DE102011000836A1 - Bauelement mit einem eingekapselten Halbleiterchip und Herstellungsverfahren - Google Patents

Bauelement mit einem eingekapselten Halbleiterchip und Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Ein Bauelement (100) umfasst einen Halbleiterchip (10), der auf einer ersten Hauptseite (12) angeordnete Kontaktstellen (11) aufweist. Ein Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% bedeckt die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10). Ein Einkapselungskörper (14) bedeckt den Halbleiterchip (10). Eine Metallschicht (15) ist elektrisch mit den Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) gekoppelt und erstreckt sich über den Einkapselungskörper (14).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauelement mit einem Halbleiterchip, der von einem Einkapselungsmaterial bedeckt ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements.
  • Hersteller von Halbleiterbauelementen sind dauernd bestrebt, die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte zu vergrößern, während ihre Herstellungskosten verringert werden. Ein kostenintensiver Bereich bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist die Kapselung der Halbleiterchips. Wie für Fachleute erkennbar ist, werden integrierte Schaltungen in Wafern hergestellt, die dann vereinzelt werden, um Halbleiterchips zu produzieren. Ein oder mehrere Halbleiterchips werden in einer Kapselung angeordnet, um sie vor Umwelt- und physischen Belastungen zu schützen. Das Kapseln von Halbleiterchips vergrößert die Kosten und Komplexität der Herstellung von Halbleiterbauelementen, weil die Kapselungsdesigns nicht nur Schutz gewährleisten, sondern auch die Übertragung von elektrischen Signalen zu und von den Halbleiterchips gestatten sollen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement mit einem Halbleiterchip zu schaffen, das verbesserte Eigenschaften bei der Montage auf eine Leiterplatte aufweist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauelements angegeben werden.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die beigefügten Zeichnungen sind vorgesehen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsformen zu gewährleisten und sind in die vorliegende Beschreibung integriert und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen werden ohne weiteres ersichtlich, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
  • 1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Bauelements;
  • 2A2F zeigen schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements;
  • 3A3L zeigen schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens;
  • 4A4L zeigen schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens;
  • 5A5N zeigen schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Verfahrens;
  • 6 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Systems mit einer Leiterplatte und einem auf der Leiterplatte angebrachten Bauelement; und
  • 7 zeigt einen Bruch in einem herkömmlichen Bauelement aufgrund der Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Halbleiterchip und Lotkugel.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie 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, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und ist 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 ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen.
  • Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
  • In der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke ”gekoppelt” und/oder ”elektrisch gekoppelt” nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen; es können dazwischentretende Elemente zwischen den ”gekoppelten” oder ”elektrisch gekoppelten” Elementen vorgesehen sein.
  • Im Folgenden werden Bauelemente beschrieben, die Halbleiterchips enthalten. Die Halbleiterchips können von verschiedener Art sein, durch verschiedene Technologien hergestellt werden und können zum Beispiel integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltungen oder Passiva umfassen. Die integrierten Schaltungen können zum Beispiel als logische integrierte Schaltungen, analoge integrierte Schaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, integrierte Leistungsschaltungen, Speicherschaltungen oder integrierte Passiva entworfen sein. Ferner können die Halbleiterchips als sogenannte MEMS (mikroelektromechanische Systeme) konfiguriert sein und können mikromechanische Strukturen wie Brücken, Membranen oder Zungenstrukturen umfassen. Die Halbleiterchips können als Sensoren oder Aktoren, zum Beispiel Drucksensoren, Beschleunigungssensoren, Drehsensoren, Mikrofone usw., konfiguriert sein. Die Halbleiterchips können als Antennen und/oder diskrete Passiva und/oder Chipstapel konfiguriert sein. Halbleiterchips, in die solche funktionalen Elemente eingebettet sind, enthalten im Allgemeinen elektronische Schaltungen, die zum Ansteuern der funktionalen Elemente oder zum weiteren Verarbeiten von durch die funktionalen Elemente erzeugten Signalen dienen. Die Halbleiterchips müssen nicht aus spezifischem Halbleitermaterial, zum Beispiel Si, SiC, SiGe, GaAs, hergestellt sein und können ferner anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die nicht Halbleiter sind, wie zum Beispiel diskrete Passiva, Antennen, Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle.
  • Die Halbleiterchips können Kontaktstellen (oder Elektroden) aufweisen, die das Herstellen von elektrischem Kontakt mit den in den Halbleiterchips enthaltenen integrierten Schaltungen erlauben. Es können eine oder mehrere Metallschichten auf die Elektroden der Halbleiterchips aufgebracht werden. Die Metallschichten können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Form und einer beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Die Metallschichten können zum Beispiel in Form einer einen Bereich bedeckenden Schicht vorliegen. Es kann jedes beliebige gewünschte Metall oder jede beliebige gewünschte Metalllegierung, zum Beispiel Aluminium, Titan, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Platin, Nickel, Chrom oder Nickelvanadium, als das Material verwendet werden. Die Metallschichten müssen nicht homogen oder nur aus einem Material hergestellt sein, das heißt, es sind verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Metallschichten enthaltenen Materialien möglich. Die Kontaktstellen können sich auf den aktiven Hauptseiten der Halbleiterchips oder auf anderen Seiten der Halbleiterchips befinden.
  • Es kann ein Material auf die Halbleiterchips aufgebracht werden, das eine Bruchdehnung von mehr als 35% aufweist. Die Bruchdehnung ist eine Materialeigenschaft und ist die Dehnung, die im Moment des Zerbrechens einer aus dem Material, dessen Bruchdehnung zu messen ist, bestehenden Probe aufgezeichnet wird. Die Bruchdehnung kann in einer Zugprüfung gemessen werden, wobei eine aus dem zu messenden Material bestehende Probe gestreckt wird. Die Bruchdehnung A wird dann durch die folgende Gleichung gegeben, wobei L0 die ursprüngliche Länge der Probe ohne Zug und LBruch die im Moment des Aufbrechens der Probe aufgezeichnete Länge der Probe ist und ΔL = LBruch – L0 die Dehnung im Moment des Aufbrechens ist:
    Figure 00060001
  • Gemäß Gleichung (1) kann die Bruchdehnung als Prozentsatz der ursprünglichen Länge der Probe ausgedrückt werden. Das Material, das eine Bruchdehnung von mehr als 35% aufweist, kann direkt auf die Seite des Halbleiterchips aufgebracht werden, an der sich die Kontaktstellen befinden. Bei einer Ausführungsform bedeckt das Material die gesamte Hauptoberfläche des Halbleiterchips und lässt nur die Kontaktelemente und Bereiche, die die Kontaktelemente umgeben, freigelegt. Bei einer Ausführungsform werden Pads (oder Flächen oder Flächenstücke oder Stücke oder Pfosten), die aus dem Material bestehen, das eine Bruchdehnung von mehr als 35% aufweist, auf der Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet. Die Pads können in einem Array (oder in einer anderen Anordnung) angeordnet werden. Die Bruchdehnung kann auch größer als 40% oder 50% oder 60% oder 70% oder 80% oder 90% sein. Das Material kann elektrisch isolierend sein und kann zum Beispiel mindestens eines von Polyimid, Silicon, Epoxidharz, Polyurethan, Acrylonitrilbutadienstyrol (ABS) und Polyphenylenbenzobisoxazol (PBO) enthalten und kann mit einem geeigneten Füllmaterial gefüllt sein oder nicht. Man beachte, dass nicht jedes eine der erwähnten Substanzen enthaltende Material unbedingt eine Bruchdehnung von mehr als 35% aufweist. In Tabelle 1 sind Beispiele für Materialien angegeben, die hier als das Material, das eine Bruchdehnung von mehr als 35% aufweist, verwendet werden können:
    Hersteller Produktname Bruchdehnung Materialklasse
    Asahi Pimel I-8606 M > 50% Polyimid
    Fujifilm Durimid 7520 85% Polyimid
    Fujifilm Durimid 7320 > 70% Polyimid
    Hitachi-Du-Pont HD8910 127% PBO
    Dow Corning WL-5150 37,6% Silicon
    Tabelle 1
  • Die nachfolgend beschriebenen Bauelemente umfassen externe Kontaktstellen (oder externe Kontaktelemente), die von beliebiger Form und Größe sein können. Die externen Kontaktstellen können von außerhalb der Bauelemente aus zugänglich sein und können somit das Herstellen von elektrischem Kontakt mit den Halbleiterchips von außerhalb der Bauelemente aus erlauben. Ferner können die externen Kontaktstellen thermisch leitend sein und können als Kühlkörper zum Abführen der durch die Halbleiterchips erzeugten Wärme dienen. Die externen Kontaktstellen können aus einem beliebigen gewünschten elektrisch leitfähigen Material zusammengesetzt sein, zum Beispiel aus einem Metall, wie etwa Kupfer, Aluminium oder Gold, einer Metalllegierung oder einem elektrisch leitfähigen organischen Material. Es kann Lotmaterial, wie zum Beispiel Lotkugeln oder Lothügel, auf die externen Kontaktstellen abgeschieden werden.
  • Eine oder mehrere Metallschichten mit der Form von Leiterbahnen (oder Leiter-Tracks) können über dem Halbleiterchip platziert werden. Die Metallschichten können zum Beispiel verwendet werden, um eine Umverdrahtungsschicht zu produzieren. Die Leiterbahnen können als Verdrahtungsschichten verwendet werden, um elektrischen Kontakt mit Halbleiterchips von außerhalb des Bauelements aus herzustellen und/oder um elektrischen Kontakt mit anderen Halbleiterchips und/oder Komponenten, die in dem Bauelement enthalten sind, herzustellen. Die Leiterbahnen können die Kontaktstellen der Halbleiterchips mit den externen Kontaktstellen koppeln. Die Leiterbahnen können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Form und einer beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Es können jedes beliebige gewünschte Metal, zum Beispiel Aluminium, Nickel, Palladium, Silber, Zinn, Gold oder Kupfer, oder Metalllegierungen als das Material verwendet werden. Die Leiterbahnen müssen nicht homogen oder aus nur einem Material hergestellt sein, das heißt, es sind verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Leiterbahnen enthaltenen Materialien möglich. Ferner können die Leiterbahnen über oder unter oder zwischen elektrisch isolierenden Schichten angeordnet sein.
  • Die Halbleiterchips oder zumindest Teile der Halbleiterchips können mit einem Einkapselungsmaterial bedeckt werden, das elektrisch isolierend sein kann. Das Einkapselungsmaterial kann ein beliebiges geeignetes duroplastisches, thermoplastisches oder thermisch härtendes Material oder Laminat (Prepreg) sein und kann Füllmaterialien enthalten. Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um die Halbleiterchips mit dem Einkapselungsmaterial einzukapseln, zum Beispiel Formpressen, Spritzguss, Pulverschmelzverfahren, Flüssigguss oder Lamination. Es können Wärme und/oder Druck angewandt werden, um das Einkapselungsmaterial aufzubringen.
  • Das Einkapselungsmaterial kann verwendet werden, um Kapselungen des Fan-Out-Typs zu produzieren. Bei einer Kapselung des Fan-Out-Typs befindet sich mindestens ein Teil der externen Kontaktstellen und/oder Leiterbahnen, die den Halbleiterchip mit den externen Kontaktstellen verbinden, lateral außerhalb des Umrisses des Halbleiterchips oder schneiden zumindest den Umriss des Halbleiterchips. Bei Kapselungen des Fan-Out-Typs wird somit typischerweise (zusätzlich) ein peripher äußerer Teil der Kapselung des Halbleiterchips zum elektrischen Bonden der Kapselung an externe Anwendungen, wie etwa Anwendungsplatinen usw., verwendet. Dieser äußere Teil der Kapselung, der den Halbleiterchip umschließt, vergrößert effektiv die Kontaktfläche der Kapselung in Bezug auf die Grundfläche des Halbleiterchips und führt somit zu gelockerten Beschränkungen im Hinblick auf Kapselungs-Pad-Größe und -Rasterabstand mit Bezug auf die spätere Verarbeitung, z. B. Verarbeitung der zweiten Ebene.
  • 1 zeigt schematisch ein Bauelement 100 im Querschnitt. Das Bauelement 100 umfasst einen Halbleiterchip 10, der Kontaktstellen 11 aufweist, die auf einer ersten Hauptseite 12 des Halbleiterchips 10 angeordnet sind. Ein Material 13 mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% bedeckt die erste Hauptseite 12 des Halbleiterchips 10. Ferner bedeckt ein Einkapselungskörper 14 den Halbleiterchip 10. Eine Metallschicht 15 erstreckt sich über den Einkapselungskörper 14 und ist elektrisch mit den Kontaktstellen 11 des Halbleiterchips 10 gekoppelt.
  • 2A2F zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements 200. Ein Querschnitt des durch das Verfahren erhaltenen Bauelements 200 ist in 2F gezeigt. Ein Halbleiterchip 10 mit auf einer ersten Hauptseite 12 des Halbleiterchips 10 angeordneten Kontaktstellen 11 wird bereitgestellt (siehe 2A). Ein Material 13 mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% wird auf die erste Hauptseite 12 des Halbleiterchips 10 aufgebracht (siehe 2B). Der Halbleiterchip 10 wird so über einem Träger 16 platziert, dass die erste Hauptseite 12 des Halbleiterchips 10 dem Träger 16 zugewandt ist (siehe 2C). Der Halbleiterchip 10 wird dann mit einem Einkapselungsmaterial 14 bedeckt (siehe 2D). Der Träger 16 wird entfernt, nachdem der Halbleiterchip 10 mit dem Einkapselungsmaterial 14 bedeckt wurde (siehe Fig. E). Gegebenenfalls kann ein dieelektrisches Material auf den Halbleiterchip 10 aufgebracht werden. Eine Metallschicht 15 wird auf den Halbleiterchip 10 und das Einkapselungsmaterial 14 aufgebracht, wobei die Metallschicht 15 elektrisch mit den Kontaktstellen 11 des Halbleiterchips 10 gekoppelt ist (siehe 2F).
  • 3A3L zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements 300, von dem in 3L ein Querschnitt gezeigt ist. Das in 3A3L gezeigte Verfahren ist eine Implementierung des in 2A2F gezeigten Verfahrens. Die Einzelheiten des Herstellungsverfahrens, die nachfolgend beschrieben werden, können deshalb gleichermaßen auf das Verfahren von 2A2F angewandt werden. Ferner ist das Bauelement 300 eine Implementierung des Bauelements 100. Die Einzelheiten des Bauelements 300, die nachfolgend beschrieben werden, können deshalb gleichermaßen auf das Bauelement 100 angewandt werden.
  • Die Halbleiterchips 10 sowie alle anderen hier beschriebenen Halbleiterchips werden auf einem Wafer hergestellt, der aus einem Halbleitermaterial besteht. Ein solcher Halbleiter-Wafer 20 ist in 3A dargestellt. Der Halbleiter-Wafer 20 kann ein Bulk-Silizium 21 umfassen, in dem integrierte Schaltungen eingebettet werden. Die Kontaktstellen 11 befinden sich auf einer ersten Hauptseite 12 des Halbleiter-Wafers 20. Die integrierten Schaltungen sind über die Kontaktstellen 11 elektrisch zugänglich. Die Kontaktstellen 11 können aus einem Metall bestehen, zum Beispiel Aluminium oder Kupfer, und können eine beliebige gewünschte Form und Größe aufweisen.
  • Es kann ein Material 13 mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% auf die erste Seite 12 des Halbleiter-Wafers 20 abgeschieden werden, wie in 3B dargestellt. Das Material 13 kann elektrisch isolierend sein und kann zum Beispiel Polyimid, Silikon, Epoxidharz, Polyurethan, Acrylonitrilbutadienstyrol (ABS), Polyphenylenbenzobisoxazol (PBS) oder andere geeignete Materialien enthalten. Beispiele für das Material 13 sind in Tabelle 1 angegeben. Das Material 13 kann ganz aus einem oder mehreren der erwähnten Materialien bestehen oder kann aus einer Kombination eines oder mehrerer dieser Materialien und anderer Materialien bestehen. In jedem Fall sollte das Material 13 eine Bruchdehnung von mehr als 35% aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Bruchdehnung des Materials 13 größer als 40% oder 50% oder 60% oder 70% oder 80% oder 90%. Die Bruchdehnung des Materials 13 kann durch Verwendung der oben angegebenen Gleichung (1) bestimmt werden.
  • Das Material 13 kann durch Aufschleudern, Drucken, Lamination oder eine beliebige andere geeignete Technik abgeschieden werden. Die Dicke d1 der Schicht aus dem Material 13 kann im Bereich von 4 bis 20 μm und insbesondere von 5 bis 7 μm liegen. Wenn das Material 13 auf die erste Seite 12 des Halbleiter-Wafers 20 aufgedruckt wird, werden die Kontaktstellen 11 möglicherweise nicht mit dem Material 13 bedeckt. Wenn Aufschleudern als das Abscheidungsverfahren verwendet wird, kann eine Fotoresistschicht über der Schicht aus dem Material 13 (nicht dargestellt) abgeschieden (zum Beispiel aufgeschleudert) werden. Durch Belichten mit Licht einer geeigneten Wellenlänge durch eine Maske und nachfolgende Entwicklung werden Durchgangslöcher (Aussparungen) in der Fotoresistschicht gebildet. Danach können die Teile des Materials 13, die durch die Durchgangslöcher freigelegt wurden, durch Entfernen durch Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels entfernt werden, wenn das Fotoresistmaterial positiv tont. Wenn das Fotoresistmaterial negativ tont, werden nicht alle freigelegten Bereiche durch das Lösungsmittel entfernt. Die verbleibende Schicht aus dem Material 13 weist Aussparungen auf, die die Kontaktstellen 11 des Halbleiter-Wafers 20 freilegen.
  • Nach dem Strukturieren des Materials 13 kann das Material 13 während einer Wärmebehandlung ausgehärtet und dadurch gehärtet werden. Zu diesem Zweck können das Material 13 und der Halbleiter-Wafer 20 einer geeigneten Temperatur ausgesetzt werden. Wenn das Material 13 zum Beispiel aus Polyimid besteht, kann die Temperatur im Bereich von 360 bis 380°C liegen. Die zum Aushärten des Materials 13 erforderlichen Temperaturen können höher als die Temperaturen sein, denen eine Formmasse widerstehen kann. Deshalb kann das Material 13 vor der Einkapselung der Halbleiterchips 10 mit dem Gussmaterial wie nachfolgend beschrieben abgeschieden und ausgehärtet werden.
  • Wie in 3C dargestellt, kann der Halbleiter-Wafer 20 dann zum Beispiel durch Sägen, Schneiden, Ätzen oder Laserablation zu den Halbleiterchips 10 vereinzelt werden (in 3C sind nur zwei der Halbleiterchips 10 dargestellt).
  • Um die Halbleiterchips 10 zu kapseln, wird ein Träger 16 bereitgestellt, wie in 3D dargestellt. Der Träger 16 kann eine Platte sein, die aus einem starren Material besteht, zum Beispiel einem Metall wie Nickel, Stahl oder rostfreiem Stahl, Laminat, einem Film oder Materialstapel. Der Träger 16 kann mindestens eine flache Oberfläche aufweisen, auf der Komponenten des Bauelements 300 platziert werden können. Die Form des Trägers 16 ist auf keinerlei geometrische Form beschränkt, zum Beispiel kann der Träger 16 rund oder rechteckig sein. Träger 16 kann eine beliebige geeignete Größe aufweisen. Ein Klebeband 22, zum Beispiel ein doppelseitiges Klebeband, kann auf den Träger 16 laminiert werden.
  • Wie in 3E dargestellt, werden die Halbleiterchips 10 auf dem Träger 16 angebracht. Die Halbleiterchips 10 können auf dem Klebeband 22 fixiert werden. Zur Anbringung der Halbleiterchips 10 an dem Träger 16 können als Alternative andere Arten von Anbringungsmaterialien verwendet werden. Die Halbleiterchips 10 können in einem Array angeordnet werden. Ferner kann ein beliebiges geeignetes Array der Halbleiterchips 10 auf dem Träger 16 platziert werden (in 3E sind nur zwei der Halbleiterchips 10 gezeigt).
  • Die Halbleiterchips 10 werden auf dem Träger 16 in einem größeren Abstand umgeordnet, als sie im Wafer-Verbund aufwiesen. Die Halbleiterchips 10 können auf demselben Halbleiter-Wafer 20 hergestellt worden sein, können als Alternative aber auch auf verschiedenen Halbleiter-Wafern hergestellt worden sein. Ferner können die Halbleiterchips 10 physisch identisch sein, können aber auch verschiedene integrierte Schaltungen enthalten und/oder andere Komponenten repräsentieren. Die Halbleiterchips 10 können so über dem Träger 16 angeordnet werden, dass ihre ersten Hauptseiten 12 die dem Träger 16 zugewandten Kontaktstellen 11 enthalten. In diesem Fall befindet sich das Material 13 in direktem Kontakt mit dem Klebeband 22.
  • Nachdem die Halbleiterchips 10 auf dem Träger 16 angebracht wurden, werden sie mit einem Einkapselungsmaterial eingekapselt, wodurch ein Einkapselungskörper 14 gebildet wird, wie in 3F dargestellt. Das Einkapselungsmaterial kann die zweiten Hauptseiten 23 der Halbleiterchips 10, die den ersten Hauptseiten 12 gegenüberliegen, und auch die Seitenflächen 24 der Halbleiterchips 10 bedecken. Die Lücken zwischen den Halbleiterchips 10 werden auch mit dem Einkapselungsmaterial gefüllt. Zum Beispiel kann das Einkapselungsmaterial ein duroplastisches oder thermisch härtendes Gussmaterial sein. Das Einkapselungsmaterial kann auf einem Epoxidharzmaterial basieren und kann ein Füllmaterial enthalten, das aus kleinen Partikeln aus Glas (SiO2) oder anderen elektrisch isolierenden Mineralfüllmaterialien wie Al2O3 oder organischen Füllmaterialien besteht. Das Gussmaterial kann zum Beispiel durch Formpressen, Spritzguss, Granulatguss, Pulverschmelzverfahren oder Flüssiggießen aufgebracht werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird ein Polymermaterial verwendet, um die Halbleiterchips 10 einzukapseln und den Einkapselungskörper 14 zu bilden. Das Polymermaterial kann die Form einer elektrisch isolierenden Folie oder eines elektrisch isolierenden Blatts aufweisen, die bzw. das über den Halbleiterchips 10 sowie den Träger 16 laminiert wird. Wärme und Druck können für eine Zeit angewendet werden, die geeignet ist, um die Polymerfolie bzw. das Polymerblatt an der darunterliegenden Struktur anzubringen. Die Lücken zwischen den Halbleiterchips 10 werden auch mit dem Polymermaterial gefüllt. Das Polymermaterial kann zum Beispiel ein Prepreg (Abkürzung für präimpregnierte Fasern) sein, bei dem es sich um eine Kombination aus einer Fasermatte, zum Beispiel Glas- oder Kohlefasern, und einem Harz, zum Beispiel einem duroplastischen Material, handelt. Prepreg-Materialien werden üblicherweise zur Herstellung von PCBs (Leiterplatten – Printed Circuit Boards) verwendet. Bekannte Materialien, die in der PCB-Industrie verwendet und hier als Polymermaterial verwendet werden können, sind: FR-2, FR-3, FR-4, FR-5, FR-6, G-10, CEM-1, CEM-2, CEM-3, CEM-4 and CEM-5. Prepreg-Materialien sind zweistufige Materialien, die beim Aufbringen über den Halbleiterchips 10 flexibel sind und während einer Wärmebehandlung gehärtet werden. Zur Lamination des Prepreg können dieselben oder ähnliche Prozessschritte wie bei der PCB-Herstellung verwendet werden.
  • Die in dem Einkapselungskörper 14 eingekapselten Halbleiterchips 10 werden von dem Träger 16 abgelöst und das Klebeband 22 wird von dem Material 13 sowie von dem Einkapselungsmaterial 14 abgezogen, wie in 3G gezeigt. Das Klebeband 22 kann Wärmeablöseigenschaften aufweisen, die die Entfernung des Klebebands 22 während einer Wärmebehandlung erlauben. Die Entfernung des Klebebands 22 von dem Träger 16 wird bei einer geeigneten Temperatur ausgeführt, die von den Wärmeablöseigenschaften des Klebebands 22 abhängt und gewöhnlich höher als 150°C ist.
  • Nach dem Ablösen des Trägers 16 und des Klebebands 22 bilden die dem Halbleiterchip 10 abgewandte Seite des Materials 13 sowie die untere Oberfläche des Einkapselungskörpers 14 eine im Wesentlichen gemeinsame Ebene 17. Die Ebene 17 kann Stufen umfassen, die eine Höhe von bis zu 10 μm aufweisen können. Insbesondere kann an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem Einkapselungskörper 14 eine Stufe auftreten. Die Ebene 17 ist mit der ersten Hauptseite 12 der Halbleiterchips 10 im Wesentlichen koplanar. Wie nachfolgend beschrieben und in 3H3K dargestellt, kann eine Umverteilungsschicht auf die Ebene 17 aufgebracht werden.
  • Auf der Ebene 17 kann eine dielektrische Schicht 18 abgeschieden werden, wie in 3H dargestellt. Die dielektrische Schicht 18 kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden. Zum Beispiel kann die dielektrische Schicht 18 aus einer Gasphase oder aus einer Lösung abgeschieden oder auf die Oberfläche 17 auflaminiert werden. Ferner können Dünnfilmtechnologieverfahren oder ein Standard-PCB-Industrieprozessablauf zur Aufbringung der dielektrischen Schicht 18 verwendet werden. Die dielektrische Schicht 18 kann aus einem Polymer hergestellt werden, wie zum Beispiel Parylen, Fotoresistmaterial, Imid, Epoxidharz, Duroplast, Silikon, Siliziumnitrid oder einem anorganischen keramikartigen Material wie Silikon-Kohlenstoff-Verbindungen. Die Dicke der dielektrischen Schicht 18 kann bis zu 10 μm oder sogar mehr betragen. Die dielektrische Schicht 18 kann auch weggelassen werden.
  • Um elektrische Kontakte zu den in den Halbleiterchips 10 eingebetteten integrierten Schaltungen herzustellen, kann die dielektrische Schicht 18 in Bereichen, in denen die Kontaktstellen 11 angeordnet sind, geöffnet werden, wie in 3H dargestellt. Die Öffnungen 25 in der dielektrischen Schicht 18 können zum Beispiel durch Verwendung von fotolithografischen Verfahren und/oder Ätzverfahren produziert werden.
  • Während des Gießprozesses zum Bilden des Einkapselungskörpers 14 können die Halbleiterchips 10 um bis zu eine bestimmte Distanz l seitlich verschoben werden, die im Bereich von ±15 μm liegen kann. Bei einer Ausführungsform weisen die Öffnungen in dem Material 13, die die Kontaktstellen 11 der Halbleiterchips 10 freilegen, Abmessungen auf, die um mindestens die Distanz l größer als die Öffnungen 25 in der dielektrischen Schicht 18 sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Oberfläche jeder Öffnung 25 Flächeninhalt der jeweiligen Kontaktstelle 11 freilegt.
  • Eine Metallschicht 15 wird auf die dielektrische Schicht 18 aufgebracht und strukturiert, wie in 3I dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Keimschicht aufgebracht, die möglicherweise aus zwei verschiedenen Schichten besteht. Der erste Teil der Keimschicht ist eine Barrierenschicht, die zum Beispiel aus Titan, Titan-Wolfram oder Palladium besteht und zuerst auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht 18 und der freigelegten Kontaktstellen 11 abgeschieden wird. Die Abscheidung der Barrierenschicht kann durch stromlose Abscheidung aus einer Lösung oder durch Sputtern ausgeführt werden. Die Barrierenschicht kann eine Dicke im Bereich von 10 bis 80 nm, insbesondere etwa 50 nm, aufweisen.
  • Die Dicke der Keimschicht kann durch Abscheiden einer weiteren Metallschicht auf die Barrierenschicht vergrößert werden. Die Barrierenschicht kann als Elektrode für galvanische Abscheidung der weiteren Metallschicht verwendet werden. Der obere Teil der Keimschicht kann zum Beispiel aus Kupfer bestehen und eine Dicke im Bereich von 100 bis 200 nm aufweisen.
  • Über der Keimschicht kann eine Fotoresistschicht gedruckt, elektrisch abgeschieden oder aufgeschleudert werden (nicht dargestellt). Durch Belichten mit Licht einer geeigneten Wellenlänge durch eine Maske und nachfolgende Entwicklung oder Laseranwendung werden Aussparungen in der Fotoresistschicht gebildet. Danach kann der durch die Aussparungen freigelegte Teil der Keimschicht durch galvanische Abscheidung eines Metallmaterials verstärkt werden. Während der galvanischen Abscheidung des Metallmaterials wird die Keimschicht als Elektrode verwendet. Es können Kupfer oder andere Metalle oder Metalllegierungen in den unmaskierten Bereichen und bis auf die gewünschte Höhe, die gewöhnlich mehr als 3 μm beträgt, auf die Keimschicht plattiert werden.
  • Nach dem Plattieren der Metallschicht 15 wird die Fotoresistschicht durch Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels entfernt. Die nun freigelegten Teile der ursprünglichen Keimschicht, die nicht mit der Metallschicht 15 bedeckt wurden, können durch einen kurzen Ätzschritt entfernt werden, wodurch getrennte Leiterbahnen erzeugt werden, wie in 3I dargestellt.
  • Über der Metallschicht 15 kann eine dielektrische Schicht 26 abgeschieden und in bestimmten Bereichen geöffnet werden, um Teile der Metallschicht 15 freizulegen, wie in 3J dargestellt. Die freigelegten Teile der Metallschicht dienen als externe Kontaktstellen 27. Die dielektrische Schicht 26 kann durch Verwendung derselben oder ähnlicher Materialien und Verarbeitungsschritte wie oben in Verbindung mit der dielektrischen Schicht 18 beschrieben produziert werden. Die dielektrische Schicht 26 kann die Funktion einer Lötstoppschicht aufweisen.
  • Es können Lotabscheidungen 28 auf die externen Kontaktstellen 27 platziert werden, wie in 3K dargestellt. Die Lotabscheidungen 28 können durch sogenannte ”Kugelplatzierung” (Ball Placement) auf die externen Kontaktstellen 27 aufgebracht werden, wobei vorgeformte aus Lotmaterial bestehende Kugeln auf die externen Kontaktstellen 27 aufgebracht werden. Als Alternative zur ”Kugelplatzierung” können die Lotabscheidungen 28 zum Beispiel mittels Schablonendruck oder mit einer Lötpaste, gefolgt von einem Wärmebehandlungsprozess, aufgebracht werden. Das Lotmaterial kann aus Metalllegierungen gebildet sein, die zum Beispiel aus den folgenden Materialien zusammengesetzt sind: SnPb, SnAg, SnAgCu, SnAgCuNi, SnAu, SnCu und SnBi. Die Lotabscheidungen 28 können verwendet werden, um die Bauelemente 300 elektrisch mit anderen Komponenten, zum Beispiel einer PCB, zu koppeln. Die Lotabscheidungen 28 werden über die Metallschicht 15 elektrisch mit den Kontaktstellen 11 der Halbleiterchips 10 gekoppelt.
  • Wie in 3L dargestellt, werden die Bauelemente 300 durch Trennung des Einkapselungskörpers 14 und möglicherweise der Umverdrahtungsschicht zum Beispiel durch Sägen, Schneiden, Ätzen oder einem Laserstrahl voneinander getrennt.
  • Die durch das oben beschriebene Verfahren hergestellten Bauelemente 300 können Kapselungen des Fan-Out-Typs sein. Der Einkapselungskörper 14 erlaubt, dass sich die Umverdrahtungsschicht über den Umriss der Halbleiterchips 10 hinaus erstreckt. Die externen Kontaktstellen 27 müssen deshalb nicht innerhalb des Umrisses der Halbleiterchips 10 angeordnet werden, sondern können über einen größeren Bereich verteilt sein. Die als Ergebnis des Einkapselungskörpers 14 für die Anordnung der externen Kontaktstellen 27 verfügbare vergrößerte Fläche bedeutet, dass die externen Kontaktstellen 27 nicht nur in einer größeren Distanz voneinander angeordnet werden, sondern dass die maximale Anzahl der externen Kontaktstellen 27, die dort angeordnet werden können, gleichermaßen im Vergleich zu der Situation, wenn alle externen Kontaktstellen 27 innerhalb des Umrisses der Halbleiterchips 10 angeordnet sind, vergrößert wird.
  • Für Fachleute ist offensichtlich, dass das in 3L gezeigte Bauelement 300 und seine Herstellung wie oben beschrieben lediglich eine beispielhafte Ausführungsform sein soll und viele Varianten möglich sind. Jedes der oben beschriebenen Bauelemente 300 enthält einen einzigen Halbleiterchip. Als Alternative können zwei oder mehr Halbleiterchips oder Passiva verschiedener Arten in demselben Bauelement 300 enthalten sein. Die Halbleiterchips und Passiva können sich in Bezug auf Funktion, Größe, Herstellungstechnologie usw. unterscheiden.
  • Ferner kann die Umverdrahtungsschicht mehr als eine Metallschicht enthalten. Die Metallschichten können übereinander gestapelt werden und die dielektrischen Schichten können zwischen angrenzenden Metallschichten angeordnet werden.
  • 4A4L zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements 400, von dem in 4L ein Querschnitt gezeigt ist. Das in 4A4L gezeigte Verfahren ist eine Variante des in 3A3L gezeigten Verfahrens. Viele der Herstellungsschritte des nachfolgend vorgestellten Verfahrens sind mit den obenbeschriebenen Herstellungsschritten ähnlich oder identisch. Deshalb wird im Folgenden gegebenenfalls auf die Beschreibung des Verfahrens von 3A3L verwiesen.
  • Wie in 4A dargestellt, wird ein Träger 16 zusammen mit einem Klebeband 22 bereitgestellt, die mit dem oben in Verbindung mit 3D beschriebenen Träger 16 und Klebeband 22 identisch sind.
  • Die Halbleiterchips 10 werden so auf dem Träger 16 montiert, dass ihre ersten Hauptseiten 12 dem Träger 16 zugewandt sind, wie in 4B dargestellt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 3E werden die ersten Hauptseiten 12 der Halbleiterchips 10 nicht mit dem Material 13 bedeckt. Somit befinden sich die blanken Seiten 12 in Kontakt mit dem Klebeband 22.
  • Die zweiten Hauptseiten 23 gegenüber den ersten Hauptseiten 12 und die Seitenflächen 24 der Halbleiterchips 10 werden dann durch den Einkapselungskörper 14 bedeckt, wie in 4C dargestellt und oben in Verbindung mit 3F beschrieben. Danach werden der Träger 16 und das Klebeband 22 wie oben in Verbindung mit 3G beschrieben entfernt. Nach der Entfernung des Trägers 16 bilden die Unterseite des Einkapselungskörpers 14 wie in 4D dargestellt und die ersten Hauptseiten 12 der Halbleiterchips 10 eine im Wesentlichen gemeinsame Ebene 30. Die Ebene 30 kann Stufen umfassen, die eine Höhe von bis zu 10 μm aufweisen können. Insbesondere kann an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterchip 10 und dem Einkapselungskörper 14 eine Stufe auftreten.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Pads (oder Flächen oder Flächenstücke oder Flächenabschnitte oder Pfosten) 31, die aus dem Material 13 bestehen, auf die Ebene 30 aufgebracht. Die Pads 31 können über den ersten Hauptseiten 12 der Halbleiterchips 10 sowie dem Einkapselungskörper 14 abgeschieden werden. Das Material 13 der Pads 31 kann dieselben Eigenschaften wie oben in Verbindung mit 3B beschrieben aufweisen. Insbesondere kann das Material 13 eine Bruchdehnung von mehr als 35% oder 40% oder 50% oder 60% oder 70% oder 80% oder 90% aufweisen. Das Material 13 kann elektrisch isolierend sein oder kann zum Beispiel Polyimid, Silikon, Epoxidharz, Polyurethan, Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS), Polyphenylenbenzobisoxazol (PBS) oder andere geeignete Materialien enthalten. Beispiele für das Material 13 sind in Tabelle 1 angegeben.
  • Die Pads 31 können durch Drucken, insbesondere Siebdruck, oder aufschleudern und nachfolgendes Strukturieren oder andere geeignete Techniken abgeschieden werden. Die Dicke d2 der Pads 31 kann im Bereich von 4 bis 20 μm liegen. Die Pads 31 können in einem Array (oder in einer beliebigen anderen Anordnung) angeordnet werden, wie schematisch in 4F dargestellt, wobei eine obere Draufsicht des Einkapselungskörpers 14 von 4E gezeigt ist. Zum leichteren Verständnis zeigt 4E nur die Positionen der Pads 31. Die Umrisse der Halbleiterchips 10 sind durch gestrichelte Linien angegeben. Die Pads 31 werden an den Positionen platziert, an denen später die externen Kontaktstellen 27 und die Lotabscheidungen 28 platziert werden. Die Pads 31 können eine rechteckige Form oder quadratische Form aufweisen, wie in 4F, es sind aber auch andere Formen, zum Beispiel eine runde Form, möglich. Wenn sich die Position eines Pads 31 mit der Position einer Kontaktstelle 11 überlappt, weist das Pad 31 eine Aussparung auf, um die Kontaktstelle 11 freizulegen, wie beispielhaft in 4E dargestellt. Die Aussparung des Pad 31 kann größer als die Fläche der Kontaktstelle 11 sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden die aus dem Material 13 bestehenden Pads 31 abgeschieden, wenn sich die Halbleiterchips 10 immer noch im Wafer-Verbund befinden (ähnlich wie bei 3B). In diesem Fall werden keine Pads 31 auf dem Einkapselungskörper 14 abgeschieden.
  • Danach kann eine Umverdrahtungsschicht abgeschieden werden, die eine dielektrische Schicht 18, eine Metallschicht 15 und eine Lötstoppschicht 19 umfasst, wie in 4G4I dargestellt. Die Merkmale und Abscheidungsverfahren dieser Schichten können mit den oben in Verbindung mit 3H3J beschriebenen entsprechenden Schichten identisch sein.
  • Die externen Kontaktstellen 27, die durch Aussparungen in der Lötstoppschicht 19 und der darunterliegenden strukturierten Metallschicht 15 gebildet werden, können eine runde Form aufweisen und können einen Durchmesser d4 aufweisen, der im Bereich von 200 bis 350 μm liegt. Der Durchmesser d4 der externen Kontaktstellen 27 kann kleiner als die Seitenlänge d3 der aus dem Material 13 bestehenden Pads 31 sein. Es kann vorgesehen werden, dass unter jeder externen Kontaktstelle 27 ein jeweiliges Pad 31 angeordnet wird. Ferner kann jede externe Kontaktstelle 27 so positioniert werden, dass sie sich nicht über den Umriss des jeweiligen Pad 31 hinaus erstreckt, wie beispielhaft in 4I für ein Paar aus externer Kontaktstelle 27 und entsprechendem Pad 31 durch gestrichelte Linien angegeben wird. Der quadratisch geformte Umriss jedes Pad 31 kann mit dem runden Umriss der jeweiligen externen Kontaktstelle 27 konzentrisch sein.
  • Bei einer Ausführungsform weisen angrenzende externe Kontaktstellen 27 eine Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt von 0,4 mm auf, der Durchmesser d4 der externen Kontaktstellen 27 beträgt 240 μm und die Pads 31 besitzen eine Seitenlänge d3 im Bereich von 240 bis 280 μm. Bei einer anderen Ausführungsform besitzen angrenzende externe Kontaktstellen 27 eine Distanz von Mittelpunkt zu Mittelpunkt von 0,5 mm, der Durchmesser d4 der externen Kontaktstellen 27 beträgt 280 μm und die Pads 31 besitzen eine Seitenlänge d3 im Bereich von 280 bis 340 μm.
  • Auf die externen Kontaktstellen 27 können Lotabscheidungen 28 platziert werden, wie in 4J dargestellt. Die Lotabscheidungen 28 können wie oben in Verbindung mit 3K beschrieben Lotkugeln sein.
  • 4K zeigt eine obere Draufsicht des Einkapselungskörpers 14 von 4J. Die externen Kontaktstellen 27 und die auf den externen Kontaktstellen 27 platzierten Lotkugeln sind in demselben Array (oder im Allgemeinen in derselben Anordnung) wie die Pads 31 von 4F angeordnet. Die Umrisse der Halbleiterchips 10 sind in 4K durch gestrichelte Linien angegeben.
  • Wie in 4L dargestellt, werden die Bauelemente 400 durch Trennung des Einkapselungskörpers 14 und der Umverdrahtungsschicht zum Beispiel durch Sägen, Schneiden, Ätzen oder einen Laserstrahl voneinander getrennt.
  • 5A5N zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements 500, von dem in 5N ein Querschnitt gezeigt ist. Das in 5A5N gezeigte Verfahren ist eine Variante des in 3A3L gezeigten Verfahrens. Viele der Herstellungsschritte des nachfolgend angegebenen Verfahrens sind den oben beschriebenen Herstellungsschritten ähnlich oder mit diesen identisch. Deshalb wird im Folgenden gegebenenfalls auf die Beschreibung des Verfahrens von 3A3L verwiesen.
  • 5A zeigt schematisch einen Halbleiter-Wafer 20, der Kontaktstellen 11 auf seiner ersten Hauptseite 12 aufweist. Ähnlich oder identisch wie bei 3B kann ein Material 13, das eine Bruchdehnung von mehr als 35% aufweist, auf die erste Hauptseite 12 des Halbleiter-Wafers 20 abgeschieden werden, wie in 5B dargestellt. Es können Aussparungen in der Schicht aus dem Material 13 gebildet werden, die die Kontaktstellen 11 des Halbleiter-Wafers 20 freilegen.
  • Wie schematisch in 5C dargestellt, kann eine Keimschicht 50 auf der oberen Oberfläche des Materials 13 und den freigelegten Oberflächen der Kontaktstellen 11 abgeschieden werden.
  • Die Abscheidung der Keimschicht 50 kann der oben in Verbindung mit 3I beschriebenen Abscheidung der Keimschicht ähnlich oder mit dieser identisch sein.
  • 5D zeigt, dass ein Abscheidungsresist 51 auf die Keimschicht 50 abgeschieden werden kann. Der Abscheidungsresist 51 kann in den Bereichen der Kontaktstellen 11 des Halbleiter-Wafers 20 Öffnungen aufweisen. Die durch die Öffnungen in dem Abscheidungsresist 51 freigelegten Teile der Keimschicht 50 können durch galvanische Abscheidung eines Metallmaterials verstärkt werden, wie in 5E dargestellt. Während der galvanischen Abscheidung des Metallmaterials wird die Keimschicht als Elektrode verwendet. Es können Kupfer oder andere Metalle oder Metalllegierungen auf die Keimschicht in den unmaskierten Bereichen und bis auf die gewünschte Höhe, die gewöhnlich größer als 3 μm ist, abgeschieden werden. Der Abscheidungsprozess produziert Metallständer (oder Pfosten oder Vorsprünge) 52, die von den Kontaktstellen 11 des Halbleiter-Wafers 20 vorstehen.
  • Der Abscheidungsresist 51 kann dann entfernt werden und die Teile der Keimschicht 50, die durch Entfernen des Abscheidungsresist 51 freigelegt werden, können geätzt werden. Wie in 5F dargestellt, können die Ständer 52 eine Höhe d5 im Bereich von 1 bis 40 μm und insbesondere von 20 bis 40 μm aufweisen.
  • Bei einer Ausführungsform werden die Ständer 52 durch Stud-Bumping produziert. Die Stud-Bumps 52 werden durch eine Modifikation des bei dem herkömmlichen Drahtbonden verwendeten Prozesses des ”Kugelbondens” (Ball Bonding) auf den Kontaktstellen 11 platziert. Beim Kugelbonden wird die Spitze des Bonddrahts geschmolzen, um eine Kugel zu bilden. Das Drahbondwerkzeug drückt diese Kugel gegen die Kontaktstelle des Halbleiterchips, die verbunden werden soll, und wendet dabei mechanische Kraft, Wärme und/oder Ultraschallenergie an, um eine metallische Verbindung zu erzeugen. Das Drahtbondwerkzeug verlängert dann den Draht zu der Kontaktstelle auf der Leiterplatte, dem Substrat oder Systemträger und nimmt eine ”Stitch”-Bondung an dieser Kontaktstelle vor und endet, indem es den Bonddraht abbricht, um einen weiteren Zyklus zu beginnen. Zum Stud-Bumping wird die erste Kugelbondung auf einer Kontaktstelle 11 des Halbleiter-Wafers 20 wie beschrieben vorgenommen, aber der Draht wird dann dicht über der Kugel abgebrochen. Die resultierende Kugel bzw. ”Stud-Bump” 52, die auf der Kontaktstelle 11 verbleibt, gewährleistet eine permanente und zuverlässige Verbindung zu dem darunter liegenden elektrisch leitfähigen Material der Kontaktstelle 11.
  • Wie in 5G dargestellt, kann der Halbleiter-Wafer 20 zerteilt werden, um dadurch die einzelnen Halbleiterchips 10 zu trennen. Ähnlich wie bei 3D und 3E wird ein Träger 16 bereitgestellt, und die Halbleiterchips 10 werden mittels eines Klebebands 22, zum Beispiel eines doppelseitigen Klebebands, das wie in 5H und 5I dargestellt auf den Träger auflaminiert werden kann, auf dem Träger 16 montiert. Im Gegensatz zu 3E werden die Halbleiterchips 10 jedoch so auf dem Träger 16 montiert, dass ihre ersten Hauptseiten 12 und die Ständer 52 dem Träger 16 abgewandt sind.
  • Nachdem die Halbleiterchips 10 auf dem Träger 16 montiert wurden, werden sie mit einem Einkapselungsmaterial eingekapselt, wodurch ein Einkapselungskörper 14 gebildet wird, wie oben in Verbindung mit 3F beschrieben und in 5J dargestellt. Das Einkapselungsmaterial bedeckt die ersten Hauptoberflächen 12 einschließlich des Materials 13, der Seitenflächen 24, der Halbleiterchips 10 sowie der Ständer 52. Der die Halbleiterchips 10 enthaltende Einkapselungskörper 14 wird dann von dem Träger 16 abgelöst, wie in 5K dargestellt.
  • Der Einkapselungskörper 14 kann durch mechanisches Entfernen von Einkapselungsmaterial von der oberen Oberfläche 53 des Einkapselungskörpers 14 gedünnt werden, wie in 5L dargestellt. Schleifmaschinen, die verwendet werden können, sind den zum Halbleiter-Waferschleifen verwendeten Maschinen ähnlich oder mit diesen identisch. Als Alternative kann Fräsen oder Polieren, wie zum Beispiel chemisch-mechanisches Polieren, verwendet werden, um die Dicke des Einkapselungskörpers 14 zu verringern.
  • Das Dünnen wird ausgeführt, bis die oberen Oberflächen der Ständer 52 freigelegt sind. Es ist auch möglich, dass die Höhen der Ständer 52 beim Dünnen des Einkapselungskörpers 14 verringert werden. Am Ende können die Ständer 52 eine Höhe d6 von weniger als 20 μm, insbesondere weniger als 10 oder 5 μm, aufweisen. Als Ergebnis des Dünnens ist die obere Oberfläche 53 des Einkapselungskörpers 14 im Wesentlichen bündig mit den oberen Oberflächen der Ständer 52. Der Ausdruck ”bündig” ist hier nicht mathematisch gemeint und kann Mikrostufen im Bereich von bis zu mehreren Mikrometern umfassen. Die oberen Oberflächen des Einkapselungskörpers 14 und der Ständer 52 bilden somit eine im Wesentlichen gemeinsame Ebene, worauf eine Umverdrahtungssschicht aufgebracht werden kann.
  • Die Umverdrahtungsschicht ist in 5N dargestellt und kann wie oben in Verbindung mit 3I3K beschrieben aufgebracht werden. Danach werden die einzelnen Bauelemente 500 durch Zerteilen des Einkapselungskörpers 14 wie in 5N dargestellt voneinander getrennt.
  • Die Bauelemente 100, 200, 300, 400 und 500 können auf Leiterplatten montiert werden. In 6 ist ein System 600 beispielhaft dargestellt, das das Bauelement auf einer Leiterplatte 40, zum Beispiel einer PCB, montiert enthält. Die Leiterplatte 40 kann Kontaktstellen 41 aufweisen und das Bauelement 300 kann mittels der Lotkugeln 28 an die Kontaktstellen 41 gelötet werden.
  • Die Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Halbleiterchips und den Lotkugeln kann örtlich insbesondere bei thermischen Wechselbelastungstests Anspannungen verursachen. Die höchste Anspannung tritt an der Grenzfläche zwischen der externen Kontaktstelle und den Lotkugeln auf. Bei herkömmlichen Bauelementen kann diese Anspannung Brüche im Kupfer verursachen. Ein solcher Bruch in einem herkömmlichen Bauelement ist in 7 beispielhaft gezeigt. Der Bruch beginnt in der Kupferschicht, verläuft dann durch die dielektrische Schicht und erstreckt sich in die Chippassivierung. Bei den oben beschriebenen Bauelementen 100 bis 500 wirkt das Material 13 als Puffer zwischen den Halbleiterchips und den Lotkugeln aufgrund der hohen Bruchdehnung des Materials 13 und verhindert somit die Bildung von Brüchen.
  • Obwohl ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke ”enthalten”, ”haben”, ”mit” oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck ”umfassen” einschließend sein. Ferner versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung in diskreten Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder voll integrierten Schaltungen oder Programmiermitteln implementiert werden können. Außerdem ist der Ausdruck ”beispielhaft” lediglich als ein Beispiel anstatt das Beste oder Optimale gemeint. Außerdem versteht sich, dass hier abgebildete Merkmale und/oder Elemente der Einfachheit und des leichteren Verständnisses halber mit bestimmten Dimensionen relativ zueinander dargestellt sind und dass die tatsächlichen Dimensionen wesentlich von den hier dargestellten abweichen können.
  • Obwohl hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, ist für Durchschnittsfachleute erkennbar, dass vielfältige alternative und/oder äquivalente Implementierungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Varianten der hier besprochenen spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt wird.

Claims (25)

  1. Bauelement (100), umfassend: einen Halbleiterchip (10), der auf einer ersten Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) angeordnete Kontaktstellen (11) umfasst, ein Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35%, wobei das Material (13) die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) bedeckt, einen Einkapselungskörper (14), der den Halbleiterchip (10) bedeckt, und eine Metallschicht (15), die elektrisch mit den Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) gekoppelt ist und sich über den Einkapselungskörper (14) erstreckt.
  2. Bauelement (100) nach Anspruch 1, das ferner eine Vielzahl von Lotabscheidungen (28) umfasst, wobei mindestens eine der Lotabscheidungen (28) außerhalb eines Umrisses des Halbleiterchips (10) angeordnet ist.
  3. Bauelement (100) nach Anspruch 2, wobei die Lotabscheidungen Lotkugeln (28) sind.
  4. Bauelement (100) nach Anspruch 3, wobei die Metallschicht (15) die Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) elektrisch mit den Lotkugeln (28) koppelt.
  5. Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (10) eine zweite Hauptseite (23) gegenüber der ersten Hauptseite (12) und sich von der ersten Hauptseite (12) zu der zweiten Hauptseite (23) erstreckende Seitenflächen (24) umfasst, und wobei der Einkapselungskörper (14) die Seitenflächen (24) des Halbleiterchips (10) vollständig bedeckt.
  6. Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei sich der Einkapselungskörper (14) in direktem Kontakt mit der zweiten Hauptseite (23) und den Seitenflächen (24) des Halbleiterchips (10) befindet.
  7. Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: Polyimid, Silikon, Epoxidharz, Polyurethan, Acrylonitrilbutadienstyrol und Polyphenylenbenzobisoxazol.
  8. Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Seite des Materials (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% und eine Seite des Einkapselungsmaterials (14) eine im Wesentlichen gemeinsame Ebene (17) definieren und die Metallschicht (15) parallel zu der im Wesentlichen gemeinsamen Ebene (17) angeordnet ist.
  9. Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% in einem Array oder einer anderen Anordnung von Pads (31) auf dem Halbleiterchip (10) angeordnet ist.
  10. Bauelement (100) nach Anspruch 9, wobei die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) und eine Seite des Einkapselungsmaterials (14) eine im Wesentlichen gemeinsame Ebene (30) definieren und die Pads (31) direkt auf der im Wesentlichen gemeinsamen Ebene (30) angeordnet sind.
  11. Bauelement (100) nach Anspruch 10, wobei die Metallschicht (15) parallel zu der im Wesentlichen gemeinsamen Ebene (30) angeordnet ist.
  12. Bauelement (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei über jedem der aus dem Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% bestehenden Pads (31) eine jeweilige externe Kontaktstelle (27) angeordnet ist.
  13. Bauelement (100) nach Anspruch 12, wobei über mindestens einer der externen Kontaktstellen (27) eine jeweilige Lotkugel (28) angeordnet ist.
  14. Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner von der ersten Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) vorstehende Vorsprünge (52) umfasst, wobei die Vorsprünge (52) an den Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) angebracht sind.
  15. Bauelement (100), umfassend: einen Halbleiterchip (10), der auf einer ersten Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) angeordnete Kontaktstellen (11) umfasst, Pads (31), die auf der ersten Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) in einem Array angeordnet sind und aus einem Material mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% bestehen; einen Einkapselungskörper (14), der den Halbleiterchip (10) bedeckt, eine Metallschicht (15), die elektrisch mit den Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) gekoppelt ist und sich über den Einkapselungskörper (14) erstreckt, und Lotkugeln (28), die in einem Array über den Pads (31) angeordnet sind.
  16. Bauelement (100), umfassend: einen Halbleiterchip (10), der eine erste Hauptseite (12), eine zweite Hauptseite (23) gegenüber der ersten Hauptseite (12) und sich von der ersten Hauptseite (12) zu der zweiten Hauptseite (23) erstreckende Seitenflächen (24) umfasst, mit auf der ersten Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) angeordneten Kontaktstellen (11), ein Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35%, das die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) bedeckt, einen Einkapselungskörper (14), der die Seitenflächen (24) des Halbleiterchips (10) bedeckt, eine Umverdrahtungsschicht (15), die elektrisch mit den Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) gekoppelt ist und sich über den Einkapselungskörper (14) erstreckt, und über der Umverdrahtungsschicht (15) abgeschiedene Lotkugeln (28).
  17. Bauelement (100) nach Anspruch 16, das ferner von der ersten Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) vorstehende Vorsprünge (52) umfasst, wobei die Vorsprünge (52) die Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) elektrisch mit der Umverdrahtungsschicht (15) koppeln.
  18. Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Halbleiterchips (10), der auf einer ersten Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) angeordnete Kontaktstellen (11) umfasst; Aufbringen eines Materials (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% auf die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10); Platzieren des Halbleiterchips (10) über einem Träger (16), wobei die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) dem Träger (16) zugewandt ist; Bedecken des Halbleiterchips (10) mit einem Einkapselungsmaterial (14); Entfernen des Trägers (16) nach dem Bedecken des Halbleiterchips (10) mit dem Einkapselungsmaterial (14); und Aufbringen einer Metallschicht (15) auf den Halbleiterchip (10) und das Einkapselungsmaterial (14), wobei die Metallschicht (15) elektrisch mit den Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) gekoppelt ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% auf die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) aufgebracht wird, bevor der Halbleiterchip (10) über dem Träger (16) platziert wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% auf die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) aufgebracht wird, nachdem der Träger (16) entfernt wurde.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Material (13) mit einer Bruchdehnung von mehr als 35% in Form von Pads (31) auf die erste Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) aufgebracht wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei ein weiterer Halbleiterchip (10) über dem Träger (16) platziert und mit dem Einkapselungsmaterial (14) bedeckt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Halbleiterchip (10) und der weitere Halbleiterchip (10) voneinander durch teilweises Entfernen des Einkapselungsmaterials (14) getrennt werden.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei Lötkugeln (28) auf die Metallschicht (15) aufgebracht werden.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei Vorsprünge (52), die von der ersten Hauptseite (12) des Halbleiterchips (10) vorstehen, an den Kontaktstellen (11) des Halbleiterchips (10) angebracht werden und das Einkapselungsmaterial (14) entfernt wird, bis Oberflächen der Vorsprünge (52) freigelegt sind.
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