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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Packungen und Verfahren zum Herstellen einer Packung.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Packungen können als gekapselte elektronische Chips mit elektrischen Anschlüssen bezeichnet werden, die sich aus dem Umkapselungsmittel erstrecken und an einer elektronischen Peripherie, zum Beispiel einer Leiterplatte, montiert sind. Die Packung kann mit der gedruckten Leiterplatte durch Löten verbunden sein. Zu diesem Zweck können an einer Innen- oder Außenfläche der Packung Lötbumps (Lötkugeln) bereitgestellt sein. Die interne Verbindung kann sich auf einen Chip-zu-Chip-Träger beziehen, und externe Anschlüsse können sich auf Verbindungen mit der Leiterplatte beziehen.
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Die Packungskosten stellen einen wichtigen Einflussfaktor für die Branche dar. Damit im Zusammenhang stehen Leistung, Abmessungen und Zuverlässigkeit. Die unterschiedlichen Packungslösungen sind mannigfaltig und müssen die Bedürfnisse der Anwendung ansprechen. Es gibt Anwendungen, bei denen eine hohe Leistung erforderlich ist, und andere, bei denen die Zuverlässigkeit die oberste Priorität darstellt - aber alle erfordern geringstmögliche Kosten.
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Insbesondere wird Zuverlässigkeit der packungsinternen und/oder packungsexternen Lötverbindungen gefordert.
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Herkömmliche Packungen bzw. Halbleitervorrichtungen und deren Herstellung sind beispielsweise in der
US 2014 / 0 065 771 A1 der
US 5 926 694 A und der
US 9 177 899 B2 beschrieben. So offenbart die
US 2014 / 0 065 771 A1 ein Verfahren zum Verbinden eines Chips mit einem Substrat durch Lötkugeln, die die Besonderheit aufweisen, dass sie aus zwei Teilen mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen bestehen, insbesondere aus einem Kern mit höherer Schmelztemperatur und einer Hülle mit niedrigerer Schmelztemperatur, so dass die Hülle bei einer bestimmten Temperatur schmilzt und dadurch den Chip mit dem Substrat verbinden kann, während der Kern der Lötkugel fest bleibt. Bei diesem Verfahren kann das Substrat Aussparungen aufweisen, in denen Kontaktpads angeordnet sind, so dass die Kontaktpads unterhalb der oberen Oberfläche des Substrats liegen. Die
US 5 926 694 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem ein Chip mit einer Vielzahl an Chippads und ein Substrat mit einer Vielzahl an Substratpads miteinander verbunden werden. Bei dem Verfahren wird eine Aussparung gebildet, indem eine Drückkraft auf das Substrat an der Stelle eines Substratpads ausgeübt wird, ein Kleber aufgetragen wird und ein Chip mit Bumps auf dem Substrat platziert wird. Weitere gattungsgemäße Halbleiterpackungen und deren Herstellung sind in der
US 9 177 899 B2 beschrieben. Haftungsförderer für Oberflächen aus Kupfer oder Kupferlegierungen sind aus der
US 2005 / 0 236 359 A1 bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es kann Bedarf bestehen an einer Packung mit hoher Zuverlässigkeit.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Packung bereitgestellt, die einen elektronischen Chip mit mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur umfasst, sowie einen elektrisch leitfähigen Chip-Träger, der einen Leadframe umfasst, mit mindestens einem Kopplungshohlraum und eine Kopplungsstruktur, die mindestens teilweise in dem mindestens einen Kopplungshohlraum angeordnet ist und die mindestens eine elektrische Kontaktstruktur mit dem Chip-Träger elektrisch kontaktiert (insbesondere durch eine Lötverbindung), wobei die mindestens eine elektrische Kontaktstruktur ein Pad und einen Pfeiler auf dem Pad umfasst.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Packung bereitgestellt, die einen elektronischen Chip mit mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur umfasst, sowie einen (insbesondere einen elektrisch leitfähigen und noch genauer ausschließlich oder vollständig elektrisch leitfähigen) Chip-Träger mit einem ersten Oberflächenabschnitt, der geometrisch eingerichtet ist (zum Beispiel durch die Ausbildung eines Hohlraums oder durch die Bereitstellung einer anderen geeigneten nicht planen Form), um für Kopplungsmaterial eine höhere Benetzbarkeit als eine benachbarte Oberfläche aufzuweisen, und mit einer zweiten Oberfläche mit einem stärkeren Haftvermögen für Umkapselungsmaterial als eine benachbarte Oberfläche, eine Kopplungsstruktur, die mindestens teilweise auf dem ersten Oberflächenabschnitt angeordnet ist und die mindestens eine elektrische Kontaktstruktur mit dem Chip-Träger (insbesondere durch eine Lötverbindung) elektrisch kontaktiert, und ein Umkapselungsmittel, das mindestens den elektrischen Chip umkapselt und mindestens einen Teil des zweiten Oberflächenabschnitts bedeckt, wobei die mindestens eine elektrische Kontaktstruktur ein Pad und einen Pfeiler auf dem Pad umfasst und der Chip-Träger einen Leadframe umfasst.
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Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Herstellen einer Packung bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines elektronischen Chips mit mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur, die ein Pad und einen Pfeiler auf dem Pad umfasst, ein Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Chip-Trägers mit mindestens einem Kopplungshohlraum, wobei der Chip-Träger einen Leadframe umfasst, und ein Koppeln (insbesondere elektrisch leitfähiges Koppeln und noch genauer: Löten) einer Kopplungsstruktur mindestens teilweise in mindestens einem Kopplungshohlraum, um dadurch mindestens eine elektrische Kontaktstruktur im Chip-Träger elektrisch zu kontaktieren (oder zu verbinden), umfasst.
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Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Herstellen einer Packung bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines elektronischen Chips mit mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur, die ein Pad und einen Pfeiler auf dem Pad umfasst, ein Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Chip-Trägers mit einem ersten Oberflächenabschnitt, der geometrisch eingerichtet ist (zum Beispiel durch die Ausbildung eines Hohlraums oder durch die Bereitstellung einer anderen geeigneten nicht planen Form), um eine größere Benetzbarkeit für Umkapselungsmaterial aufzuweisen als eine benachbarte zweite Oberfläche, und wobei der zweite Oberflächenabschnitt ein höheres Haftvermögen für Umkapselungsmaterial aufweist als der benachbarte erste Oberflächenabschnitt, wobei der Chip-Träger einen Leadframe umfasst; ein Koppeln (insbesondere elektrisch leitfähiges Koppeln, noch genauer: Löten) einer Kopplungsstruktur, die zumindest teilweise auf dem ersten Oberflächenabschnitt angeordnet ist, um dadurch mindestens eine elektrische Kontaktstruktur mit dem Chip-Träger elektrisch zu kontaktieren; und ein Umkapseln von mindestens einem Teil des elektronischen Chips und des zweiten Oberflächenabschnitts mit einem Umkapselungsmittel, umfasst.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Packungsarchitektur bereitgestellt, wobei ein oder mehrere Kopplungshohlräume (insbesondere Löthohlräume) als lokal begrenzte Eindrücke in einem Chip-Träger bereitgestellt sein können. Durch diese Maßnahme kann eine Kopplungsstruktur, die den Chip-Träger an der Position des entsprechenden Kopplungshohlraums mit einer dazugehörigen elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur elektrisch und mechanisch verbindet, gezwungen werden, an einer und um eine Position des entsprechenden Kopplungshohlraums räumlich fokussiert zu bleiben. Der Grund hierfür ist, dass die Kopplungsstruktur aus physikalischen die Tendenz zeigt zum Ansammeln und selektiven Verbleiben in konkaven Kopplungshohlräumen des Eindrucktyps und während der Ausbildung einer elektrischen Verbindung (insbesondere beim Löten) nicht in unkontrollierter Weise über eine gesamte Trägerfläche fließt. Daher kann eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einer entsprechenden elektrischen Kontaktstruktur des dazugehörigen elektronischen Chips und dem Chip-Träger definierter und zuverlässiger gemacht werden. Das unerwünschte Phänomen des Löt-Bleedings oder der Kapillarität von anderem elektrisch leitfähigen Kopplungsmaterial kann daher zumindest stark unterdrückt werden, da der Kopplungshohlraum das Kopplungsmaterial im konkaven Hohlraum räumlich eingrenzt, sodass ein unkontrollierter Fluss von Kopplungsmaterial aus der Kopplungsposition einer leitfähigen Verbindung verhindert oder unterdrückt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt eines Ausführungsbeispiels kann ein erster Oberflächenabschnitt selektiv geformt oder geometrisch eingerichtet sein, um die Ansammlung und Benetzung durch Kopplungsmaterial in diesem ersten Oberflächenabschnitt selektiv zu fördern. Dies kann beispielsweise durch Bereitstellen von einem oder mehreren Hohlräumen in diesem ersten Oberflächenabschnitt erfolgen. Durch diese Maßnahme lassen sich Löt-Bleeding und damit zusammenhängende Phänomene verhindern, da das Kopplungsmaterial dazu neigt, sich in diesem ersten Oberflächenabschnitt mit seinen ausgeprägten Eigenschaften der Dispergierbarkeit per Löten, Sintern, Kleben usw. anzusammeln. Gleichzeitig kann ein weiterer zweiter Oberflächenabschnitt des elektrisch leitfähigen Chip-Trägers selektiv behandelt oder konfiguriert werden, sodass ein zum Umkapseln von Komponenten der Packung bereitgestelltes Umkapselungsmaterial eine lokal erhöhte Tendenz aufweist, mit dem Chip-Träger im zweiten Oberflächenabschnitt haftend verbunden zu bleiben. Beispielsweise kann eine Form-Sperrfunktion (bei einem Beispiel, wobei das Umkapselungsmaterial als Formmasse eingerichtet ist) im zweiten Oberflächenabschnitt ausgeführt werden, um eine unerwünschte Ablösung zwischen Umkapselungsmaterial und Chip-Träger zu unterdrücken. Da die letztere Einrichtung auch Risse in Lötverbindungen oder anderen elektrisch leitfähigen Verbindungen verhindert, kann eine Riss-Stopp-Funktion erzielt werden. Daher wird gleichzeitig mit der Unterdrückung unkontrollierter Verteilung von elektrischem Verbindungsmaterial (insbesondere Löt-Bleeding) eine präzise räumliche Definition und ablösungsfreie Bereitstellung des Umkapselungsmaterials der Packung ermöglicht.
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Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der Packungen und der Verfahren erklärt.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Packung“ insbesondere mindestens einen mindestens teilweise gekapselten elektronischen Chip mit mindestens einem externen elektrischen Kontakt bezeichnen.
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Der Begriff „elektronischer Chip“ kann insbesondere einen Halbleiterchip mit mindestens einem integrierten Schaltungselement (beispielsweise einer Diode oder einem Transistor) in einem Oberflächenabschnitt desselben bezeichnen. Der elektronische Chip kann ein nacktes Die oder verpackt oder eingekapselt sein.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Umkapselungsmittel“ insbesondere ein im Wesentlichen elektrisch isolierendes und vorzugsweise ein wärmeleitendes Material bezeichnen, das einen elektronischen Chip und Teil eines Chip-Trägers umgibt (und diesen bevorzugt hermetisch einschließt), um so für mechanischen Schutz zu sorgen, eine elektrische Isolierung zu bieten und wahlfrei zur Wärmeableitung während des Betriebs beizutragen. Ein derartiges Umkapselungsmaterial kann beispielsweise eine Formmasse oder ein Laminat sein.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektrische Kontaktstruktur“ insbesondere einen elektrisch leitfähigen Kontakt bezeichnen, der Teil des elektronischen Chips vor oder nach dem Zusammensetzen der Packung ist. Somit bezieht sich dieser Begriff auf elektrisch leitfähige Strukturen der Packung, die auch bereits vor dem Anbringen einer Löt-, Sinter-, leitfähigen Klebemittel- oder sonstigen elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem elektronischen Chip und dem Chip-Träger Teil des elektronischen Chips waren.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Kopplungshohlraum“ einen konkaven Eindruck oder eine Aussparung bezeichnen, der/die lokal und an einer bestimmten Position des Chip-Trägers begrenzt ausgebildet ist, an der in einer fertig hergestellten Packung dazugehöriges Kopplungsmaterial, das eine elektrische Verbindung von mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur des elektronischen Chips bereitstellt, zumindest teilweise angeordnet ist. Anders ausgedrückt, kann die Bereitstellung von einem oder mehreren Hohlräumen eines Chip-Trägers auf eine oder mehrere Positionen begrenzt sein, an denen eine oder mehrere elektrische Kontaktstrukturen des entsprechenden mindestens einen elektronischen Chips angeordnet sind, nachdem eine leitfähige Verbindung zwischen dem entsprechenden elektrischen Chip und dem Chip-Träger hergestellt worden ist. Vorzugsweise können andere Oberflächenabschnitte des Chip-Trägers frei von Hohlräumen bleiben. Die Form und die Dimension von mindestens einem Kopplungshohlraum können spezifisch konfiguriert werden, um das Zerlaufen von leitfähigem Material beim Herstellen einer leitfähigen Verbindung zwischen mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur und dem Chip-Träger an der Position des dazugehörigen Kopplungshohlraums zu unterdrücken. Daher kann die Größenordnung der Dimension von mindestens einem Kopplungshohlraum der Größenordnung einer diesbezüglichen Kopplungsstruktur entsprechen.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Kopplungsstruktur“ insbesondere ein lötbares, sinterbares oder leitfähiges Haftmaterial bezeichnen, das beispielsweise Zinn usw. umfasst oder daraus besteht. Insbesondere kann ein derartiges lötbares Material die physikalische Eigenschaft aufweisen, dass das Material der Kopplungsstruktur bei typischen Löttemperaturen, insbesondere in einem Bereich zwischen 150 °C und 300 °C erneut schmelzen kann, um eine Lötverbindung zwischen der dazugehörigen elektrischen Kontaktstruktur und dem entsprechenden Kopplungshohlraum oder dem ersten Oberflächenabschnitt des Chip-Trägers herzustellen. Eine ähnliche Verarbeitung kann beim Sintern, beim Bilden von Verbindungen unter Verwendung elektrisch leitfähiger Klebemittel usw. erfolgen.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „höhere Benetzbarkeit“ insbesondere bedeuten, dass der diesbezügliche erste Oberflächenabschnitt des Chip-Trägers eine höhere Benetzungstendenz durch Kopplungsmaterial aufweist als andere Oberflächen des Chip-Trägers. Anders ausgedrückt, kann der erste Oberflächenabschnitt ausgeprägte benetzbare Eigenschaften für das Kopplungsmaterial aufweisen. Beispielsweise kann eine höhere Benetzbarkeit des ersten Oberflächenabschnitts erzielt werden durch Reinigen der Oberfläche vor dem Ausbilden der elektrisch leitfähigen Verbindung, durch Anpassen der Glattheit der Oberfläche und/oder durch Galvanisieren von Material auf der Oberfläche (wie z. B. Silber, Gold, Nickel, Palladium, Platin, Nickel-Phosphor (NiP), organischen Oberflächenschutz (OSP) und/oder Zinn).
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „höheres Haftvermögen“ insbesondere bedeuten, dass die Oberflächeneigenschaften des zweiten Oberflächenabschnitts spezifisch eingerichtet werden können, sodass lokal in diesem zweiten Oberflächenabschnitt die Haftkraft zwischen dem Chip-Träger und einem Umkapselungsmaterial, das den zweiten Abschnitt des Chip-Trägers umkapselt, größer ist als eine Haftkraft zwischen Umkapselungsmaterial und Chip-Träger auf einer anderen Oberfläche des den zweiten Oberflächenabschnitt umgebenden Chip-Trägers. Somit kann die lokal begrenzte Zunahme der Hafteigenschaften des Umkapselungsmaterials auf der Oberfläche des Chip-Trägers im zweiten Oberflächenabschnitt als höheres Haftvermögen bezeichnet werden. Dies lässt sich beispielsweise durch selektives Aufrauen der Oberfläche und/oder Galvanisieren der Oberfläche mit einem die Haftung erhöhenden Material erreichen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Kopplungsstruktur eine Lötstruktur, ein elektrisch leitfähiges Haftmittel und/oder eine Sinterstruktur. Die Bildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit einer dieser Kopplungsstrukturen in Verbindung mit einem Hohlraum oder einer anderen entsprechenden geometrischen Anpassung der Trägeroberfläche kann unabhängig vom zum Herstellen des elektrischen Kontakts verwendeten Material eine verbesserte Kopplung bereitstellen. Obwohl Ausführungsformen der Erfindung mit beliebigen der erwähnten Materialien ausgeführt werden können konzentriert sich die folgende Beschreibung im Interesse der Prägnanz auf lötbares Material als Kopplungsstruktur. Fachleute auf diesem Gebiet werden jedoch verstehen, dass die folgenden Ausführungsformen auch auf andere Kopplungsstrukturen angewandt werden können.
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Bei einer Ausführungsform ist der elektronische Chip in Flip-Chip-Konfiguration auf dem Chip-Träger angebracht. In diesem Kontext kann der Begriff „Flip-Chip-Konfiguration“ eine umgekehrte oder umgedrehte Ausrichtung des elektronischen Chips bezüglich des Chip-Trägers bedeuten. Anders ausgedrückt, können eine aktive Region und dazugehörige elektrische Kontaktstrukturen des elektronischen Chip-Trägers (zumindest auch) auf einer Hauptfläche des elektronischen Chips, die zu einer entsprechenden Hauptfläche des Chip-Trägers weist, bereitgestellt werden. Somit kann die Verbindung zwischen der vorerwähnten mindestens einen elektrischen Kontaktstruktur und dem Chip-Träger durch die Kopplungsstruktur statt durch eine Bonddraht-Konfiguration hergestellt werden. Ein Ausführungsbeispiel stellt eine entsprechende Montagearchitektur bereit, bei der unerwünschtes Löt-Bleeding vorteilhaft unterdrückt wird.
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Bei einer Ausführungsform umfasst mindestens ein Teil einer Oberfläche von mindestens einem Kopplungshohlraum mindestens eine der folgenden Oberflächenbehandlungen: Eine das Löten fördernde Plattierung (insbesondere Zinn umfassend), eine das Löten fördernde Konfiguration einer nackten Metallfläche (insbesondere eine nackte Kupferfläche, noch genauer mit einer glatten Oberfläche statt einer rauen Oberfläche, die den Kopplungshohlraum oder den ersten Oberflächenabschnitt umgibt), eine das Löten fördernde Vor-Plattierung und ein das Löten förderndes aufgetragenes Material. Allgemeiner ausgedrückt, kann die jeweilige das Löten fördernde Maßnahme eine beliebige Art der elektrische Verbindungen fördernden Maßnahme sein, wenn statt des Lötens eine andere Art der Kopplung (wie z. B. Sintern oder Verwenden eines elektrisch leitfähigen Haftmittels) eingesetzt wird. Beispielsweise kann das Galvanisieren eines Kopplungshohlraums mit lötbarem Material (insbesondere Verzinnen) die Qualität der Lötverbindung weiter verbessern, insbesondere, um eine „Lot-auf-Lot“-Verbindung bereitzustellen. Durch die beschriebenen Maßnahmen, die einzeln oder in beliebiger Kombination implementiert werden können, lässt sich lokal erhöhte Benetzbarkeit im Kopplungshohlraum oder im ersten Oberflächenabschnitt erzielen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Packung ein Umkapselungsmittel, insbesondere eine Formmasse, das mindestens einen Teil des elektronischen Chips und mindestens einen Teil des Chip-Trägers umkapselt. Ein derartiges Umkapselungsmittel kann den elektronischen Chip mechanisch schützen, und es kann die Anordnung von elektronischem Chip und Chip-Träger zumindest in der Region der entsprechenden Lötverbindung bezüglich einer Umgebung elektrisch entkoppeln. Als Alternative zu einer Form-Umkapselung ist eine Umkapselung mittels Laminat möglich.
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Bei einer Ausführungsform ist mindestens ein Teil einer Oberfläche des durch das Umkapselungsmittel umkapselten Chip-Trägers konfiguriert, um ein höheres Haftvermögen für Umkapselungsmaterial aufzuweisen als eine benachbarte Fläche. Durch ein derartiges lokal erhöhtes Haftvermögen an der Verbindung zwischen Chip-Träger und Formmasse kann die unerwünschte Tendenz der Ablösung oder Ähnliches unterdrückt werden. Daher kann die elektrische und mechanische Zuverlässigkeit erhöht werden. Insbesondere lassen sich Leckströme unterdrücken, und die Durchschlagfestigkeit der Packung kann verbessert werden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst mindestens ein Teil der Oberfläche mit dem lokal erhöhten Haftvermögen mindestens eine der folgenden Oberflächenbehandlungen: eine das Haften fördernde Konfiguration einer nackten Metallfläche (insbesondere eine nackte Kupferfläche), eine das Haften fördernde Vor-Plattierung und ein das Haften aufgeraute Oberfläche (zum Beispiel durch Aufrauen des zweiten Oberflächenabschnitts durch Mikroätzen, Galvanisieren einer rauen Schicht usw.). Beliebige der erwähnten Maßnahmen zum lokalen Erhöhen des Haftvermögens zwischen Chip-Träger und Umkapselungsmaterial können einzeln oder in beliebiger gewünschter Kombination gesondert von den Löthohlräumen/vom ersten Oberflächenabschnitt am zweiten Oberflächenabschnitt des Chip-Trägers angewandt werden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst mindestens eine elektrische Kontaktstruktur eine Kontaktfläche (Pad). Ein derartiges Pad kann eine elektrisch leitfähige flache Struktur sein, die in einem Oberflächenabschnitt eines ungehäusten Chips (Bare Die) als elektrische Schnittstelle integrierten Schaltungselementen angeordnet ist, die monolithisch in einem Inneren des elektronischen Chips und des Chip-Trägers integriert sind. Beispielsweise kann ein Pad aus Kupfer, Gold usw. hergestellt sein.
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Bei einer Ausführungsform umfasst mindestens eine elektrische Kontaktstruktur einen elektrisch leitfähigen Pfeiler oder Holm, insbesondere einen Pfeiler auf einem Pad der mindestens einen elektrischen Kontaktstruktur. Ein derartiger Pfeiler kann beispielsweise ein zylindrisches pfostenförmiges oder stiftförmiges elektrisch leitfähiges Element sein, das aus einer Oberfläche des dazugehörigen elektronischen Chips herausragt. Ein Kupfer-Pfeiler kann ein dazugehöriges Chip-Pad direkt kontaktieren. Angesichts seiner hervortretenden Geometrie stellt ein derartiger Pfeiler (der aus Kupfer hergestellt sein kann) eine geeignete Basis für den Verlauf bis zum dazugehörigen Kopplungshohlraum (oder in diesen hinein) bereit, um zu einer zuverlässigen Lötverbindung beizutragen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Kopplungsstruktur eine plattierte Kappe auf dem Pfeiler. Durch das Konfigurieren eines Kappen- oder Endabschnitts des Pfeilers als lötbares Material kann die Kopplungsstruktur als integral ausgebildete Struktur des elektronischen Chips ausgeführt werden. Dadurch lässt sich der Montageprozess vereinfachen. Beispielsweise kann die Lötkappe ein lötbares Material wie z. B. Zinn sein, das beispielsweise als halbkugelförmige Struktur auf einem kreisförmigen zylindrischen Pfeiler (zum Beispiel aus Kupfermaterial) bereitgestellt sein kann.
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Alternativ dazu kann der Pfeiler ohne integrierte Kappe eingerichtet werden, d. h., er kann ohne lötbare Kappe vorliegen. Wenn der Pfeiler keine lötbare Kappe hat, kann Lötmaterial oder eine beliebige andere Art von leitfähigem haftenden, sinterbaren usw. Material im Hohlraum bereitgestellt sein.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Kopplungsstruktur einen Löt-Bump. Ein Löt-Bump kann eine voluminöse Struktur lötbaren Materials (z. B. Zinn) sein, die eine Brücke bildet zwischen dem Kopplungshohlraum oder dem ersten Oberflächenabschnitt einerseits und der dazugehörigen elektrischen Kontaktstruktur des elektronischen Chips andererseits. Der Bump kann vor dem Zusammenbau der Packung auf der elektrischen Kontaktstruktur oder auf dem Kopplungshohlraum oder dem ersten Oberflächenabschnitt des Chip-Trägers angebracht werden.
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Bei einer Ausführungsform kontaktiert die in einem Kopplungshohlraum angeordnete Kopplungsstruktur elektrisch mindestens zwei Pfeiler (oder sonstige getrennte elektrisch leitfähige Körper) von mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur mit dem Chip-Träger, insbesondere mindestens zwei Pfeiler (oder sonstige getrennte elektrisch leitfähige Körper) auf einem gemeinsamen Pad von mindestens einer elektrischen Kontaktstruktur. Durch die Zuordnung von mehreren Pfeilern oder Ähnlichem zu einem Kopplungshohlraum und/oder einem Pad kann die wirksame Oberfläche zwischen Pfeiler und Kopplungsmaterial vergrößert werden, sodass die Lötverbindung unter einem elektrischen und mechanischen Gesichtspunkt noch zuverlässiger wird. Eine derartige Mehr-Pfeiler-Struktur kann auch in der Lage sein, einen stärkeren Strom zu transportieren.
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Bei einer Ausführungsform verläuft die Kopplungsstruktur teilweise über mindestens einen Kopplungshohlraum hinaus, und zwar insbesondere in mindestens einer horizontalen und/oder vertikalen Richtung. Während ein größerer Teil der Kopplungsstruktur nach dem Abschluss der Lötverbindung innerhalb des Kopplungshohlraums angeordnet sein kann, ist es möglich, dass beim Herstellen der Lötverbindung ein Teil des Kopplungsmaterials aus dem Kopplungshohlraum herausgedrückt wird oder außerhalb davon bleibt. Somit kann überschüssiges Kopplungsmaterial bereitgestellt sein, was sicherstellt, dass ein Hauptteil des Kopplungshohlraums mit Kopplungsmaterial gefüllt bleibt, nachdem die Lötverbindung hergestellt worden ist.
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Bei einer Ausführungsform ist der Chip-Träger als Leadframe konfiguriert. Bei einem Leadframe kann es sich um eine Metallstruktur innerhalb einer Chippackung handeln, die zum Tragen von Signalen vom elektronischen Chip nach außen und/oder umgekehrt gestaltet ist. Der elektronische Chip innerhalb der Packung kann am Leadframe angebracht sein, um eine elektrische Verbindung zwischen dem elektronischen Chip und Leitern des Leadframes herzustellen. Nachfolgend kann der Leadframe in ein Kunststoffgehäuse oder ein beliebiges anderes Umkapselungsmittel eingeformt werden. Außerhalb des Leadframes kann ein entsprechender Abschnitt des Leadframes ausgeschnitten sein, wodurch die entsprechenden Anschlüsse separiert werden. Vor solch einem Ausschnitt können andere Prozeduren, wie beispielsweise Beschichten, Endprüfen, Packen usw. ausgeführt werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Der Leadframe oder der Chipträger kann vor der Kapselung, zum Beispiel durch einen Haftvermittler beschichtet werden.
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Bei einer Ausführungsform ist ein Oberflächenabschnitt des Chip-Trägers, der zum elektronischen Chip weist, mit Ausnahme des Bereichs am mindestens einen Kopplungshohlraum im Wesentlichen plan. Daher kann der Chip-Träger nach Art einer flachen Platte oder einer blattförmigen Struktur hergestellt werden und selektive Einbuchtungen oder Eindrücke als Löthohlräume aufweisen, die auf Oberflächenabschnitte des Chip-Trägers begrenzt sind und an denen eine Lötverbindung mit den jeweiligen Kontaktstrukturen des einen oder der mehreren Chips hergestellt werden sollen.
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Bei einer Ausführungsform begrenzt mindestens ein Kopplungshohlraum einen vollständig abgerundeten Oberflächenabschnitt des Chip-Trägers. Mit einer derartigen abgerundeten kontinuierlichen Grenzfläche ohne enge Kanten, Stufen oder sonstige Ungleichmäßigkeiten kann das Kopplungsmaterial homogen und ohne Unterbrechung eine verbundene Hohlraumfläche benetzen. Dies fördert die Zuverlässigkeit der Lötverbindung.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Packung einen weiteren elektronischen Chip mit mindestens einer weiteren elektrischen Kontaktstruktur sowie eine weitere Kopplungsstruktur, die zumindest teilweise in mindestens einem weiteren Kopplungshohlraum angeordnet ist und die mindestens eine weitere elektrische Kontaktstruktur mit dem Chip-Träger durch eine elektrisch leitfähige Verbindung, wie z. B. eine weitere Lötverbindung, elektrisch kontaktiert. Es ist daher möglich, dass mehrere elektronische Chips, zum Beispiel mehrere Halbleiter-Chips, in der gleichen Packung umkapselt und mit dem gleichen Chip-Träger verbunden sind. Daher ist die Lötarchitektur gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung auch mit Mehr-Chip-Konfigurationen kompatibel.
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Bei einer Ausführungsform bildet der erste Oberflächenabschnitt mindestens einen Teil eines Kopplungshohlraums. Während der erste Oberflächenabschnitt mindestens einem Kopplungshohlraum entsprechen kann, kann der zweite Oberflächenabschnitt getrennt von den Löthohlräumen bereitgestellt sein.
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Bei einer Ausführungsform ist mindestens ein Kopplungshohlraum durch mindestens eine der aus Ätzen und Stanzen bestehenden Gruppen ausgebildet. Diese Herstellungsverfahren der Ausbildung von einem oder mehreren Löthohlräumen sind einfach und zuverlässig. Jedoch sind auch andere Herstellungsverfahren möglich.
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Bei einer Ausführungsform hat die Kopplungsstruktur eine größere seitliche Ausdehnung als ein dazugehöriger von mindestens einem Kopplungshohlraum vor dem Löten. Durch diese Maßnahme kann ein ausreichender Füllgrad eines Kopplungshohlraums mit Kopplungsmaterial nach der Ausbildung der Lötverbindung sichergestellt werden. Dies hat einen positiven Einfluss auf die Zuverlässigkeit der hergestellten Packung.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Umkapselungsmittel mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus einer Formmasse und einem Laminat oder besteht daraus.
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In einer Ausführungsform umfasst das Umkapselungsmittel ein Laminat, insbesondere ein Leiterplattenlaminat. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Laminatstruktur“ insbesondere ein flaches Element aus einem Stück bezeichnen, das durch elektrisch leitfähige Strukturen und/oder elektrisch isolierende Strukturen ausgebildet wird, die durch Aufbringen einer Presskraft miteinander verbunden werden können. Die Verbindung durch Pressen kann optional durch die Zufuhr von Wärmeenergie begleitet werden. Die Laminierung kann somit als die Technik zum Herstellen eines Verbundmaterials in mehreren Schichten bezeichnet werden. Ein Laminat kann durch Wärme und/oder Druck und/oder Schweißen und/oder Haftmittel permanent zusammengesetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Umkapselungsmittel eine Form, insbesondere eine Kunststoffform. Zum Beispiel kann ein entsprechend gekapselter Chip bereitgestellt werden, indem der auf den Chip-Träger gelötete elektronische Chip (falls gewünscht, zusammen mit anderen Komponenten) zwischen einer oberen Formpatrize und einer unteren Formmatrize platziert und flüssiges Formmaterial eingespritzt wird. Nach dem Erstarren des Formmaterials ist die durch das Umkapselungsmittel mit dem elektronischen Chip und dem Chip-Träger dazwischen ausgebildete Packung fertiggestellt. Falls gewünscht, kann die Gießmasse mit Teilchen gefüllt werden, die ihre Eigenschaften verbessern, zum Beispiel ihre Wärmeableitungseigenschaften.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter das Bereitstellen eines Flussmittels in dem mindestens einen Kopplungshohlraum zum Aktivieren einer Oberfläche des Chip-Trägers in mindestens einem Kopplungshohlraum vor dem Löten der Kopplungsstruktur in dem mindestens einen Kopplungshohlraum. Die konkave Geometrie von mindestens einem Kopplungshohlraum unterstützt hiermit selektiv die kontrollierte Zufuhr des Flussmittels auf der Lötfläche im Kopplungshohlraum. Unerwünschtes Ausbreiten von fließfähigem Flussmittel in anderen Oberflächenabschnitten des Chip-Trägers kann daher sicher verhindert werden. Weiter kann die Menge des erforderlichen Flussmittels reduziert werden.
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In einer Ausführungsform sind der eine oder die mehreren elektronischen Chips einer Packung ein bzw. mehrere Leistungshalbleiterchips.
Besonders bei Leistungshalbleiterchips sind die elektrische Zuverlässigkeit und die mechanische Integrität wichtige Anforderungen, die mit dem beschriebenen Herstellungsvorgang erfüllt werden können. Mögliche integrierte Schaltungselemente, die monolithisch in einen solchen Leistungshalbleiterchips integriert werden können, sind Feldeffekttransistoren (wie beispielsweise Bipolartransistoren mit isoliertem Gate oder Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren), Dioden usw. Mit solchen Bestandteilen ist es möglich, Packungen für die Automobilanwendungen, Hochfrequenzanwendungen usw. bereitzustellen. Beispiele für elektrische Schaltungen, die durch diese oder andere Leistungshalbleiterschaltungen und -packungen gebildet werden können, sind Halbbrücken, Vollbrücken usw.
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Als Substrat oder Wafer für die Halbleiterchips kann ein Halbleitersubstrat, vorzugsweise ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ dazu kann ein Siliziumoxid oder ein anderes Isolatorsubstrat bereitgestellt werden. Es ist auch möglich, ein Germaniumsubstrat oder ein III-V-Halbleiter-Material zu implementieren. Zum Beispiel können Ausführungsbeispiele in der GaN- oder SiC-Technologie implementiert werden.
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Figurenliste
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Die begleitenden Zeichnungen, die eingeschlossen sind, um ein weitergehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung bereitzustellen, und die einen Teil der Patentschrift darstellen, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In den Zeichnungen ist Folgendes gezeigt:
- 1 zeigt einen Querschnitt einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel (nicht erfindungsgemäß).
- 2 bis 4 zeigen Querschnitte von Strukturen, die bei der Ausführung eines Verfahrens zur Herstellung einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten werden.
- 5 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 6 zeigt einen Querschnitt einer Zwischenstruktur, die während der Herstellung einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten wird.
- 7 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Zwischenstruktur, die während der Herstellung einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten wird.
- 8 und 9 zeigen Querschnitte von Zwischenstrukturen, die bei der Herstellung einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten werden.
- 10 zeigt einen Querschnitt einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 11 zeigt eine Packung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei zwei elektronische Chips auf einem gemeinsamen Chip-Träger mit mehreren Löthohlräumen angebracht sind.
- 12 ist eine Planansicht eines rechteckigen Kopplungshohlraums und eines kreisförmigen Kopplungshohlraums in einem dazugehörigen Chip-Träger in Verbindung mit einer Gruppe paralleler Pfeiler gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
- 13 zeigt einen Abschnitt eines Chip-Trägers mit einem Kopplungshohlraum, in dem Flussmittel verteilt worden ist, um eine anschließende Lötverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel zu fördern.
- 14 zeigt einen Querschnitt einer Struktur, die während des Ausführens des Verfahrens zum Herstellen einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten wird.
- 15 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer Packung gemäß einem Ausführungsbeispiel, ausgebildet entsprechend 14.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die Veranschaulichung in der Zeichnung ist schematisch wiedergegeben und nicht maßstabsgetreu.
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Bevor Ausführungsbeispiele Bezug nehmend auf die Figuren detaillierter beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen kurz zusammengefasst, auf deren Grundlage die Ausführungsbeispiele entwickelt wurden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann hohlraumbasiertes Flip-Chip-Löten implementiert werden. Dies kann es ermöglichen, einen bekannten Nachteil mit Bezug auf das Phänomen des Löt-Bleedings bei Flip-Chip-Die-Attach-Systemen zu überwinden. Die erwähnte Ausführungsform der Erfindung behandelt die technische Herausforderung, dass eine Leadframe-Oberfläche vorzugsweise einen Ausgleich zwischen guter Benetzung, Kontrolle des Löt-Bleedings und guter Haftung an der Formmasse bieten sollte.
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Konsequenzen unkontrollierten Löt-Bleedings können mindestens einzelne der folgenden Erscheinungen sein: Inkonsistente Bondleiter-Dicke, Änderung von Qualität und/oder Zuverlässigkeit der Lötstellen, Variation der Haftung der Formmasse am Leadframe (neben der Lötstelle) aufgrund von unterschiedlichen Materialschnittstellen usw.
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Um einen oder mehrere der vorstehenden Mängel zu überwinden, kann eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung das Löt-Bleeding eines Flip-Chip-Die-Attach-Prozesses unterdrücken oder zumindest kontrollieren. Insbesondere kann eine Flip-Chip-Lötverbindung bereitgestellt werden mit konsistentem Lötvolumen (zum Abdecken der Bondleiter-Dicke und des Bleeding-Bereichs). Ein Ausführungsbeispiel stellt zwei definierte Ebenen auf dem Leadframe bereit:
- - Ebene 1: Oberflächenbehandlung zum Unterstützen des Lötens,
- - Ebene 2: Oberflächenabstimmung zur Unterstützung der Haftung zwischen Formmasse und Leadframe.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere Vertiefungen oder Löthohlräume ausgebildet sein (Ebene 1), in denen eine Flip-Chip-Lötstelle gebildet werden kann. Die Endbearbeitung von Hohlräumen oder Vertiefungen kann eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen einbeziehen:
- - Galvanisieren (beispielsweise Bereitstellen von lokalen Galvanisier-Depots aus Zinn oder sonstigem lötbaren Material)
- - Lötauftrag/Verteilung in Form von Lötpaste in den Hohlraum - Bereitstellen eines nackten Kupfer-Oberflächenabschnitts
- - Vor-Plattierung
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung (die getrennt oder in Kombination mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bereitgestellt sein kann) kann eine geeignete vorgenommene Leadframe-Endbearbeitung (Ebene 2) eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen einbeziehen:
- - Bereitstellen einer nackten Kupferoberfläche
- - Vor-Plattieren mit geeignetem Haftungsunterstützungsmaterial
- - Bereitstellen von aufgerautem Kupfer oder selektiv aufgerautem Kupfer
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Statt das Ausbreiten des Die-Attach-Materials zu ermöglichen, kann sich das Die-Attach-Löten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf bevorzugte Lötbereiche des Leadframes konzentrieren.
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Es ist auch möglich, dass die Volumenkonzentration von Kopplungsmaterial durch formschlüssige chipbasierte Lötverbindungen in definierten Leadframe-Positionen erreicht wird. In vorteilhafter Weise ist es möglich, dass typische Variationen des Lötstellenvolumens nicht zum Löt-Bleeding führen, da das Kopplungsmaterial im Kopplungshohlraum verbleiben kann. Insbesondere können unterschiedliche Löt-Füllhöhen die Folge unterschiedlicher Lötstellenvolumina sein. Weiter kann in vorteilhafter Weise während eines Die-Attach-Prozesses ein selbstzentrierender Effekt erzielt werden, der sicherstellen kann, dass ein Mittelpunkt von Lötstellen im Mittelpunkt von Lötvertiefungen oder -hohlräumen platziert werden kann. Zudem lässt sich die Robustheit von Lötstellen im Vergleich zu planen Lötstellen verbessern (wobei beispielsweise ein Kupfer-Pfeiler auf einem planen Leadframe aufliegt).
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Es ist möglich, dass eine oder mehrere vertikal zurückgezogene Lötstellen bereitgestellt sind (d. h. Materialsperre von Kopplungsmaterial in einer Vertiefung), was den Verbund der Lötstelle mit dem Leadframe unterstützen und auch einen potenziellen Ablösepfad der Packung entlang einer planen Oberfläche unterbrechen kann.
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Neben dieser Kontrolle des Die-Attach-Löt-Bleedings auf dem Leadframe-Bereich kann eine weitere Maßnahme (Ebene 2) eine definierte Materialschnittstelle von Formmasse zum Leadframe ermöglichen, was zu konsistenter Haftqualität führen kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung können insbesondere auf die folgenden (aber auch auf andere) Flip-Chip- (oder Nicht-Flip-Chip-)Typen angewandt werden:
- - Pfeilertyp (beispielsweise ein Kupfer-Pfeiler mit plattierter Pfeileroberseite) oder
- - vormontiert mit Löt-Bumps
- - Kupfer-Pfeiler ohne Lötoberseite
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Leadframe mit einem oder mehreren Löthohlräumen hergestellt werden, beispielsweise durch einen Ätz- oder Stanzprozess.
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Somit stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Leadframe mit einer oder mehreren Lötvertiefungen bereit, die eine Art von Leadframe-Hohlraum sein können, wobei sie den Lötverbindungs-Zielbereich für Kupfer-Pfeiler oder Löt-Bumps darstellen.
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Bei einer Ausführungsform kann die Bereitstellung eines Leadframes mit einem oder mehreren Löthohlräumen auf eine Single-Chip-in-Package-Architektur und eine Multi-Chip-in-Package-Konfiguration angewandt werden.
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1 zeigt einen Querschnitt einer Packung 100 gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
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Die Packung 100 umfasst einen elektronischen Chip 102, beispielsweise einen Leistungshalbleiterchip, mit elektrischen Kontaktstrukturen 104 zum elektrischen Kontaktieren von integrierten Schaltungselementen des elektronischen Chips 102 mit Bezug auf eine elektronische Peripherie. Jede der elektrischen Kontaktstrukturen 104 umfasst ein Chip-Pad 114. Wie aus 1 hervorgeht, ist der elektronische Chip 102 auf einem Chip-Träger 106 in Flip-Chip-Konfiguration montiert, d. h. nach unten weisend. Anders ausgedrückt, ist eine aktive Chip-Region mit einem oder mehreren integrierten Schaltungselementen (nicht dargestellt) in einer unteren Fläche des elektronischen Chips 102 gemäß 1 angeordnet.
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Weiter ist der elektrisch leitfähige Chip-Träger 106, hier ausgeführt als Leadframe, der aus Kupfer besteht, bereitgestellt als Teil der Packung 100, und er umfasst Kopplungshohlräume 108, und zwar jeweils einen für jede elektrische Kontaktstruktur 104. Wie aus 1 ersichtlich ist, begrenzt jeder der Kopplungshohlräume 108 einen dazugehörigen konkaven Oberflächenabschnitt des Chip-Trägers 106. Anders ausgedrückt, ist eine interne Kontur einer Grenze zwischen dem Kopplungshohlraum 108 und dem Chip-Träger 106 kontinuierlich, was das ungestörte Benetzen des ersten Oberflächenabschnitts durch lötbares Material unterstützt (entsprechend der im Folgenden wiedergegebenen Beschreibung mit Bezug auf Kopplungsstrukturen 110).
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Jede der mehreren Kopplungsstrukturen 110, hier ausgeführt als Löt-Bumps 120, die beispielsweise Zinn umfassen oder daraus bestehen können, ist teilweise in einem dazugehörigen Kopplungshohlraum 108 angeordnet, und sie ist teilweise oberhalb eines dazugehörigen Kopplungshohlraums 108 angeordnet, um sich bis zur entsprechenden Kontaktstruktur 104 zu erstrecken. Die Kopplungsstrukturen 110 sind somit bereitgestellt zum elektrischen Kontaktieren einer dazugehörigen elektrischen Kontaktstruktur 104 mit dem Chip-Träger 106 über eine Lötverbindung. Wie in 1 gezeigt ist, verlaufen die Kopplungsstrukturen 110 teilweise sowohl in einer horizontalen als auch in einer vertikalen Richtung über den dazugehörigen Kopplungshohlraum 108 hinaus.
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Der elektrisch leitfähige Chip-Träger 106 hat einen ersten Oberflächenabschnitt 122, der durch Kopplungshohlräume 108 definiert ist und der eine höhere Benetzbarkeit für Kopplungsmaterial aufweist als ein benachbarter zweiter Oberflächenabschnitt 124, der ein größeres Haftvermögen für Material eines Form-Umkapselungsmittels 112 aufweist als der erste Oberflächenabschnitt 122. Der erste Oberflächenabschnitt 122 entspricht den konkaven Kopplungshohlräumen 108. Der zweite Oberflächenabschnitt 124 des Chip-Trägers 106, der zum elektronischen Chip 102 weist, ist im Wesentlichen plan. Die oberflächenspezifischen Funktionen (Unterstützung des Lötens, Unterstützung des Haftens der Formmasse) lassen sich durch eine Kombination von Form, Material und Oberflächenbehandlung des ersten Oberflächenabschnitts 122 und des zweiten Oberflächenabschnitts 124 erreichen.
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1 zeigt, dass die Packung 100 weiter das vorerwähnte Umkapselungsmittel 112 umfasst, das als Formmasse konfiguriert sein kann, das den elektronischen Chip 102 und die Kontaktstrukturen 104 umkapselt und das den zweiten Oberflächenabschnitt 124 des Chip-Trägers 106 bedeckt.
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Der erste Oberflächenabschnitt 122, der den Kopplungshohlräumen 108 entspricht, kann entsprechend einer oder mehreren der folgenden Oberflächenbearbeitungen behandelt sein, um die Benetzbarkeit des ersten Oberflächenabschnitts 122 durch Kopplungsmaterial spezifisch und lokal zu erhöhen:
- - eine das Löten unterstützende Plattierung, insbesondere Zinn umfassend;
- - eine das Löten unterstützende Behandlung einer nackten Metallfläche, insbesondere einer nackten Kupferoberfläche; und/oder
- - eine das Löten unterstützende Vor-Plattierung.
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Der durch das Umkapselungsmittel 112 abgedeckte zweite Oberflächenabschnitt 124 kann ein lokal erhöhtes Haftvermögen für Material des Umkapselungsmittels 112 entsprechend einer oder mehreren der folgenden Oberflächenbearbeitungen aufweisen:
- - eine das Haften unterstützende Behandlung einer nackten Metalloberfläche, insbesondere einer nackten Kupferoberfläche;
- - eine das Haften unterstützende Vor-Plattierung; und/oder
- - eine das Haften unterstützende aufgeraute Oberfläche.
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Bei der Ausführungsform gemäß 1 umfasst die Packung 100 einen einzelnen elektronischen Chip 102, der in einer Formmasse als Umkapselungsmittel 112 eingebettet ist. Der Chip-Träger 106 des Leadframe-Typs hat zwei Vertiefungen oder Eindrücke als Kopplungshohlräume 108 in einer Hauptfläche davon, die auf eine dazugehörige Hauptfläche des in Flip-Chip-Bauweise zusammengesetzten elektronischen Chips 102 weist. Die Kopplungsstruktur 110 ist als Löt-Bump 120 konfiguriert, kann jedoch auch eine Lötkugel oder ein Löt-Depot sein. Wie aus 1 ersichtlich ist, füllt die Kopplungsstruktur 110 die Kopplungshohlräume 108 vollständig und stellt dadurch eine Lötverbindung her mit den elektrischen Kontaktstrukturen 104 des elektronischen Chips mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt in einer vertikalen Richtung.
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2 bis 4 zeigen Querschnitte von Strukturen, die bei der Ausführung eines Verfahrens zur Herstellung einer Packung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten werden.
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Mit Bezug auf 2 umfasst jede der elektrischen Kontaktstrukturen 104 einen Kupfer-Pfeiler 116, der auf einem dazugehörigen Pad 114 angebracht ist. Weiter umfasst die Kopplungsstrukturen 110 eine plattierte Kappe 118, die integral auf dem Pfeiler 116 ausgebildet ist.
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2 zeigt, wie der elektronische Chip 102 mit Kupfer-Pfeilern 116, die die Pads 114 überbrücken, in Bezug auf die Lötkappen 110 vor dem Löten in die Kopplungshohlräume 108 des Chip-Trägers 106 eingesetzt werden.
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Entsprechend der Darstellung in 3 wird anschließend eine Die-Attach-Prozedur durch zeitweises Verflüssigen oder Schmelzen der Kopplungsstruktur 110 ausgeführt, beispielsweise durch Platzieren der Anordnung gemäß 2 in einem Lötofen. Dadurch schmilzt das Material der Kopplungsstruktur 110 und fließt erneut, um einen signifikanten Oberflächenabschnitt in den Kopplungshohlräumen 108 zu benetzen. Angesichts des lokal erhöhten Benetzungsvermögens des ersten Oberflächenabschnitts 122 des Chip-Trägers 106 in den Kopplungshohlräumen 108 neigt das Kopplungsmaterial zum Benetzen eines großen Oberflächenbereichs in den Kopplungshohlräumen 108, und es wird daran gehindert, unerwünschterweise in den benachbarten zweiten Oberflächenabschnitt 124 mit geplant schlechtem Benetzungsvermögen zu fließen. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist das Leervolumen des entsprechenden Kopplungshohlraums 108 nur teilweise mit Material der Kopplungsstruktur 110 und mit Material des Pfeilers 116 gefüllt, während ein leer verbliebenes Volumen des dazugehörigen Kopplungshohlraums 108 auch verbleibt, nachdem die Lötverbindung hergestellt worden ist. 4 zeigt die Struktur gemäß 3 nach dem Formen, d. h. nach der Umkapselung des elektronischen Chips 102 und seiner Lötverbindung durch Formmasse. Dank des lokal erhöhten Haftvermögens für Umkapselungsmaterial im zweiten Oberflächenabschnitt 124 wird zwischen dem Umkapselungsmittel 112 und dem Träger 106 im zweiten Oberflächenabschnitt 124 eine ablösungsfreie Verbindung erzielt.
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5 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer Packung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In 5 ist die ausgeprägte Tendenz des Kopplungsmaterials zum Benetzen eines großen Oberflächenabschnitts des Kopplungshohlraums 108 besonders gut zu erkennen. Angesichts der lokal erhöhten Benetzbarkeit neigt das Kopplungsmaterial zum Bedecken einer großen Oberfläche im Kopplungshohlraum 108.
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6 zeigt einen Querschnitt einer Zwischenstruktur, die während der Herstellung einer Packung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten wird.
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Wie aus 6 ersichtlich ist, wurde eine obere Hauptfläche des Chip-Trägers 106 selektiv aufgeraut. Beispielsweise kann die Oberflächenrauheit in diesem selektiv aufgerauten Oberflächenabschnitt 600, der dem zweiten Oberflächenabschnitt 124 entspricht, beispielsweise eine Mikrorauheit und/oder eine Nanorauheit sein. Wie aus 6 ebenfalls ersichtlich ist, wurde der erste Oberflächenabschnitt 122 mit Bezug auf die Kopplungshohlräume 108 jedoch nicht aufgeraut. Das Aufrauen des Oberflächenabschnitts 600 kann beispielsweise durch Mikroätzen oder durch Galvanisieren einer rauen Schicht erfolgen. Die selektiv aufgeraute Oberfläche 600 nur außerhalb der Kopplungshohlräume 108 kann erzielt werden, indem zunächst die gesamte obere Fläche des Chip-Trägers 106 aufgeraut wird, gefolgt von der Ausbildung der Kopplungshohlräume 108, beispielsweise durch Ätzen, sodass keine selektive Aufrauprozedur implementiert zu werden braucht.
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Dadurch kann die Aufrauprozedur auf einfache und schnelle Weise ausgeführt werden.
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Die Konfiguration aus 6 bezieht sich auf einen aufgerauten Leadframe mit dementsprechend verbesserter Ablösungs-Performance. Daher ist es möglich, bei der Herstellung zwei Oberflächenbearbeitungen bei der Packung 100 anzuwenden, d. h. Formmassen-Sperre durch selektives Aufrauen der Oberfläche und Lötkontrolle durch Ausbildung von Kopplungshohlräumen 108.
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Wie 6 weiter entnommen werden kann, ist der Chip-Träger 106 mit einem Sperrmerkmal 155 auf der unteren Seite bereitgestellt, das beispielsweise durch Halbätzen gebildet wird. Das Sperrmerkmal 155 stellt sicher, dass sich Material des Umkapselungsmittels 112 vom Form-Typ auch unter den Chip-Träger 106 des Leadframe-Typs bewegt (vgl. z. B. 4), der unerwünschte Ablösung des Umkapselungsmittels 112 vom Chip-Träger 106 unterdrückt.
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7 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Zwischenstruktur, die während der Herstellung einer Packung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß 7 kontaktiert die in einem Kopplungshohlraum 108 angeordnete Kopplungsstruktur 110 elektrisch zwei Pfeiler 116 der entsprechenden elektrischen Kontaktstruktur 104 mit dem Chip-Träger 106. Die beiden Pfeiler 116 der elektrischen Kontaktstruktur 104 und des Kopplungshohlraums 108 sind integral auf einem gemeinsamen Pad 114 der dazugehörigen elektrischen Kontaktstruktur 104 ausgebildet.
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In der Mehr-Pfeiler-Architektur pro Hohlraum gemäß 7 sind mehrere (im gezeigten Beispiel zwei) Pfeiler 116 für einen einzelnen Pad oder mehrere Pads 114 bereitgestellt, die in einen einzelnen Kopplungshohlraum 108 passen. Dies ermöglicht einen engen Abstand. Zudem ermöglichen mehrere Pfeiler 116 für einen Kopplungshohlraum 108 das Fließen eines höheren Stroms während des Betriebs und/oder eine bessere Wärmeabfuhr.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, mehr als zwei Pfeiler 116 pro elektrische Kontaktstruktur 104 und pro Kopplungshohlraum 108 zu haben. Beispielsweise ist es möglich, ein zweidimensionales matrixähnliches Muster von Pfeilern pro elektrische Kontaktstruktur 104 und pro Kopplungshohlraum 108 zu haben (siehe beispielsweise 12).
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8 und 9 zeigen Querschnitte von Zwischenstrukturen, die bei der Herstellung einer Packung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten werden.
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8 und 9 zeigen eine Architektur, bei der ein elektronischer Chip 102 mit Kupfer-Pfeilern 116 bereitgestellt ist, wobei der dazugehörige Kopplungshohlraum 108 kleiner ist als der Durchmesser des Pfeilers 116. Entsprechend der Darstellung in 8 passen daher der Pfeiler 116 und die zugeordnete Pfeilerkappe in einer seitlichen Richtung nicht vollständig in den Kopplungshohlraum 108. Anders ausgedrückt, kann der Durchmesser der halbkugelförmigen Pfeilerkappe 110 größer sein als ein Durchmesser des Kopplungshohlraums 108. Wie aus 9 ersichtlich ist, führt dies zu einem hohlraumfreien Füllen des Kopplungshohlraums 108 mit Kopplungsmaterial, nachdem die Lötverbindung hergestellt worden ist.
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10 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer Packung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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10 zeigt ein Detail eines elektronischen Chips 102 mit Kupfer-Pfeiler-(116)-Architektur nach Die-Attach, Formen und Vereinzeln. Gemäß 10 ist der Kopplungshohlraum 108 näher an einem vollständigen Kreis als an einer Halbkugel.
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11 zeigt eine Packung 100 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei zwei elektronische Chips 102 beide in Flip-Chip-Architektur auf einem Chip-Träger 106 des Leadframe-Typs angebracht und unter Verwendung des weiter oben beschriebenen Konzepts des Kopplungshohlraums durch Löten verbunden worden sind.
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Zusätzlich zum oben beschriebenen elektronischen Chip 102 umfasst die Packung 100 somit gemäß 11 einen weiteren elektronischen Chip 102 mit weiteren elektrischen Kontaktstrukturen 104. Zudem sind weitere Kopplungsstrukturen 110 bereitgestellt, die in weiteren Kopplungshohlräumen 108 angeordnet sind und die die weiteren elektrischen Kontaktstrukturen 104 durch eine weitere Lötverbindung mit dem Chip-Träger 106 elektrisch kontaktieren. Mehrere elektrische leitfähige Pfeiler 116 sind bereitgestellt, in der gezeigten Ausführungsform drei pro Kopplungshohlraum 108. 11 stellt somit dar, dass das beschriebene Prinzip des Kopplungshohlraums auf eine beliebige Anzahl von Pfeilern 116 pro Kopplungshohlraum 108 anwendbar ist und dass es auf Einzelchip-pro-Packung-Architektur oder eine Mehr-Chip-pro-Packung-Architektur angewandt werden kann.
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12 ist eine Planansicht/Draufsicht eines rechteckigen Kopplungshohlraums 108 und eines kreisförmigen Kopplungshohlraums 108 in einem dazugehörigen Chip-Träger 106 in Verbindung mit einer Gruppe paralleler Pfeiler 116 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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12 stellt dar, dass ein Kopplungshohlraum 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in sehr unterschiedlichen geometrischen Formen implementiert werden kann. Mögliche Formen sind ein Kreisumfang, ein ovaler Umfang oder ein polygonaler Umfang (wie ein rechteckiger oder sogar quadratischer Umfang, ein sechseckiger Umfang oder Ähnliches) mit spitzen oder abgerundeten Ecken.
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Wie aus 12 ersichtlich ist, kann eine Anordnung von Pfeilern 116 in jedem der Kopplungshohlräume 108 angeordnet sein. Eine derartige Anordnung kann eine matrixähnliche Anordnung mit Zeilen und Spalten sein (wie links in 12 gezeigt) oder ein zentraler Pfeiler 116 mit einem oder mehreren umgebenden Ringen von Pfeilern 116 (rechts in 12 gezeigt). Andere Arten von Pfeilern 116 oder leitfähige Körper mit anderer Form sind selbstverständlich möglich.
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13 zeigt einen Abschnitt eines Chip-Trägers 106 mit einem Kopplungshohlraum 108, in dem Flussmittel 133 verteilt worden ist, um eine anschließende Lötverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel zu fördern.
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Das Verteilen oder Tüpfeln von einem oder mehreren Tropfen des Flussmittels 133 in einen Kopplungshohlraum 108 kann vor einer Die-Attach-Prozedur ausgeführt werden, d. h. vor dem Löten einer Kopplungsstruktur 110 (zum Beispiel einer plattierten Kappe 118 auf einem Pfeiler 116 einer Kontaktstruktur 104) auf eine Fläche des Chip-Trägers 106 im ersten Oberflächenabschnitt 122, entsprechend dem Kopplungshohlraum 108. Das Bereitstellen des Flussmittels 133 fördert die Bildung einer Lötverbindung. In sehr vorteilhafter Weise zwingt die konkave Geometrie des Kopplungshohlraums 108 das verteilte fließfähige Flussmittel 133 zum Verbleiben im Kopplungshohlraum 108, statt über einen größeren und unkontrollierten Oberflächenbereich des Chip-Trägers 106 verteilt zu werden. Somit hält oder konzentriert der Kopplungshohlraum 108 räumlich das Flussmittel 133 ohne Ausbreiten des Flussmittels. Das Flussmittel 133 kann die Oberfläche (beispielsweise aus Kupfer) des Chip-Trägers 106 aktivieren, und es kann somit als Benetzungs-Promoter wirken. Anders ausgedrückt, kann das Flussmittel 133 die Kupferoberfläche reinigen, um das Löten zu fördern.
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13 gibt auch eine horizontale Breite D und eine vertikale Tiefe d des Kopplungshohlraums 108 wieder. Eine typische Breite L des Pfeilers 116 ist ebenfalls dargestellt. In vorteilhafter Weise kann die horizontale Breite D größer sein als die vertikale Tiefe d. Somit kann/können der/die Kopplungshohlraum/hohlräume 108 eine größere Breite als Tiefe aufweisen, beispielsweise können sie im Querschnitt eine halbelliptische Form aufweisen. Beispielsweise kann die horizontale Breite D in einem Bereich zwischen 20 µm und 1000 µm und insbesondere in einem Bereich zwischen 50 µm und 200 µm sein. Die tatsächliche Dimension der horizontalen Breite D kann insbesondere auch abhängig sein von der Breite L des Pfeilers 116 und von der Anzahl von Pfeilern 116 pro Kopplungshohlraum 108. Beispielsweise kann die Breite L des Pfeilers 116 in einem Bereich zwischen 20 µm und 200 µm und insbesondere in einem Bereich zwischen 50 µm und 150 µm sein. Die vertikale Tiefe d des Kopplungshohlraums 108 kann in einem Bereich zwischen 3 µm und 100 µm und insbesondere in einem Bereich zwischen 5 µm und 30 µm sein. Wenn der Kopplungshohlraum 108 zu flach wird, kann ein Bleeding verbleibenden Lots erfolgen. Wenn der Kopplungshohlraum 108 zu tief wird, können Probleme bezüglich eines Chip-Underfill aufkommen.
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14 zeigt einen Querschnitt einer Struktur, die während des Ausführens des Verfahrens zum Herstellen einer Packung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel erhalten wird. Bei der Struktur gemäß 14 ist ein Kupfer-Pfeiler 116 (ohne Lötkappe 118) über ein Pad 114 mit dem elektronischen Chip 102 verbunden. Eine Kopplungsstruktur 110, die beispielsweise ausgeführt sein kann als Lötpaste, als elektrisch leitfähiges Haftmittel oder als sinterbares Material, wird in dem der ersten Oberfläche 122 entsprechenden Hohlraum 108 platziert. 15 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer Packung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, ausgebildet basierend auf der in 14 gezeigten Struktur nach Die-Attach und Formen.