DE102014210912A1 - Interposer für die Montage eines vertikal hybrid integrierten Bauteils auf einem Bauteilträger - Google Patents

Interposer für die Montage eines vertikal hybrid integrierten Bauteils auf einem Bauteilträger Download PDF

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Reinhard Neul
Johannes Classen
Torsten Kramer
Jochen Reinmuth
Mirko Hattass
Lars Tebje
Daniel Christoph Meisel
Ralf Reichenbach
Friedjof Heuck
Antoine Puygranier
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Abstract

Es wird ein Interposerkonzept zur Reduzierung von montagebedingten mechanischen Spannungen im Aufbau eines vertikal hybrid integrierten Bauteils vorgeschlagen, das eine zuverlässige mechanische Fixierung des Bauteils auf einem Bauteilträger und eine platzsparende elektrische Kontaktierung des Bauteils ermöglicht. Ein solcher Interposer (301) besteht aus einem flächigen Trägersubstrat (310) mit mindestens einer vorderseitigen Verdrahtungsebene (320), in der vorderseitige Anschlusspads (321) für die Montage des Bauteils (100) auf dem Interposer (301) ausgebildet sind, mit mindestens einer rückseitigen Verdrahtungsebene (330), in der rückseitige Anschlusspads (331) für die Montage auf einem Bauteilträger (110) ausgebildet sind, wobei die vorderseitigen Anschlusspads (321) und die rückseitigen Anschlusspads (331) versetzt zueinander angeordnet sind, und mit Durchkontakten (340) zur elektrischen Verbindung der mindestens einen vorderseitigen Verdrahtungsebene (320) und der mindestens einen rückseitigen Verdrahtungsebene (330). Erfindungsgemäß umfasst das Trägersubstrat (310) mindestens einen Randabschnitt (360) und mindestens einen Mittelabschnitt (350), die durch eine Stressentkopplungsstruktur (371) zumindest weitgehend mechanisch entkoppelt sind. Die vorderseitigen Anschlusspads (321) für die Montage des Bauteils (100) sind ausschließlich auf dem Mittelabschnitt (350) angeordnet, während die rückseitigen Anschlusspads (331) für die Montage auf einem Bauteilträger (110) ausschließlich auf dem Randabschnitt (360) angeordnet sind.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Interposer, der insbesondere für die Montage eines vertikal hybrid integrierten Bauteils auf einem Bauteilträger geeignet ist. Der Interposer besteht aus einem flächigen Trägersubstrat mit mindestens einer vorderseitigen und mindestens einer rückseitigen Verdrahtungsebene. In der vorderseitigen Verdrahtungsebene sind Anschlusspads für die Montage des Bauteils auf dem Interposer ausgebildet und in der rückseitigen Verdrahtungsebene sind rückseitige Anschlusspads für die Montage auf einem Bauteilträger ausgebildet. Die vorderseitigen Anschlusspads und die rückseitigen Anschlusspads sind versetzt zueinander angeordnet. Im Trägersubstrat sind Durchkontakte ausgebildet, über die die vorderseitige und die rückseitige Verdrahtungsebene elektrisch verbunden sind. Außerdem ist im Trägersubstrat eine Stressentkopplungsstruktur ausgebildet.
  • Vertikal hybrid integrierte Bauteile umfassen in der Regel mindestens ein MEMS-Bauelement mit einer mikromechanischen Sensor- oder Aktorfunktion und mindestens ein ASIC-Bauelement mit Schaltungsfunktionen zur Signalverarbeitung für die MEMS-Funktion. Die Bauelemente eines vertikal hybrid integrierten Bauteils sind in einem Chipstapel angeordnet, der als Chip-Scale-Package ohne weitere Umverpackung auf einem Bauteilträger montiert werden kann. Dabei kommen meist Flip-Chip-Techniken zum Einsatz. Wichtige Anwendungen für vertikal hybrid integrierte Bauteile aus dem Automobil- und Consumer-Elektronik-Bereich sind die Erfassung von Beschleunigungen, Drehraten, Magnetfeldern oder auch Drücken. Dabei wird die jeweilige Messgröße mit Hilfe des MEMS-Bauelements erfasst und in elektrische Signale umgewandelt. Diese werden dann mit Hilfe der ASIC-Schaltungsfunktionen verarbeitet und ausgewertet. Das Bauteilkonzept von vertikal hybrid integrierten Bauteilen ermöglicht einen hohen Miniaturisierungsgrad bei hoher Funktionsintegration, da die einzelnen Bauelementkomponenten gestackt werden, so dass auf eine Umverpackung der einzelnen Chips und des Bauteils insgesamt verzichtet werden kann.
  • Allerdings hat die Direktmontage solcher Chip-Scale-Packages zur Folge, dass Verbiegungen des Bauteilträgers sehr direkt in das MEMS-Bauelement und die MEMS-Struktur eingekoppelt werden. Verbiegungen der Applikationsleiterplatte können im Zuge der Gerätealterung auftreten aber auch auf Temperatur- und/oder Druckschwankungen zurückzuführen sein, durch Feuchtigkeit hervorgerufen werden oder montagebedingt sein. In jedem Fall führen sie in der Regel zu mechanischen Spannungen im Bauteilaufbau, die die MEMS-Funktion stark beeinträchtigen können. Bei Sensorbauteilen kann dies zu einem unerwünschten und undefinierten Sensorverhalten führen. So kann sich beispielsweise die Sensitivität verändern oder es kann auch eine Drift im Sensorsignal auftreten.
  • Die US 6,050,832 beschäftigt sich mit Problemen, die bei der Flip-Chip-Montage von vergleichsweise großen Chips auftreten. Dabei werden die Chips mit der aktiven Vorderseite über sogenannte „ball grid arrays“, also eine Vielzahl von in einem Raster angeordneten Lötballs, auf einem Träger montiert, wobei die Lötballs gleichzeitig der mechanischen Fixierung wie auch der elektrischen Kontaktierung des Chips dienen. Das Lötballraster erstreckt sich in der Regel über die gesamte Chipfläche, zum einen um den Chip möglichst ganzflächig zu fixieren und zum anderen um eine möglichst große Anzahl von elektrischen Chipanschlüssen zu realisieren. Diese Lötverbindungen unterliegen starken mechanischen Spannungen. Dies ist unter anderem auf unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials, des Chipmaterials und des Lötmaterials zurückzuführen. In der US 6,050,832 A wird vorgeschlagen, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer („solder joint reliability“) der Lötverbindungen eines solchen „ball grid arrays“ mit Hilfe eines Interposers der eingangs genannten Art zu verbessern, wobei allerdings am Konzept eines ganzflächigen Verbindungsrasters festgehalten wird. Gemäß der US 6,050,832 A wird jede einzelne Verbindungsstelle eines solchen Rasters stressentkoppelt. Dazu ist im Interposer für jede einzelne Verbindungsstelle eine elastische Zunge als Stressentkopplungsstruktur ausgebildet. Auf jeder Zungenstruktur sind ein vorderseitiges Anschlusspad für den Chip und ein rückseitiges Anschlusspad für die Montage auf dem Träger angeordnet, und zwar versetzt zueinander, so dass die elastische Zungenstruktur mechanische Spannungen im Verbindungsbereich aufnehmen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Interposerkonzept zur Reduzierung von montagebedingten mechanischen Spannungen im Aufbau eines vertikal hybrid integrierten Bauteils vorgeschlagen, das eine zuverlässige mechanische Fixierung des Bauteils auf einem Bauteilträger und eine platzsparende elektrische Kontaktierung des Bauteils ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Trägersubstrat des Interposers mindestens einen Randabschnitt und mindestens einen Mittelabschnitt umfasst, die durch die Stressentkopplungsstruktur zumindest weitgehend mechanisch entkoppelt sind, und dass die vorderseitigen Anschlusspads für die Montage des Bauteils ausschließlich auf dem Mittelabschnitt angeordnet sind, während die rückseitigen Anschlusspads für die Montage auf einem Bauteilträger ausschließlich auf dem Randabschnitt angeordnet sind.
  • Demnach ist der Mittelabschnitt des erfindungsgemäßen Interposers ausschließlich für eine zentrale mechanische Fixierung und elektrische Kontaktierung des Bauteils vorgesehen. Das Bauteil wird hier also nicht ganzflächig mit dem Interposer verbunden, sondern lediglich in einem Flächenbereich, der deutlich kleiner ist als der „footprint“ des Bauteils. Die Montage auf dem Bauteilträger erfolgt ausschließlich über den Randabschnitt des Interposers. Mechanische Spannungen im Bauteilträger werden zwar auf diesen Randabschnitt übertragen, aber nicht in den Mittelabschnitt des Interposers eingeleitet, da die biegeweiche Stressentkopplungsstruktur diese Spannungen aufnimmt. Die Stressentkopplungsstruktur stellt erfindungsgemäß eine räumliche Trennung und eine mechanische Entkopplung zwischen dem Mittelabschnitt und dem Randabschnitt des Interposers her. Im Unterschied zum Stand der Technik werden die Verbindungen Bauteil-Interposer und Interposer-Bauteilträger hier also nicht punktuell, sondern nach Chipbereichen mechanisch entkoppelt. Die Übertragung von mechanischen Spannungen im Bauteilträger auf das Bauteil wird erfindungsgemäß also durch zwei zusammenwirkende Maßnahmen verhindert oder zumindest erschwert, nämlich zum einen durch die zentrale, vergleichsweise kleine Verbindungsfläche zwischen Bauteil und Interposer und zum anderen durch die biegeweiche Stressentkopplungsstruktur des Interposers, die den Verbindungsbereich zwischen Bauteil und Interposer vom Verbindungsbereich zwischen Interposer und Bauteilträger abkoppelt.
  • Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung eines erfindungsgemäßen Interposers, beispielsweise was das Layout der vorder- und rückseitigen Verdrahtungsebenen mit den Anschlusspads für das Bauteil und die Montage auf dem Bauteilträger betrifft. Letztlich werden dabei immer die Funktion und der „footprint“ des oder der Bauteile zu berücksichtigen sein, für die der Interposer bestimmt ist. Auch die Verbindungstechniken, die für die Montage des Bauteils auf dem Interposer einerseits und für die Montage des Interposers auf dem Bauteilträger andererseits eingesetzt werden sollen, wirken sich auf die Realisierung des erfindungsgemäßen Interposers aus. Außerdem ist es sinnvoll, die Art des Bauteilträgers bei der Materialwahl für das Trägersubstrat des Interposers zu berücksichtigen, beispielsweise im Hinblick auf ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten. Auch für die Ausbildung der Stressentkopplungsstruktur im Trägersubstrat des Interposers gibt es verschiedene Möglichkeiten.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Stressentkopplungsstruktur des Interposers in Form einer Grabenstruktur realisiert. Da das Trägersubstrat des Interposers im Grabenbereich abgedünnt ist, treten Verformungen bevorzugt in diesem Bereich auf. Mechanische Spannungen im Bauteilträger können so gezielt in den Interposer eingeleitet und vom Verbindungsbereich des Bauteils ferngehalten werden. Die Stressaufnahme hängt maßgeblich von der Geometrie der Grabenstruktur ab. Besonders vorteilhaft sind Grabenstrukturen, die nicht nur einen Graben, sondern mehrere im Wesentlichen parallel verlaufenden Gräben umfassen. Diese können in der Vorderseite und/oder in der Rückseite des Trägersubstrats ausgebildet sein. Ein weiterer Vorteil von Grabenstrukturen zur Stressentkopplung ist, dass der Mittelbereich des Interposers allseitig gleichmäßig vom Randbereich entkoppelt werden kann, da Grabenstrukturen umlaufend geschlossen um den Mittelbereich ausgebildet werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Stressentkopplungsstruktur des Interposers eine Schlitzstruktur mit einem oder mehreren Einzelschlitzen, die sich über die gesamte Dicke des Trägersubstrats von seiner Vorderseite bis zu seiner Rückseite erstrecken. Die Schlitze sind hier umlaufend um den Mittelbereich aneinander gereiht, um diesen mechanisch vom Randbereich zu entkoppeln. Auch hier kann die Stressentkopplungsstruktur mehrere im Wesentlichen parallel verlaufenden Aneinanderreihungen von Schlitzen umfassen, die vorteilhafterweise versetzt zueinander angeordnet sind.
  • Die Stressentkopplungsstruktur des erfindungsgemäßen Interposers kann, beispielsweise ergänzend zu einer Schlitzstruktur, auch Federelemente umfassen, die im Trägersubstrat zwischen dem mindestens einen Randabschnitt und dem mindestens einen Mittelabschnitt ausgebildet sind um die mechanischen Spannungen des Bauteilträgers aufzunehmen.
  • Das erfindungsgemäße Interposerkonzept kann auch auf weitere Montage- bzw. Bauteilvarianten erweitert werden. So ist in einer Weiterbildung der Erfindung im Trägersubstrat des Interposers mindestens eine Ausnehmung für ein Bauelement ausgebildet, das auf der Unterseite eines vertikal hybrid integrierten Bauteils montiert ist. In diesem Fall sind auf mindestens einem Rahmenabschnitt der Ausnehmung ausschließlich vorderseitige Anschlusspads für die Montage dieses Bauteils ausgebildet, während auf mindestens einem anderen Rahmenabschnitt der Ausnehmung ausschließlich rückseitige Anschlusspads für die Montage auf dem Bauteilträger ausgebildet sind. Auch hier sind die Verbindungen Bauteil-Interposer und Interposer-Bauteilträger nach Chipbereichen, nämlich nach Rahmenabschnitten, getrennt. Je nach Rahmengeometrie sind die einzelnen Rahmenabschnitte auch mehr oder weniger mechanisch entkoppelt. Jedenfalls trägt diese Interposervariante zur Erhöhung der Funktionsdichte auf dem Bauteilträger bei, da die Chipfläche des Bauteils nicht nur für die Bauteilfunktionen, sondern auch für die Funktion des weiteren Bauelements auf der Unterseite des Bauteils genutzt wird.
  • Wie bereits erwähnt, kommen unterschiedliche Materialien als Trägersubstrat für den erfindungsgemäßen Interposer in Frage. Neben den Materialeigenschaften, die auf die Eigenschaften des Bauteilträgers abgestimmt sein sollten, sollte bei der Materialwahl auch der Aufwand für die Fertigung berücksichtigt werden. Unter diesem Gesichtspunkt erweisen sich Siliziumsubstrate und Träger aus einem dielektrischen Material als besonders geeignet. Siliziumträger lassen sich einfach mit Standardverfahren der Halbleitertechnik strukturieren und mit Durchkontakten, Verdrahtungsebenen, Leiterbahnen und Anschlusspads versehen. Dielektrische Trägersubstrate lassen sich ebenfalls einfach mit Standardverfahren strukturieren. Neben dem Material ist hier auch die Realisierung von Durchkontakten und Verdrahtungsebenen vergleichsweise kostengünstig.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren.
  • 1a, 1b zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung eines vertikal hybrid integrierten Bauteils 100, das über einen erfindungsgemäßen Interposer 301 bzw. 302 auf einem Bauteilträger 110 montiert ist.
  • 2a zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines vertikal hybrid integrierten Bauteils 100, das über einen dritten erfindungsgemäßen Interposer 303 auf einem Bauteilträger 110 montiert ist, und
  • 2b zeigt eine Draufsicht auf diesen Interposer 303.
  • 3a zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines vertikal hybrid integrierten Bauteils 100 mit einem rückseitig montierten zusätzlichen Bauelement 30, das in einer Ausnehmung eines erfindungsgemäßen Interposers 304 angeordnet ist, und
  • 3b zeigt einen Schnitt durch diesen Aufbau im Bereich der Interposeroberfläche.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen besteht das vertikal hybrid integrierte Bauteil 100 aus einem MEMS-Bauelement 10 und einem ASIC-Bauelement 20. Beide Bauelementkomponenten 10 und 20 sind hier lediglich schematisch dargestellt. Bei dem MEMS-Bauelement 10 kann es sich beispielsweise um ein Inertial-Sensorelement mit einer auslenkbaren Sensorstruktur zum Erfassen von Beschleunigungen handeln. Die Schaltungsfunktionen des ASIC-Bauelements 20 dienen vorteilhafterweise der Verarbeitung und Auswertung der Sensorsignale des MEMS-Bauelements 10. MEMS-Bauelement 10 und ASIC-Bauelement 20 sind über eine strukturierte Verbindungsschicht 21 sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander verbunden und bilden einen Chipstapel bzw. ein Chip-Scale-Package. Die externe elektrische Kontaktierung der beiden Bauelementkomponenten 10 und 20 erfolgt über Durchkontakte 22 im ASIC-Bauelement 20, die an eine Verdrahtungsebene 23 auf der Rückseite des ASIC-Bauelements 20 angeschlossen sind. In dieser Verdrahtungsebene 23 sind Anschlusspads 24 für Lötballs 25 ausgebildet, über die das Bauteil 100 sowohl mechanisch als auch elektrisch mit einem erfindungsgemäßen Interposer zur Montage auf einem Bauteilträger 110 verbunden ist. Bei dem Bauteilträger 110 kann es sich beispielsweise um eine Applikationsplatine handeln.
  • Alle in den Figuren dargestellten Interposer 301 bis 304 bestehen aus einem flächigen Trägersubstrat 310. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Siliziumsubstrat handeln oder auch um einen Träger aus einem dielektrischen Material. Das Trägersubstrat 310 ist mit einer vorderseitigen Verdrahtungsebene 320 ausgestattet, in der vorderseitige Anschlusspads 321 für die Montage des Bauteils 100 auf dem jeweiligen Interposer ausgebildet sind. Auch auf der Rückseite des Interposers befindet sich eine Verdrahtungsebene 330 mit rückseitigen Anschlusspads 331 für die Montage auf einem Bauteilträger 110. Die Verdrahtungsebenen 320 und 330 sind durch Isolationsschichten 311 gegen das Trägersubstrat 310 elektrisch isoliert. Die vorderseitigen Anschlusspads 321 sind deutlich kleiner als die rückseitigen Anschlusspads 331, da für die Montage des Bauteils 100 auf dem Interposer 301, 302 bzw. 303 auch deutlich kleinere Lötballs 25 oder CU-Pillars verwendet werden können als für die externe Montage auf dem Bauteilträger 110. Bei der internen Kontaktierung werden nämlich andere Layout-Regeln angewendet als bei der externen Kontaktierung auf einer Applikationsleiterplatte, für die Lötballs 26 verwendet werden. Außerdem sind die vorderseitigen Anschlusspads 321 und die rückseitigen Anschlusspads 331 versetzt zueinander angeordnet. Die elektrische Verbindung zwischen der vorderseitigen Verdrahtungsebene 320 und der rückseitigen Verdrahtungsebene 330 wird über Durchkontakte 340 im Trägersubstrat 310 hergestellt. Dabei kann es sich beispielsweise um gegen das Trägersubstrat 310 isolierte Kupfer-TSVs handeln.
  • Im Trägersubstrat der Interposer 301 bis 303 ist jeweils eine Stressentkopplungsstruktur ausgebildet, die erfindungsgemäß eine mechanische Entkopplung eines Mittelabschnitts 350 des Trägersubstrats 310 von einem Randabschnitt 360 des Trägersubstrats 310 bewirkt. Außerdem sind erfindungsgemäß die vorderseitigen Anschlusspads 321 für die Montage des Bauteils 100 ausschließlich auf dem Mittelabschnitt 350 angeordnet, während die rückseitigen Anschlusspads 331 für die Montage auf einem Bauteilträger 110 ausschließlich auf dem Randabschnitt 360 angeordnet sind.
  • Im Fall des in 1a dargestellten Interposers 301 ist die Stressentkopplungsstruktur in Form eines Grabens 371 in der Vorderseite des Trägersubstrats 310 realisiert, der den Mittelabschnitt 350 definiert und vom rahmenartigen Randabschnitt 360 trennt. Diese Grabenstruktur 371 ist vorteilhafterweise umlaufend geschlossen, in Form eines Rechtecks, Kreisrings oder Ovals. Sie kann im Falle eines Siliziumsubstrats beispielsweise durch Trenchätzen in der Trägeroberfläche erzeugt werden. Bei anderen Trägermaterialien kommt dafür auch eine Laserstrukturierung in Frage. Erfindungsgemäß sind die vorderseitigen Anschlusspads 321 ausschließlich auf dem Mittelabschnitt 350 angeordnet. Da der Graben 371 umlaufend geschossen ist, sind auch die Durchkontakte 340 im Mittelabschnitt des Trägersubstrats 310 ausgebildet und über Leiterbahnabschnitte in der rückseitigen Verdrahtungsebene 330 an die rückseitigen Anschlusspads 331 angeschlossen, die erfindungsgemäß ausschließlich auf dem Randabschnitt 360 des Trägersubstrats 310 angeordnet sind.
  • Auch im Fall des in 1b dargestellten Interposers 302 ist die Stressentkopplungsstruktur in Form eines Grabens 372 realisiert, der den Mittelabschnitt 350 definiert und vom Randabschnitt 360 trennt. Diese Grabenstruktur 372 ist hier allerdings in der Rückseite des Trägersubstrats 310 ausgebildet. Wieder sind die vorderseitigen Anschlusspads 321 ausschließlich auf dem Mittelabschnitt 350 angeordnet, während sich die rückseitigen Anschlusspads 331 ausschließlich auf dem Randabschnitt 360 befinden. Die elektrische Verbindung zwischen den vorderseitigen Anschlusspads 321 und den rückseitigen Anschlusspads 331 wird hier über Leiterbahnabschnitte in der vorderseitigen Verdrahtungsebene 320 und Durchkontakte 340 hergestellt, die im Randabschnitt des Trägersubstrats 310 ausgebildet sind.
  • Sowohl im Fall der 1a als auch im Fall der 1b werden Deformationen des Bauteilträgers 110 über die Lötballs 26 zunächst auf den Randabschnitt 360 des Interposers 301 bzw. 302 übertragen und verursachen dort eine Deformation der biegeweichen Stressentkopplungsstruktur 371 bzw. 372, d. h. im Grabenbereich. Aufgrund der mechanischen Entkopplung von Mittelabschnitt 350 und Randabschnitt 360 werden mechanische Spannungen im Bauteilträger 110 also nur bedingt in den Mittelabschnitt 350 des Interposers 301 bzw. 302 übertragen. Die zentrale Montage des Bauteils 100 auf dem Mittelabschnitt 350 verringert zudem die Stresseinleitung in das Bauteil 100, da umso weniger Deformationsenergie übertragen wird, je kleiner die Verbindungsfläche ist, d. h. die Rasterfläche der Lötballs 25.
  • Der in den 2a dargestellte Aufbau umfasst einen Interposer 303, dessen Stressentkopplungsstruktur in Form von Schlitzen 373 und membranartigen Federelementen 374 realisiert ist. Die Schlitze 373 erstrecken sich über die gesamte Dicke des Trägersubstrats 310 und fassen den Mittelabschnitt 350 des Trägersubstrats 310 klammerartig ein, was durch die Draufsicht der 2b veranschaulicht wird. Der Mittelabschnitt 350 ist lediglich über die beiden einander gegenüberliegenden Federelemente 374 an den Randabschnitt 360 angebunden. Mit Hilfe dieser Stressentkopplungsstruktur kann eine besonders weitreichende mechanische Entkopplung zwischen Mittelabschnitt 350 und Randabschnitt 360 des Trägersubstrats 310 erzielt werden. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der vorderseitigen Verdrahtungsebene 320 nicht nur die vorderseitigen Anschlusspads 321 ausgebildet, sondern auch Leiterbahnen 322, die diese Anschlusspads 321 mit den im Randabschnitt 360 angeordneten Durchkontakten 340 im Trägersubstrat 310 verbinden. Diese Leiterbahnen 322 sind über die Federelemente 374 aus dem Mittelabschnitt 350 in den Randabschnitt 360 geführt. Das Layout der rückseitigen Leiterbahnen 332 und Anschlusspads 331 ist hier gestrichelt dargestellt.
  • Bei dem in den 3a, 3b dargestellten Interposer 304 ist eine Ausnehmung 380 im Trägersubstrat 310 ausgebildet, die sich über die gesamte Dicke des Trägersubstrats 310 erstreckt. Diese Ausnehmung 380 dient als Aufnahme für ein weiteres Bauelement 30, das in Flip-Chip-Technik über Anschlusspads 31 und Lötballs auf der Unterseite des Bauteils 100 montiert ist. Dabei kann es sich beispielsweise um ein weiteres MEMS-Bauelement, ein weiteres ASIC-Bauelement oder auch um einen weiteren integrierten Sensor oder Aktuator handeln. Dieses Bauelement 30 kann in seiner Dicke über einen relativ großen Bereich skaliert werden und ist hier sogar dicker als das Trägersubstrat 310 des Interposers 304, was durch die Lötballs 26 ausgeglichen wird. 3b veranschaulicht, dass hier auf zwei gegenüberliegenden Rahmenabschnitten 381 der Ausnehmung 380 ausschließlich vorderseitige Anschlusspads 321 für die Montage des Bauteils 100 ausgebildet sind, während auf den anderen beiden gegenüberliegenden Rahmenabschnitten 382 der Ausnehmung 380 ausschließlich rückseitige Anschlusspads 331 für die Montage auf dem Bauteilträger 110 ausgebildet sind.
  • Die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, dass das erfindungsgemäße Interposerkonzept äußerst flexibel und auch erweiterbar ist. Das Layout lässt sich mit einem vergleichsweise geringen Entwicklungsaufwand an unterschiedlichste Chipflächen und Balling-Varianten anpassen, um speziellen Anforderungen bzgl. Footprint und/oder Pinanordnung zu genügen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6050832 [0004]
    • US 6050832 A [0004, 0004]

Claims (8)

  1. Interposer (301), insbesondere für die Montage eines vertikal hybrid integrierten Bauteils (100) auf einem Bauteilträger (110), bestehend aus einem flächigen Trägersubstrat (310) • mit mindestens einer vorderseitigen Verdrahtungsebene (320), in der vorderseitige Anschlusspads (321) für die Montage des Bauteils (100) auf dem Interposer (301) ausgebildet sind, • mit mindestens einer rückseitigen Verdrahtungsebene (330), in der rückseitige Anschlusspads (331) für die Montage auf einem Bauteilträger (110) ausgebildet sind, wobei die vorderseitigen Anschlusspads (321) und die rückseitigen Anschlusspads (331) versetzt zueinander angeordnet sind, • mit Durchkontakten (340) zur elektrischen Verbindung der mindestens einen vorderseitigen Verdrahtungsebene (320) und der mindestens einen rückseitigen Verdrahtungsebene (330) und • mit einer Stressentkopplungsstruktur, die im Trägersubstrat (310) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (310) mindestens einen Randabschnitt (360) und mindestens einen Mittelabschnitt (350) umfasst, die durch die Stressentkopplungsstruktur (371) zumindest weitgehend mechanisch entkoppelt sind, und dass die vorderseitigen Anschlusspads (321) für die Montage des Bauteils (100) ausschließlich auf dem Mittelabschnitt (350) angeordnet sind, während die rückseitigen Anschlusspads (331) für die Montage auf einem Bauteilträger (110) ausschließlich auf dem Randabschnitt (360) angeordnet sind.
  2. Interposer (301; 302) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stressentkopplungsstruktur eine Grabenstruktur (371; 372) umfasst, die aus einem Graben oder mehreren im Wesentlichen parallel verlaufenden Gräben in der Vorderseite und/oder in der Rückseite des Trägersubstrats (310) besteht.
  3. Interposer (303) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stressentkopplungsstruktur eine Schlitzstruktur (373) mit einem oder mehreren Schlitzen umfasst, die sich über die gesamte Dicke des Trägersubstrats (310) von seiner Vorderseite bis zu seiner Rückseite erstrecken.
  4. Interposer (303) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzstruktur aus einer oder mehreren im Wesentlichen parallel verlaufenden Aneinanderreihungen von Schlitzen (373) besteht, wobei die Schlitze parallel verlaufender Aneinanderreihungen versetzt zueinander angeordnet sind.
  5. Interposer (303) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stressentkopplungsstruktur mindestens ein Federelement (374) umfasst, das im Trägersubstrat zwischen dem mindestens einen Randabschnitt (360) und dem mindestens einen Mittelabschnitt (350) ausgebildet ist.
  6. Interposer (304) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (310) mindestens eine Ausnehmung (380) für ein Bauelement (30) aufweist, das auf der Unterseite eines Bauteils (100) montiert ist, und dass auf mindestens einem Rahmenabschnitt (381) der Ausnehmung (380) ausschließlich vorderseitige Anschlusspads (321) für die Montage dieses Bauteils (100) ausgebildet sind, während auf mindestens einem anderen Rahmenabschnitt (382) der Ausnehmung (380) ausschließlich rückseitige Anschlusspads (331) für die Montage auf einem Bauteilträger (110) ausgebildet sind.
  7. Interposer (301) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Trägersubstrat (310) um ein Siliziumsubstrat oder um einen Träger aus einem dielektrischen Material handelt.
  8. Verwendung eines Interposers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Montage eines vertikal hybrid integrierten Bauteils (100) auf einem Bauteilträger (110), wobei das Bauteil (100) mindestens umfasst • ein MEMS-Bauelement (10) mit mindestens einem auslenkbaren Strukturelement und • ein ASIC-Bauelement (20) mit Schaltungsfunktionen für die MEMS-Funktion, wobei das MEMS-Bauelement (10) und das ASIC-Bauelement (20) über mindestens eine Verbindungsschicht (21) miteinander verbunden sind und einen Chipstapel bilden.
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