DE102017104923A1 - Connection for a semiconductor chip - Google Patents
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Abstract
Elektrisches Bauteil (9) aufweisend zumindest ein Grundbauteil (8) mit mindestens einem Halbleiterchip (2), wobei der Halbleiterchip (2) mit dem Grundbauteil (8) verbunden ist, wobei eine Verbindung (1) zwischen jeweiligen Kontaktflächen (3) des Halbleiterchips (2) und des Grundbauteils (8) über eine Vielzahl von Nanodrähten (4) ausgebildet ist.Electrical component (9) comprising at least one base component (8) with at least one semiconductor chip (2), wherein the semiconductor chip (2) is connected to the base component (8), wherein a connection (1) between respective contact surfaces (3) of the semiconductor chip ( 2) and the base member (8) via a plurality of nanowires (4) is formed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbindung für einen Halbleiterchip, insbesondere mit einem Grundbauteil eines elektrischen Bauteils.The invention relates to a connection for a semiconductor chip, in particular with a basic component of an electrical component.
Es sind verschiedenste Halbleiterchips für die unterschiedlichsten Anwendungen bekannt. In vielen Anwendungen werden die Halbleiterchips auf ein Substrat aufgebracht. Dazu kommen regelmäßig Klebe-Verfahren zum Einsatz. Dabei kann es z. B. zu einem „Aufschwimmen“ des Halbleiterchips kommen. Das bedeutet, dass der Halbleiterchip bis zum Aushärten des Klebers beweglich bleibt. Dies kann zu einer ungenauen Positionierung des Halbleiterchips führen. Auch ist eine Wartezeit zwischen Aufkleben des Halbleiterchips und nachfolgenden Prozessschritten notwendig. Insbesondere beim Ausbilden einer elektrischen Verbindung des Halbleiterchips mit anderen Bauteilen (d.h. beim sogenannten „Bonden“) kann eine noch nicht ausreichend ausgehärtete und/oder nicht vollständig ausgebildete Verbindung problematisch sein. So kann durch das Bonden der Halbleiterchip verschoben und/oder beschädigt werden oder die Bond-Verbindungen können nur schlecht oder sogar gar nicht ausgebildet werden.There are a variety of semiconductor chips for a variety of applications known. In many applications, the semiconductor chips are applied to a substrate. In addition, adhesive bonding methods are used regularly. It may, for. B. come to a "floating" of the semiconductor chip. This means that the semiconductor chip remains mobile until the adhesive has cured. This can lead to an inaccurate positioning of the semiconductor chip. Also, a waiting time between sticking of the semiconductor chip and subsequent process steps is necessary. In particular, when forming an electrical connection of the semiconductor chip to other components (i.e., during so-called "bonding"), an insufficiently cured and / or incompletely formed connection can be problematic. Thus, by bonding the semiconductor chip can be moved and / or damaged or the bond connections can be poor or even not formed.
In bekannten elektrischen Geräten, in denen Halbleiterchips verwendet werden, können insbesondere thermische und/oder mechanische Belastungen besonders ausgeprägt sein. Diese belasten nicht nur den Halbleiterchip und das Substrat, sondern auch die Verbindung zwischen beiden. Insbesondere bei Geräten, in denen die Halbleiterchips nicht in einer zentralen Steuereinheit verbaut sind, sondern dezentral über einzelne Komponenten des Geräts verteilt angeordnet sind, kommt es so oft zu einem Bruch oder einer Beschädigung der Verbindung zwischen Halbleiterchip und Substrat.In known electrical devices in which semiconductor chips are used, in particular thermal and / or mechanical loads can be particularly pronounced. These burden not only the semiconductor chip and the substrate, but also the connection between the two. In particular, in devices in which the semiconductor chips are not installed in a central control unit, but are arranged distributed decentralized over individual components of the device, there is so often a break or damage to the connection between the semiconductor chip and the substrate.
Das Verfahren zur Ausbildung der Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat kann aufwendig sein (und z. B. komplexe Maschinen erfordern). Auch kann das Verfahren ausgeprägte Anforderungen an die zu verbindenden Bauteile stellen (z. B. hinsichtlich einer minimalen Materialstärke). Weiterhin sind solche Verbindungen oft nicht langzeitbeständig (d.h. sie zeigen unerwünschte Alterungserscheinungen wie z. B. Korrosion).The method for forming the connection between the semiconductor chip and the substrate can be expensive (and require, for example, complex machines). The method can also make pronounced demands on the components to be connected (for example with regard to a minimum material thickness). Furthermore, such compounds are often not long term stable (i.e., exhibit undesirable aging phenomena such as corrosion).
Ein Nachteil, den viele Verbindungen zwischen Halbleiterchips und Substrat gemäß Stand der Technik gemein haben, ist die mangelnde thermische Stabilität. So gibt es Anwendungen, bei denen die maximale thermische Belastung eines elektrischen Geräts nicht durch die einzelnen Komponenten (wie Halbleiterchip und/oder Substrat) limitiert wird, sondern durch die darin ausgebildeten Verbindungen. Auch haben viele bekannte Lösungen den Nachteil, dass die Verbindung über eine Fläche oft ungleichmäßig ausgeprägt ist.A disadvantage that many connections between semiconductor chips and substrate according to the prior art have in common is the lack of thermal stability. Thus, there are applications in which the maximum thermal load of an electrical device is not limited by the individual components (such as semiconductor chip and / or substrate), but by the compounds formed therein. Also, many known solutions have the disadvantage that the connection over a surface is often uneven.
Bekannte Halbleiterchips werden oft aus Silizium gebildet. Silizium hat allerdings den Nachteil, dass es für einige Anwendungen nicht hinreichend thermisch stabil ist. Das bedeutet, dass eine bei entsprechenden Anwendungen auftretende Temperatur einen Siliziumchip beschädigen kann. Als Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, das thermisch stabilere Siliziumkarbid (SiC) zu verwenden. Siliziumkarbid hat allerdings den Nachteil, dass im Stand der Technik für dieses Material nur unzureichende Verbindungen zu einem Substrat bekannt sind. So werden beispielsweise Hochtemperaturlote verwendet. Diese haben aber regelmäßig den Nachteil, insbesondere aufgrund eines besonders hohen Schwermetallanteils, gesundheitsschädlich zu sein.Known semiconductor chips are often formed of silicon. However, silicon has the disadvantage that it is not sufficiently thermally stable for some applications. This means that a temperature that occurs in a given application can damage a silicon chip. As a solution to this problem, it has been proposed to use the thermally stable silicon carbide (SiC). However, silicon carbide has the disadvantage that in the prior art for this material only insufficient connections to a substrate are known. For example, high temperature solders are used. However, these regularly have the disadvantage, in particular due to a particularly high proportion of heavy metals, to be harmful to health.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Es soll insbesondere ein elektrisches Bauteil vorgestellt werden, bei dem ein Halbleiterchip, insbesondere ein solcher aus Siliziumkarbid, mit einem Grundbauteil (wie z.B. einem Substrat) verbunden ist, wobei die Verbindung einfach ausgebildet werden kann, geringe Anforderungen an die zu verbindenden Bauteile stellt, langzeitbeständig ist, einen besonders geringen thermischen Widerstand aufweist, thermisch beständig ist und über eine Fläche gleichmäßig ausgebildet werden kann. Weiterhin soll ein Herstellungsverfahren für ein solches elektrisches Bauteil vorgestellt werden.On this basis, it is an object of the present invention to solve the technical problems described in connection with the prior art or at least reduce. In particular, an electrical component is to be presented, in which a semiconductor chip, in particular one made of silicon carbide, is connected to a base component (such as a substrate), wherein the connection can be easily formed, makes low demands on the components to be connected, long-term is, has a particularly low thermal resistance, is thermally stable and can be uniformly formed over a surface. Furthermore, a manufacturing method for such an electrical component is to be presented.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem elektrischen Bauteil gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, mit einer Verwendung einer Folie gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und mit einem Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.These objects are achieved with an electrical component according to the features of
Erfindungsgemäß wird ein elektrisches Bauteil aufweisend zumindest ein Grundbauteil mit mindestens einem Halbleiterchip vorgeschlagen. Der Halbleiterchip ist mit dem Grundbauteil verbunden, wobei eine Verbindung zwischen jeweiligen Kontaktflächen des Halbleiterchips und des Grundbauteils über eine Vielzahl von Nanodrähten ausgebildet ist.According to the invention, an electrical component having at least one base component with at least one semiconductor chip is proposed. The semiconductor chip is connected to the base component, wherein a connection between respective contact surfaces of the semiconductor chip and the base component is formed via a multiplicity of nanowires.
Unter einem Halbleiterchip wird hier jeder materielle Körper aus einem Halbleitermaterial verstanden, auf oder in dem eine Nano- oder Mikrostruktur vorgesehen ist. Bei einer Nano- oder Mikrostruktur kann es sich insbesondere um eine Struktur mit Elementen der Größenordnung von wenigen Nanometern bis mehreren Mikrometern handeln. Diese Struktur kann insbesondere eine integrierte elektronische Schaltung darstellen. Der Begriff des Halbleiterchips ist hier also weit auszulegen und insbesondere nicht hinsichtlich Konstruktionsmerkmalen (nicht weiter als explizit angegeben) einzuschränken. Beispielsweise kann es sich bei dem Halbleiterchip um einen Prozessor für einen Computer, einen Computerchip für eine beschränkte Aufgabe, einen Computerspeicher, einen Transistor oder eine Diode handeln. Here, a semiconductor chip is understood to be any material body made of a semiconductor material, on or in which a nano- or microstructure is provided. A nano or microstructure may in particular be a structure with elements of the order of a few nanometers to several micrometers. This structure can in particular represent an integrated electronic circuit. The term of the semiconductor chip is here to be interpreted broadly and in particular not with regard to design features (not specified further than explicitly) restrict. For example, the semiconductor chip may be a processor for a computer, a limited task computer chip, a computer memory, a transistor, or a diode.
Bei dem Grundbauteil kann es sich um jeden Bestandteil des elektrischen Bauteils handeln, der eine Oberfläche aufweist, die zur Aufnahme und/oder zum mechanischen Halten eines Halbleiterchips eingerichtet und bestimmt ist. Das bedeutet insbesondere, dass das Grundbauteil vorzugsweise mindestens eine Oberfläche aufweist, die eine hinreichende Größe aufweist und die hinreichend gerade (insbesondere völlig eben) ist. Diese Oberfläche weist vorzugsweise für den Halbleiterchip eine Kontaktfläche auf. Es ist besonders bevorzugt, dass das Grundbauteil ein Substrat ist, insbesondere ein solches aus einem Keramikmaterial.The basic component can be any component of the electrical component that has a surface that is set up and intended for receiving and / or mechanically holding a semiconductor chip. This means in particular that the basic component preferably has at least one surface which has a sufficient size and which is sufficiently straight (in particular completely flat). This surface preferably has a contact surface for the semiconductor chip. It is particularly preferred that the base component is a substrate, in particular a ceramic material.
Bei einer Kontaktfläche handelt es sich vorzugsweise um einen räumlich ausgezeichneten Bereich des jeweiligen Bauteils (d.h. des Halbleiterchips bzw. des Grundbauteils). Beispielsweise kann eine Kontaktfläche als eine (Teil-)Fläche des Halbleiterchips ausgebildet sein. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Kontaktflächen durch Ausbildung der Verbindung ausgezeichnet werden. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche sich zunächst nicht von einer restlichen Fläche unterscheidet und erst durch Ausbilden der Verbindung derart hervortritt, dass die Kontaktfläche die Fläche ist, an der die Verbindung ausgebildet ist. In diesem Fall wird die Kontaktfläche gedanklich (d.h. ohne räumliche Auszeichnung) vom restlichen Teil der Fläche abgegrenzt. Dies trifft insbesondere auf die Kontaktfläche auf der Oberfläche des Grundbauteils zu. Die Grundfläche ist vorzugsweise gleichmäßig ausgebildet, d.h. dass eine Kontaktfläche des Grundbauteils erst durch Ausbildung der Verbindung mit dem Halbleiterchip ausgezeichnet wird. Es ist bevorzugt, dass an der Verbindung genau zwei Kontaktflächen beteiligt sind (d.h. eine Kontaktfläche des Halbleiterchips und eine Kontaktfläche des Grundbauteils).A contact surface is preferably a spatially distinguished region of the respective component (i.e., the semiconductor chip or the base component). For example, a contact surface may be formed as a (partial) surface of the semiconductor chip. Alternatively, it is preferable that the contact surfaces be distinguished by forming the connection. This means that the contact surface initially does not differ from a remaining surface and emerges only by forming the connection in such a way that the contact surface is the surface on which the connection is formed. In this case, the contact surface is delimited mentally (i.e., without spatial distinction) from the remainder of the surface. This applies in particular to the contact surface on the surface of the base component. The base is preferably uniform, i. a contact surface of the base component is only distinguished by the formation of the connection with the semiconductor chip. It is preferable that precisely two pads are involved in the connection (i.e., one contact surface of the semiconductor chip and one contact surface of the base member).
Es ist besonders bevorzugt, dass die Nanodrähte über einen Teil der Oberfläche des Grundbauteils (insbesondere über die gesamte Oberfläche des Grundbauteils) vorgesehen werden. Nur ein Teil der so vorgesehenen Nanodrähte wird zum Ausbilden der Verbindung mit dem Halbleiterchip verwendet. Das bedeutet, dass die Nanodrähte über eine Fläche vorgesehen werden, von der nur Teile als Kontaktflächen Verwendung finden. Diese Teile der Fläche können auch strukturiert über die Fläche verteilt angeordnet sein. Bei den restlichen Teilen dieser Fläche bleiben die Nanodrähte ungenutzt.It is particularly preferred for the nanowires to be provided over part of the surface of the base component (in particular over the entire surface of the base component). Only a part of the nanowires thus provided is used to form the connection with the semiconductor chip. This means that the nanowires are provided over a surface of which only parts are used as contact surfaces. These parts of the surface can also be distributed in a structured manner over the surface. For the remaining parts of this area, the nanowires remain unused.
Unter einem Nanodraht (engl. „nanowire“) wird hier jeder materielle Körper verstanden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind alle an der Verbindung beteiligten Nanodrähte aus dem gleichen Material gebildet. Die Nanodrähte können als hohle Röhren ausgebildet sein. Auch können die Nanodrähte konisch geformt sein.A nanowire is understood to mean any material body that has a wire-like shape and a size in the range of a few nanometers to a few micrometers. A nanowire may e.g. have a circular, oval or polygonal base. In particular, a nanowire may have a hexagonal base. Preferably, all nanowires involved in the connection are formed from the same material. The nanowires may be formed as hollow tubes. Also, the nanowires may be conically shaped.
Bevorzugt weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm [Nanometer] bis 100 µm [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 500 nm bis 30 µm auf. Weiterhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 µm, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 µm auf. Dabei bezieht sich der Begriff Durchmesser auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durchmessers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwendeten Nanodrähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser aufweisen.The nanowires preferably have a length in the range of 100 nm [nanometers] to 100 [microns], in particular in the range of 500 nm to 30 [mu] m. Furthermore, the nanowires preferably have a diameter in the range from 10 nm to 10 .mu.m, in particular in the range from 30 nm to 2 .mu.m. In this case, the term diameter refers to a circular base area, wherein a comparable definition of a diameter is to be used in the case of a deviating base area. It is particularly preferred that all nanowires used have the same length and the same diameter.
Die Verbindung wird vorzugsweise dadurch ausgebildet, dass zwischen den jeweiligen zu verbindenden Kontaktflächen die Vielzahl der Nanodrähte vorgesehen wird. Das kann dadurch erfolgen, dass eine Vielzahl der Nanodrähte auf einer der an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen vorgesehen wird. Auch kann auf jeder der Kontaktflächen jeweils eine Vielzahl der Nanodrähte vorgesehen werden. In beiden Fällen kann die Verbindung durch Aneinanderführen der Kontaktflächen ausgebildet werden.The connection is preferably formed by providing the plurality of nanowires between the respective contact surfaces to be connected. This can be done by providing a plurality of the nanowires on one of the contact surfaces involved in the connection. Also, in each case a plurality of the nanowires can be provided on each of the contact surfaces. In both cases, the connection can be formed by touching the contact surfaces.
Aufgrund der Größe der Nanodrähte im Nanometer-Bereich ist die Oberfläche der Verbindung (d.h. die Fläche, über die Kräfte wie die Van-der-Waals-Kraft auf atomarer Ebene wirken und über die zusätzlich ein Verwirken der Nanodrähte stattfindet) besonders groß. Aufgrund der großen Oberfläche der Verbindung kann eine thermische Leitfähigkeit der Verbindung besonders groß sein. Dies kann beispielsweise die Kühlung des elektrischen Bauteils, insbesondere des Halbleiterchips verbessern.Due to the size of the nanowires in the nanometer range, the surface area of the interconnect (i.e., the area over which forces such as the van der Waals force act at the atomic level, and over which, in addition, feathering of the nanowires occurs) is particularly large. Due to the large surface area of the compound, thermal conductivity of the compound can be particularly high. This can for example improve the cooling of the electrical component, in particular of the semiconductor chip.
Die beschriebene Verbindung kann weiterhin besonders einfach und ohne Werkzeug ausgebildet werden. Es müssen lediglich die zu verbindenden Kontaktflächen aneinander geführt werden. Ein Druck kann optional ausgeübt werden, ist aber nicht zwingend erforderlich.The described connection can furthermore be particularly simple and without tools be formed. It is only necessary to connect the contact surfaces to be connected to each other. A pressure can optionally be exercised, but is not mandatory.
Insbesondere kann die Verbindung instantan ausgebildet werden. Damit wird das weiter oben beschriebene Aufschwimmen bei Lösungen gemäß Stand der Technik vermieden. Der einmal aufgebrachte Halbleiterchip wird instantan in seiner Position fixiert. Damit kann eine besonders präzise Positionierung des Halbleiterchips auf dem Grundbauteil erreicht werden. Eine Wartezeit nach dem Aufbringen des Halbleiterchips (wie etwa zum Erhärten einer Klebe-Verbindung) ist nicht erforderlich, was die Effizienz des Herstellungsprozesses steigern kann. Insbesondere können so auch die weiter oben beschriebenen Probleme beim Bonden umgangen werden, die in Lösungen gemäß Stad der Technik regelmäßig auftreten. Es ist besonders bevorzugt, dass der Halbleiterchip mit einem (insbesondere computergesteuerten) Greifer automatisiert positioniert wird.In particular, the connection can be formed instantaneously. Thus, the above-described floating in solutions according to the prior art is avoided. The once applied semiconductor chip is instantaneously fixed in position. In this way, a particularly precise positioning of the semiconductor chip on the base component can be achieved. Waiting time after application of the semiconductor chip (such as to harden an adhesive bond) is not required, which can increase the efficiency of the manufacturing process. In particular, the problems described above can be circumvented when bonding, which occur regularly in solutions according to the state of the art. It is particularly preferred that the semiconductor chip is automatically positioned with a (in particular computer-controlled) gripper.
Als Anforderung an die zu verbindenden Bauteile (d.h. an den Halbleiterchip und das Grundbauteil) ist hier lediglich zu beachten, dass die Vielzahl von Nanodrähten zwischen den jeweiligen Kontaktflächen bereitgestellt werden kann. Dies ist aber bei einer großen Zahl von Kontaktflächen-Materialien (insbesondere auch bei Keramikmaterialien) möglich. Auch zeigt die beschriebene Verbindung keine Alterungserscheinungen. Insbesondere ist die beschriebene Verbindung besonders gut gegen Korrosion geschützt. Die Verbindung kann zudem besonders thermisch stabil sein. Thermisch stabil bedeutet hier, dass die Verbindung auch unter Temperaturerhöhung bestehen bleibt und insbesondere auch nicht beschädigt wird. Der Grund für die thermische Stabilität liegt darin, dass die Verbindung ihre Stabilität über die große Kontaktoberfläche erlangt. Diese bleibt bei einer Temperaturänderung unverändert. Eine besonders thermisch stabile Verbindung kann gebildet werden, wenn die Nanodrähte mit thermisch stabilen Materialien wie beispielsweise Gold, Silber und/oder Kuper gebildet sind.As a requirement for the components to be connected (i.e., the semiconductor chip and the base member), it should be noted here only that the plurality of nanowires may be provided between the respective pads. However, this is possible with a large number of contact surface materials (in particular also with ceramic materials). Also, the compound described shows no signs of aging. In particular, the compound described is particularly well protected against corrosion. The compound can also be particularly thermally stable. Thermally stable here means that the compound also remains under temperature increase and in particular is not damaged. The reason for the thermal stability is that the compound obtains stability over the large contact surface. This remains unchanged at a temperature change. A particularly thermally stable compound can be formed when the nanowires are formed with thermally stable materials such as gold, silver, and / or copper.
Weiterhin kann die beschriebene Verbindung über eine Fläche gleichmäßig ausgebildet werden. Auch kann über die beschriebene Verbindung ein hermetisches Abschließen zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen erreicht werden. Auch dies ist mit der großen Oberfläche der Verbindung zu begründen. Insbesondere kann so ein Lufteinschluss zwischen dem Halbleiterchip und der Oberfläche des Grundbauteils vermieden werden.Furthermore, the described compound can be formed uniformly over a surface. Also, a hermetic sealing between the contact surfaces involved in the connection can be achieved via the connection described. Again, this is due to the large surface area of the connection. In particular, such an air inclusion between the semiconductor chip and the surface of the base member can be avoided.
Weiterhin kann die beschriebene Verbindung Vibrationen und ähnliche mechanische Belastungen besonders gut dämpfen. Das liegt daran, dass die Verbindung nicht flächig zwischen den Kontaktflächen selbst ausgebildet wird, sondern mittelbar über die flexiblen Nanodrähte dazwischen. Damit bildet sich eine Zwischenschicht zwischen den starren Kontaktflächen, die mechanische Belastungen besonders gut ausgleichen kann. Die Verbindung ist insbesondere auch besonders langzeitstabil, weil ein Brechen einer starren Verbindung umgangen wird. Insbesondere die Länge der Nanodrähte und eine (optional) bei Ausbildung der Verbindung angewendete Presskraft (d.h. ein aufgebrachter Druck) können die Ausprägung dieser federnden Wirkung der Nanodrähte beeinflussen.Furthermore, the described compound can dampen vibrations and similar mechanical loads particularly well. This is because the connection is not formed flat between the contact surfaces themselves, but indirectly via the flexible nanowires in between. This forms an intermediate layer between the rigid contact surfaces, which can compensate for mechanical stresses particularly well. The compound is particularly particularly long-term stability, because a breakage of a rigid connection is bypassed. In particular, the length of the nanowires and a (optionally) applied compressive force (i.e., an applied pressure) when the connection is formed may influence the expression of this resilient action of the nanowires.
Vorzugsweise ist die Verbindung nicht-lösbar ausgeführt. Das bedeutet, dass die Verbindung unter normalen Umständen nicht gelöst werden kann. Nur unter Beschädigung der an der Verbindung beteiligten Bauteile kann die Verbindung zerstört werden (d.h. unter nicht normalen Umständen).Preferably, the connection is made non-detachable. This means that the connection can not be resolved under normal circumstances. Only by damaging the components involved in the connection can the connection be destroyed (i.e., under abnormal circumstances).
Die Nanodrähte können in beliebiger Orientierung zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen ausgebildet sein. Beispielsweise können die Nanodrähte an jeder der an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen eine andere Orientierung haben, sodass die Nanodrähte z. B. schräg zueinander verhaken. Auch ist es möglich, dass eine Kontaktfläche in eine Mehrzahl von Teilbereichen unterteilt ist, wobei die Nanodrähte in den verschiedenen Teilbereichen verschieden orientiert sind. Damit kann eine besonders stabile Verbindung realisiert werden, die insbesondere auch Scherkräften besonders gut standhalten kann. Weiterhin ist es möglich, dass die Nanodrähte an den verschiedenen an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen verschieden ausgeführt sind, insbesondere hinsichtlich deren Länge, Durchmesser, Material und Dichte (wobei die Dichte der Nanodrähte angibt, wie viele Nanodrähte pro Fläche vorgesehen sind). Z.B. können so kleine Nanodrähte der einen Kontaktfläche in eine Struktur großer Nanodrähte der anderen Kontaktfläche eingreifen.The nanowires may be formed in any orientation between the contact surfaces involved in the connection. For example, the nanowires may have a different orientation at each of the contact surfaces involved in the connection, so that the nanowires z. B. caught at an angle to each other. It is also possible for a contact surface to be subdivided into a plurality of partial regions, the nanowires being differently oriented in the various partial regions. Thus, a particularly stable connection can be realized, which can withstand shear forces particularly well. Furthermore, it is possible that the nanowires are made differently at the different contact pads involved in the connection, in particular with regard to their length, diameter, material and density (the density of the nanowires indicating how many nanowires are provided per surface). For example, For example, small nanowires of one contact surface can intervene in a structure of large nanowires of the other contact surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verbindung sind die Nanodrähte senkrecht zu mindestens einer der an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen orientiert.In a preferred embodiment of the compound, the nanowires are oriented perpendicular to at least one of the contact surfaces involved in the connection.
Vorzugsweise sind an der Verbindung zwei Kontaktflächen beteiligt, die parallel zueinander orientiert sind. In dem Fall sind die Nanodrähte vorzugsweise senkrecht zu beiden Kontaktflächen orientiert. Durch die senkrechte Orientierung zu zumindest einer der Kontaktflächen kann die Verbindung über eine besonders große Oberfläche (der Nanodrähte) ausgebildet werden. Dadurch kann die Verbindung besonders stabil ausgebildet werden. Die oben beschriebenen Vorteile können in dieser Ausführungsform besonders gut erzielt werden.Preferably, two contact surfaces are involved in the connection, which are oriented parallel to each other. In that case, the nanowires are preferably oriented perpendicular to both contact surfaces. Due to the perpendicular orientation to at least one of the contact surfaces, the connection can be formed over a particularly large surface area (the nanowires). As a result, the connection can be made particularly stable. The advantages described above can be achieved particularly well in this embodiment.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Bauteils ist zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen zusätzlich eine adhäsive Verbindung ausgebildet. In a further preferred embodiment of the electrical component, an adhesive connection is additionally formed between the contact surfaces involved in the connection.
Die adhäsive Verbindung kann z.B. mit einem Kleber oder einem Polymermaterial ausgebildet werden. Durch die zusätzliche adhäsive Verbindung kann die mechanische Stabilität der Verbindung besonders gestärkt werden. Vorzugsweise ist die adhäsive Verbindung als eine Kleberschicht ausgebildet.The adhesive compound may e.g. be formed with an adhesive or a polymeric material. Due to the additional adhesive compound, the mechanical stability of the compound can be particularly strengthened. Preferably, the adhesive compound is formed as an adhesive layer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Bauteils weist jede an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche eine Vielzahl von Nanodrähten auf.In a further preferred embodiment of the electrical component, each contact surface involved in the connection has a multiplicity of nanowires.
Die Verbindung wird in dieser Ausführungsform dadurch ausgebildet, dass auf jeder der beteiligten Kontaktflächen eine Vielzahl von Nanodrähten bereitgestellt wird, und dass die Nanodrähte durch Annähern der Kontaktflächen in Kontakt gebracht werden. Das bedeutet, dass die Verbindung zwischen den Nanodrähten der jeweiligen Kontaktflächen ausgebildet wird. Dadurch kann eine besonders große Kontaktoberfläche der Verbindung (d.h. der diese ausbildenden Nanodrähte) erzielt werden.The connection is formed in this embodiment by providing a plurality of nanowires on each of the involved pads, and bringing the nanowires into contact by approaching the pads. This means that the connection between the nanowires of the respective contact surfaces is formed. Thereby, a particularly large contact surface of the connection (i.e., the nanowires forming it) can be achieved.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Bauteils ist der Halbleiterchip zumindest teilweise mit Siliziumkarbid gebildet.In a further preferred embodiment of the electrical component, the semiconductor chip is formed at least partially with silicon carbide.
Die beschriebene Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Grundbauteil kann insbesondere auch für einen Halbleiterchip gemäß dieser Ausführungsform verwendet werden. Damit ermöglicht die hier beschriebene Verbindung den Einsatz von Siliziumkarbid, wodurch die weiter oben beschriebenen Vorteile erzielt werden können, die sich aus der Verwendung dieses Materials ergeben.The described connection between the semiconductor chip and the base component can in particular also be used for a semiconductor chip according to this embodiment. Thus, the compound described herein enables the use of silicon carbide, which can provide the benefits described above resulting from the use of this material.
Dies gilt insbesondere in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Bauteils, bei der die an dem Grundbauteil vorgesehenen Kontaktflächen zumindest teilweise mit einem Keramikmaterial gebildet sind. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung einer Folie zur Ausbildung einer Verbindung eines Halbleiterchips mit einem Grundbauteil eines elektrischen Bauteils, wobei die Verbindung zwischen jeweiligen Kontaktflächen des Halbleiterchips und des Grundbauteils über eine Vielzahl von Nanodrähten ausgebildet wird, wobei innerhalb der Folie eine Vielzahl von Nanodrähten eingeschlossen ist, und wobei die Folie zwischen jeweiligen Kontaktflächen des Halbleiterchips und des Grundbauteils eingeschlossen wird.This applies in particular in a further preferred embodiment of the electrical component, in which the contact surfaces provided on the base component are at least partially formed with a ceramic material. A further aspect of the invention relates to a use of a film for forming a connection of a semiconductor chip to a base component of an electrical component, wherein the connection between respective contact surfaces of the semiconductor chip and the base component is formed over a plurality of nanowires, wherein within the film a plurality of nanowires is included, and wherein the film between each contact surfaces of the semiconductor chip and the base member is included.
Vorzugsweise werden die Nanodrähte dadurch gebildet, dass sie in einer strukturierten Folie gewachsen werden. Dabei können z. B. galvanische Verfahren zum Einsatz kommen. Durch Auflösen der Folie (z. B. chemisch oder thermisch) können die gewachsenen Nanodrähte aus der Folie herausgelöst werden. Belässt man aber die Nanodrähte in der Folie, so kann diese Folie gemäß der hier beschriebenen Verwendung zur Ausbildung der Verbindung des Halbleiterchips mit dem Grundbauteil verwendet werden. Durch eine derartige Verwendung der Folie kann das Verfahren zur Ausbildung der Verbindung vereinfacht werden. Insbesondere können der Ort der Herstellung der Nanodrähte und der Ort der Ausbildung der Verbindung voneinander getrennt werden. Die einmal hergestellte Folie kann wie bekannte Klebestreifen verwendet werden. Auch kann die Folie auf eine Rolle aufgerollt bereitgestellt werden. Durch die Folie kann die hier beschriebene Verbindung durch einfaches Aufkleben der Folie auf die jeweiligen Kontaktflächen ausgebildet werden. Bevorzugt wird die Folie auf jede an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche aufgebracht. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Folie nur auf eine an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche aufgebracht wird.Preferably, the nanowires are formed by growing them in a patterned film. This z. B. galvanic methods are used. By dissolving the film (eg chemically or thermally), the grown nanowires can be dissolved out of the film. However, if one leaves the nanowires in the film, then this film can be used according to the use described here for forming the connection of the semiconductor chip to the base component. By thus using the film, the method for forming the connection can be simplified. In particular, the location of the production of the nanowires and the place of formation of the connection can be separated from each other. The film produced once can be used as known adhesive strips. Also, the film may be provided rolled up on a roll. Through the film, the compound described here can be formed by simply sticking the film on the respective contact surfaces. Preferably, the film is applied to each contact surface involved in the connection. Alternatively, it is preferred that the film is applied only to a contact surface involved in the connection.
Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des elektrischen Bauteils sind auf die beschriebene Verwendung einer Folie anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.The particular advantages and design features of the electrical component described above are applicable to the described use of a film and transferable, and vice versa.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verwendung einer Folie ist das elektrische Bauteil wie weiter oben beschrieben ausgeführt.In a preferred embodiment of the use of a film, the electrical component is designed as described above.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Verwendung einer Folie wird die Folie durch Erwärmen zumindest teilweise aufgelöst.In a further preferred embodiment of the use of a film, the film is at least partially dissolved by heating.
Nachdem die Folie zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen angeordnet ist, und nachdem die Verbindung ausgebildet ist (ggf. unter Druckeinwirkung) wird die Folie nicht mehr benötigt und kann entfernt werden. Das Auflösen der Folie erfolgt vorzugsweise chemisch (z. B. durch eine Säure oder ein anderes Lösungsmittel, insbesondere durch ein organisches Lösungsmittel) oder thermisch (d.h. durch externes Erhitzen).After the film is arranged between the contact surfaces involved in the connection, and after the connection is formed (possibly under pressure), the film is no longer needed and can be removed. The dissolution of the film is preferably carried out chemically (eg, by an acid or other solvent, especially by an organic solvent) or thermally (i.e., by external heating).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Verwendung einer Folie ist die Folie aus einem solchen Material gebildet ist, dass durch Erwärmen der Folie zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen zusätzlich eine adhäsive Verbindung ausgebildet wird.In a further preferred embodiment of the use of a film, the film is formed from such a material that an adhesive bond is additionally formed by heating the film between the contact surfaces involved in the connection.
In dieser Ausführungsform wird die weiter oben bereits beschriebene adhäsive Verbindung aus dem Material der Folie erhalten. Dies kann das Verfahren zur Ausbildung der Verbindung vereinfachen, weil auf ein zusätzliches Aufbringen z. B. einer Kleber-Schicht verzichtet werden kann.In this embodiment, the adhesive compound already described above is obtained from the material of the film. This may simplify the method of forming the connection because of additional application of e.g. B. an adhesive layer can be dispensed with.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauteils aufweisend zumindest ein Grundbauteil mit mindestens einem Halbleiterchip, wobei der Halbleiterchip mit dem Grundbauteil verbunden ist, wobei eine Verbindung zwischen jeweiligen Kontaktflächen des Halbleiterchips und des Grundbauteils über eine Vielzahl von Nanodrähten ausgebildet ist, und wobei das Verfahren zumindest die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- a) Bereitstellen des Halbleiterchips und des Grundbauteils,
- b) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf mindestens einer der an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen des Halbleiterchips und/oder des Grundbauteils, und
- c) mechanisches Verbinden von zumindest zwei jeweiligen der an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen mittels der Vielzahl der Nanodrähte.
- a) providing the semiconductor chip and the base component,
- b) providing a plurality of nanowires on at least one of the contact surfaces of the semiconductor chip and / or the base component involved in the connection, and
- c) mechanically connecting at least two respective ones of the contact pads involved in the connection by means of the plurality of nanowires.
Die angegebenen Verfahrensschritte werden bevorzugt, aber nicht notwendig, in der angegebenen Reihenfolge durchlaufen.The specified process steps are preferred, but not necessary, in the order given.
Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des elektrischen Bauteils und der Verwendung einer Folie sind auf das beschriebene Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.The particular advantages and design features of the electrical component described above and the use of a film are applicable to the method described and transferable, and vice versa.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das elektrische Bauteil wie weiter oben beschrieben ausgebildet.In a preferred embodiment of the method, the electrical component is designed as described above.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt b) mindestens für eine der Kontaktflächen durch Wachsen der Nanodrähte auf der jeweiligen Kontaktfläche realisiert.In a further preferred embodiment of the method, step b) is realized for at least one of the contact surfaces by growing the nanowires on the respective contact surface.
Das Wachsen der Nanodrähte wird vorzugsweise durch einen galvanischen Prozess realisiert. Dazu wird das entsprechende Bauteil (d.h. der Halbleiterchip bzw. das Grundbauteil) zumindest teilweise, d.h. insbesondere zumindest mit dessen zu bewachsender Kontaktfläche, in eine Vorrichtung zum Wachsen von Nanodrähten eingebracht. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vakuumkammer handeln, in der Nanodrähte durch einen galvanischen Prozess gewachsen werden können.The growth of the nanowires is preferably realized by a galvanic process. For this, the corresponding component (i.e., the semiconductor chip or the base member) is at least partially, i. in particular at least with its contact surface to be covered, introduced into a device for growing nanowires. The device may, for example, be a vacuum chamber in which nanowires can be grown by a galvanic process.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt b) ein Schutz auf mindestens eine der Kontaktflächen aufgebracht, wobei in Schritt c) der Schutz vor dem Verbinden der Kontaktflächen zumindest teilweise entfernt wird.In a further preferred embodiment of the method, a protection is applied to at least one of the contact surfaces in step b), wherein in step c) the protection is at least partially removed before the contact surfaces are connected.
Bei dem Schutz handelt es sich vorzugsweise um eine Schicht aus einem Material, das mit den Nanodrähten keine chemische Verbindung eingeht, das einen mechanischen Schutz für die Nanodrähte ausbildet, und dass ohne die Nanodrähte zu beschädigen wieder entfernt werden kann (z.B. chemisch oder thermisch). Insbesondere kann es sich bei dem Schutz um einen Lack (wie z.B. PMMA oder einen in der Nanotechnologie gebräuchlichen Sägelack) handeln. Der Schutz kann insbesondere bei einem Transport der Bauteile zwischen der Bereitstellung der Nanodrähte und der Ausbildung der Verbindung vorteilhaft sein. Der Schutz kann auch als Transportschutz bezeichnet werden.The protection is preferably a layer of a material that does not chemically bond with the nanowires, that provides mechanical protection for the nanowires, and that can be removed without damaging the nanowires (e.g., chemically or thermally). In particular, the protection may be a lacquer (such as PMMA or a sawing lacquer commonly used in nanotechnology). The protection may be advantageous in particular during transport of the components between the provision of the nanowires and the formation of the connection. The protection can also be referred to as transport protection.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt b) für mindestens eine der Kontaktflächen dadurch realisiert, dass eine Folie auf die jeweilige Kontaktfläche aufgebracht wird, wobei die Vielzahl der Nanodrähte innerhalb der Folie eingeschlossen ist, und wobei die Folie den Schutz darstellt.In a further preferred embodiment of the method, step b) is realized for at least one of the contact surfaces by applying a film to the respective contact surface, the plurality of nanowires being enclosed within the film, and the film being the protection.
Insbesondere für diese Ausführungsform des Verfahrens sind die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale der Verwendung einer Folie anwendbar und übertragbar.In particular, for this embodiment of the method, the particular advantages and design features of the use of a film described above are applicable and transferable.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der Schutz zumindest teilweise mit einem solchen Material gebildet, dass in Schritt c) zwischen den an der Verbindung beteiligten Kontaktflächen zusätzlich eine adhäsive Verbindung ausgebildet wird.In a further preferred embodiment of the method, the protection is at least partially formed with such a material that in step c) an adhesive connection is additionally formed between the contact surfaces involved in the connection.
In dieser Ausführungsform hat der Schutz die zusätzliche Funktion, die weiter oben beschriebene adhäsive Verbindung auszubilden. Dadurch kann das Verfahren vereinfacht werden, insbesondere kann auf einen zusätzlichen Verfahrensschritt etwa zum Aufbringen eines Kleber-Materials verzichtet werden, das der Ausbildung der adhäsiven Verbindung dient.In this embodiment, the protection has the additional function of forming the adhesive connection described above. As a result, the method can be simplified, in particular, it is possible to dispense with an additional method step, for example for applying an adhesive material, which serves for the formation of the adhesive connection.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die adhäsive Verbindung durch Erwärmen des Schutzes ausgebildet.In a further preferred embodiment of the method, the adhesive compound is formed by heating the protection.
Durch Erwärmen des Schutzes kann dieser sowohl zumindest teilweise entfernt werden als auch zumindest teilweise in die adhäsive Verbindung umgewandelt werden.By heating the protection, it can be at least partially removed as well as at least partially converted into the adhesive compound.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt c) vor dem Verbinden der Kontaktflächen bei mindestens einer der Kontaktflächen eine Oxidschicht auf den Nanodrähten zumindest teilweise entfernt.In a further preferred embodiment of the method, an oxide layer on the nanowires is at least partially removed in step c) prior to the bonding of the contact surfaces in at least one of the contact surfaces.
Auf den Nanodrähten kann sich eine (natürliche) Oxidschicht bilden. Diese kann die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der Verbindung verschlechtern. Durch Entfernen dieser Oxidschicht kann folglich die Qualität der Verbindung hinsichtlich der genannten Aspekte verbessert werden. Auch kann ein bei der Ausbildung der Verbindung notwendiger Druck durch Entfernen der Oxidschicht reduziert werden. Das Entfernen der Oxidschicht findet vorzugsweise durch Anwendung eines Flußmittels (wie z.B. einer Säure, insbesondere einer reduzierenden Säure, wie Salzsäure (HCl) oder Ameisensäure (CH2O2)) oder durch ein Plasma (z. B. ein Argon-Plasma) statt. Vorzugsweise enthält die verwendete Säure keine Sauerstoff-Atome (die durch chemische Reaktionen freigesetzt werden könnten, was zur erneuten Ausbildung der Oxidschicht beitragen könnte). Besonders bevorzugt trägt das Flußmittel auch zu der Ausbildung der adhäsiven Verbindung bei. Dies kann beispielsweise bei Akrylaten der Fall sein.On the nanowires, a (natural) oxide layer can form. This can degrade the mechanical and / or thermal properties of the connection. By removing this oxide layer, therefore, the quality of the compound can be improved with respect to the aforementioned aspects. Also, a pressure necessary to form the connection can be reduced by removing the oxide layer. Removal of the oxide layer preferably occurs by use of a flux (such as an acid, particularly a reducing acid such as hydrochloric acid (HCl) or formic acid (CH 2 O 2 )) or by a plasma (eg, an argon plasma) , Preferably, the acid used does not contain any oxygen atoms (which could be released by chemical reactions, which could contribute to the reformation of the oxide layer). Particularly preferably, the flux also contributes to the formation of the adhesive compound. This may for example be the case with acrylates.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird Schritt b) für jede an der Verbindung beteiligte Kontaktfläche durchgeführt.In a further preferred embodiment of the method, step b) is carried out for each contact surface involved in the connection.
In dieser Ausführungsform wird die Verbindung zwischen den Nanodrähten ausgebildet. Dadurch kann eine besonders große Kontaktoberfläche der Verbindung (d.h. der diese ausbildenden Nanodrähte) erreicht werden.In this embodiment, the connection between the nanowires is formed. Thereby, a particularly large contact surface of the connection (i.e., the nanowires forming it) can be achieved.
Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
-
1 : eine erste Ausführungsform einer Verbindung eines Halbleiterchips mit einem Grundbauteil, -
2 : eine zweite Ausführungsform einer Verbindung eines Halbleiterchips mit einem Grundbauteil, -
3 : eine dritte Ausführungsform einer Verbindung eines Halbleiterchips mit einem Grundbauteil, -
4 : ein zur Ausbildung einer Verbindung geeignetes Grundbauteil, und -
5 : ein elektrisches Bauteil aufweisend ein Grundbauteil mit einem Halbleiterchip.
-
1 FIG. 1 shows a first embodiment of a connection of a semiconductor chip to a base component, FIG. -
2 FIG. 2 shows a second embodiment of a connection of a semiconductor chip to a base component, FIG. -
3 FIG. 1 shows a third embodiment of a connection of a semiconductor chip to a base component, FIG. -
4 a base member suitable for forming a joint, and -
5 : an electrical component comprising a base component with a semiconductor chip.
Das in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verbindungconnection
- 22
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 33
- Kontaktflächecontact area
- 44
- Nanodrahtnanowire
- 55
- adhäsive Verbindungadhesive connection
- 66
- Foliefoil
- 77
- Schutzprotection
- 88th
- Grundbauteilbasic component
- 99
- elektrisches Bauteilelectrical component
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017104923.1A DE102017104923A1 (en) | 2017-03-08 | 2017-03-08 | Connection for a semiconductor chip |
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DE102017104923.1A DE102017104923A1 (en) | 2017-03-08 | 2017-03-08 | Connection for a semiconductor chip |
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DE102017104923A1 true DE102017104923A1 (en) | 2018-09-13 |
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ID=63258596
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DE102017104923.1A Pending DE102017104923A1 (en) | 2017-03-08 | 2017-03-08 | Connection for a semiconductor chip |
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-
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