche (106) der Struktur (100, 1000, 2000, 3000), so dass das von der Struktur (100, 1000, 2000, 3000) vorstehende elektrisch leitende Material (110) in Kontakt mit der Montageplattform (200) gerät.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei mindestens ein Hohlraum (102) eine erste Oberflächenzone umfasst, die durch ein erstes Material (103) bereitgestellt wird, und eine zweite Oberflächenzone, die durch ein zweites Material bereitgestellt wird, wobei das zweite Material durch ein elektrisch leitendes Material weniger benetzbar ist als das erste Material (103) und wobei die Öffnung des Hohlraums (102) durch ein Überhanggebiet (105, 205, 305) begrenzt wird.