DE102017210654B4 - Elektronische Vorrichtung, die ein einen Hohlraum umfassendes Umverdrahtungsschicht-Pad umfasst - Google Patents
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Abstract
Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst:ein Substrat (26);eine erste dielektrische Schicht (25), die auf dem Substrat (26) angeordnet ist;ein erstes Metallschicht-Pad (23.1), das auf der ersten dielektrischen Schicht (25) angeordnet ist;eine zweite dielektrische Schicht (24), die auf dem ersten Metallschicht-Pad (23.1) und auf der ersten dielektrischen Schicht (25) angeordnet ist, wobei die zweite dielektrische Schicht (24) eine Öffnung umfasst;ein zweites Metallschicht-Pad (22), das auf dem ersten Metallschicht-Pad (23.1) in der Öffnung der zweiten dielektrischen Schicht (24) angeordnet ist;eine Lotkugel (21), die auf dem zweiten Metallschicht-Pad (22) angeordnet ist;eine Umverdrahtungsleitung (23.3), wobei das erste Metallschicht-Pad (23.1) ein Umverdrahtungs-Pad ist und ein Teil der Umverdrahtungsleitung (23.3) oder integral mit dieser ist;wobei das erste Metallschicht-Pad (23.1) wenigstens einen Hohlraum (23.11, 33.11, 43.11, 53.11) umfasst, wobei der Hohlraum (23.11, 33.11, 43.11, 53.11) wenigstens teilweise lateral außerhalb des zweiten Metallschicht-Pads (22) angeordnet ist und wobei der Hohlraum (23.11, 33.11, 43.11, 53.11) als ein Schlitz gebildet ist, wobei der Schlitz eine längliche Form umfasst, die entlang eines kreisförmigen Bogensegments angeordnet ist,wobei der wenigstens eine Hohlraum (23.11, 33.11, 43.11, 53.11) derart gebildet und angeordnet ist, dass ein innerer Teil des ersten Metallschicht-Pads (23.1) durch zwei Torsionsfedern oder durch eine Auslegerfeder aufgehängt ist, undwobei das Substrat (26) einen Halbleiter-Die umfasst, der Halbleiter-Die ein Kontakt-Pad umfasst und das Kontakt-Pad mittels der Umverdrahtungsleitung (23.3) wenigstens teilweise mit dem ersten Metallschicht-Pad (23.1) verbunden ist.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Offenbarung betrifft eine elektronische Vorrichtung und eine Halbleitervorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektronische Vorrichtung, die eine Lotkugel umfasst, und ein Umverdrahtungsschicht-Pad, das mit der Lotkugel verbunden ist, wobei das Umverdrahtungsschicht-Pad Spannungsentlastungsstrukturen zum Erhöhen einer Zwischenverbindungszuverlässigkeit von BGA-Gehäusebaugruppen (BGA: Ball Grid Array - Kugelgitteranordnung) umfasst.
- Hintergrund
- Eine Kugelgitteranordnung (BGA) ist ein Typ eines Halbleiterchipgehäuses, das verwendet wird, um Vorrichtungen, wie etwa Mikroprozessoren oder andere Typen integrierter Schaltkreise, permanent zu montieren. Eine BGA als Teil einer elektronischen Vorrichtung kann mehr Zwischenverbindungspins als andere Gehäusetypen bereitstellen, da im Prinzip die gesamte untere Oberfläche der elektronischen Vorrichtung verwendet werden kann, um Lotkugeln oder Lothöcker auf dieser anzuordnen.
- BGA-Gehäusebaugruppen können jedoch aufgrund der Wärmeausdehnungsdiskrepanz der beteiligten Materialien und auch aufgrund einer mechanischen Spannungsbelastung, die von einem Zusammenbau in einem Modul stammt, eine thermisch-mechanische Spannung erfahren. Die thermisch-mechanische Spannungsbelastung kann zu einer Materialermüdung von Grenzflächen und Volumenmaterialien führen. Beispiele für die materialermüdungsverbundenen Beobachtungen in zusammengebauten BGA-Gehäusen, die unter Verwendung einer Fan-Out-Waferebene-Gehäuse(z.B. eWLB)-Technologie-Plattform (eWLB: embedded Wafer Level Ball Grid Array - eingebettete Waferebene-Kugelgitteranordnung) hergestellt sind, sind Lotkugelermüdung, UBM-Ermüdung (Under Bump Metallization - lötfähige Metallisierung) und RDL-Ermüdung (RDL: Redistribution Layer - Umverdrahtungsschicht). Die
US 2014 / 0 252 610 A1 JP 2002- 280 486 A US 2010 / 0 244 188 A1 - Kurzdarstellung
- Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst eine Halbleitervorrichtung Folgendes: ein Substrat; eine erste dielektrische Schicht, die auf dem Substrat angeordnet ist; ein erstes Metallschicht-Pad, das auf der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist; eine zweite dielektrische Schicht, die auf dem ersten Metallschicht-Pad und auf der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Öffnung umfasst; ein zweites Metallschicht-Pad, das auf dem ersten Metallschicht-Pad in der Öffnung der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist; eine Lotkugel, die auf dem zweiten Metallschicht-Pad angeordnet ist; eine Umverdrahtungsleitung, wobei das erste Metallschicht-Pad ein Umverdrahtungs-Pad ist und ein Teil der Umverdrahtungsleitung oder integral mit dieser ist; wobei das erste Metallschicht-Pad wenigstens einen Hohlraum umfasst, wobei der Hohlraum wenigstens teilweise lateral außerhalb des zweiten Metallschicht-Pads angeordnet ist und wobei der Hohlraum als ein Schlitz gebildet ist, wobei der Schlitz eine längliche Form umfasst, die entlang eines kreisförmigen Bogensegments angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Hohlraum derart gebildet und angeordnet ist, dass ein innerer Teil des ersten Metallschicht-Pads durch zwei Torsionsfedern oder durch eine Auslegerfeder aufgehängt ist, und wobei das Substrat einen Halbleiter-Die umfasst, der Halbleiter-Die ein Kontakt-Pad umfasst und das Kontakt-Pad mittels der Umverdrahtungsleitung wenigstens teilweise mit dem ersten Metallschicht-Pad verbunden ist.
- Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden für einen Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
- Figurenliste
- Die beiliegenden Zeichnungen sind enthalten, um ein eingehenderes Verständnis von Beispielen zu vermitteln, und sind in diese Beschreibung aufgenommen. Die Zeichnungen veranschaulichen Beispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Beispielen. Andere Beispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Beispielen lassen sich ohne Weiteres verstehen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden.
- Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise relativ zueinander maßstabsgetreu. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
-
1 zeigt eine schematische seitliche Querschnittansichtsrepräsentation einer nicht erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel, bei dem die Lotkugel direkt mit dem RDL-Pad verbunden ist. -
2 zeigt eine schematische seitliche Querschnittansichtsrepräsentation einer nicht erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel, bei dem die Lotkugel über ein UBM-Pad direkt mit dem RDL-Pad verbunden ist. -
3 umfasst3A und3B und zeigt eine schematische Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel, bei dem die elektronische Vorrichtung zwei beinahe halbkreisförmige Schlitze aufweist. -
4 umfasst4A und4B und zeigt eine schematische Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel, bei dem die elektronische Vorrichtung einen beinahe vollkreisförmigen Schlitz aufweist. -
5 umfasst5A und5B und zeigt eine schematische Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel, bei dem die elektronische Vorrichtung einen beinahe halbkreisförmigen Schlitz aufweist. -
6 umfasst6A und6B und zeigt eine schematische Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel, bei dem die elektronische Vorrichtung zwei beinahe Viertelkreisschlitze aufweist. -
7 umfasst7A und7B und zeigt eine schematische Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel, bei dem die elektronische Vorrichtung einen halbkreisförmigen Schlitz aufweist. - Ausführliche Beschreibung
- Die Aspekte und Beispiele werden jetzt mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei allgemein durchgehend gleiche Bezugszahlen benutzt werden, um auf gleiche Elemente zu verweisen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt, um ein eingehendes Verständnis eines oder mehrerer Aspekte der Beispiele zu vermitteln. Es kann jedoch für einen Fachmann ersichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte der Beispiele mit einem geringeren Grad der speziellen Einzelheiten praktiziert werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form gezeigt, um die Beschreibung eines oder mehrerer Aspekte der Beispiele zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Beispiele genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Es sollte ferner angemerkt werden, dass die Zeichnungen nicht oder nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.
- In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen spezielle Aspekte als Veranschaulichung gezeigt sind, in denen die Offenbarung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie, wie etwa „Oberseite“, „Unterseite“, „Vorderseite“, „Rückseite“ usw., unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Komponenten von beschriebenen Vorrichtungen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert werden können, kann die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet werden und ist in keiner Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Aspekte genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
- Während ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt eines Beispiels bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart sein kann, kann ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt außerdem mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für eine beliebige gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke „beinhalten“, „aufweisen“, „mit“ oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen“ einschließend sein. Die Ausdrücke „gekoppelt“ und „verbunden“ können zusammen mit Ableitungen davon verwendet werden. Es versteht sich, dass diese Ausdrücke verwendet werden können, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander zusammenarbeiten oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder sie nicht in direktem physischem oder elektrischem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft“ lediglich als ein Beispiel anstatt als das Beste oder Optimale gemeint. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
- Die elektronische Vorrichtung kann einen Halbleiter-Die oder einen Halbleiterchip umfassen, der Kontaktelemente oder Kontakt-Pads auf einer oder mehreren seiner Außenoberflächen umfassen kann, wobei die Kontaktelemente elektrisch mit dem elektrischen Schaltkreis, z.B. dem Transistor, des jeweiligen Halbleiter-Die verbunden sind und dem elektrischen Verbinden des Halbleiter-Die mit dem Äußeren dienen. Die Kontaktelemente können eine beliebige gewünschte Form oder Gestalt aufweisen. Sie können zum Beispiel die Form von Anschlussflächen, d.h. flache Kontaktschichten auf einer äußeren Oberfläche des Halbleiter-Dies, aufweisen. Die Kontaktelemente oder Kontakt-Pads können aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material gefertigt sein, z.B. aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium, Gold oder Kupfer, oder einer Metalllegierung, z.B. aus Aluminium und Kupfer, oder einem elektrisch leitenden organischen Material oder einem elektrisch leitenden Halbleitermaterial. Die Kontaktelemente können auch als Schichtstapel aus einem oder mehreren der oben genannten oder weiteren Materialien gebildet sein, so dass zum Beispiel ein Stapel aus NiPdAu gebildet wird.
- Die Beispiele für eine elektronische Vorrichtung können einen Verkapselungsstoff oder ein Verkapselungsmaterial mit dem darin eingebetteten Halbleiterchip umfassen. Das Verkapselungsmaterial kann ein beliebiges elektrisch isolierendes Material sein, wie zum Beispiel eine beliebige Art eines Vergussmaterials, eine beliebige Art eines Harzmaterials oder eine beliebige Art eines Epoxidmaterials, ein Bismaleimid oder ein Cyanatester. Das Verkapselungsmaterial kann auch ein Polymermaterial, ein Polyimidmaterial, ein Thermoplastmaterial, ein Keramikmaterial und ein Glasmaterial sein. Das Verkapselungsmaterial kann auch ein beliebiges der zuvor erwähnten Materialien umfassen und ferner darin eingebettete Füllstoffmaterialien beinhalten, wie zum Beispiel wärmeleitende Zusätze. Diese Füllstoffzusätze können aus SiO, Al2O3, ZnO, AlN, BN, MgO, Si3N4 oder einer Keramik oder einem metallischen Material, zum Beispiel Cu, Al, Ag oder Mo, gefertigt sein. Weiterhin können die Füllstoffzusätze die Form von Fasern aufweisen und können zum Beispiel aus Kohlenstofffasern oder -nanoröhren gefertigt sein.
-
1 und2 zeigen Beispiele für nicht erfindungsgemäße elektronische Vorrichtungen, wobei die in1 und2 gezeigten Vorrichtungen eine allgemeine Idee der vorliegenden Offenbarung repräsentieren, die darin besteht, Spannungsentlastungsstrukturen in dem Umverdrahtungsschicht-Pad zu gestalten, um eine Umverdrahtungsschichtermüdung zu reduzieren oder sogar zu verhindern. Dies wird durchgeführt, indem die mechanische Flexibilität des Umverdrahtungsschicht-Pads erhöht wird, um eine bessere Lotkugelbewegung oder -verschiebung zu ermöglichen, was wiederum zu einer geringeren Spannungsbelastung auf das Umverdrahtungsschicht-Pad führt. - Die elektronische Vorrichtung 10, wie in
1 gezeigt, umfasst eine Lotkugel 1, eine dielektrische Schicht 4, die eine Öffnung umfasst, und eine Umverdrahtungsschicht (RDL) 3, die ein RDL-Pad 3.1 umfasst, das mit der Lotkugel 1 verbunden ist, wobei das RDL-Pad 3.1 wenigstens einen Hohlraum 3.11 umfasst, wobei der Hohlraum 3.11 wenigstens teilweise in einem Bereich des RDL-Pads 3.1 angeordnet ist, der sich lateral außerhalb der Öffnung der dielektrischen Schicht 4 befindet. Die RDL 3 kann auf einem Substrat 5 angeordnet sein, das zum Beispiel eine weitere dielektrische Schicht oder eine Verkapselungsschicht sein kann. Speziellere Beispiele dafür werden später gezeigt und erklärt. - Die elektronische Vorrichtung 10 aus
1 umfasst dementsprechend eine direkte Verbindung zwischen der Lotkugel 1 und dem RDL-Pad 3.1, wobei die Lotkugel 1 innerhalb der Öffnung der dielektrischen Schicht 4 mit dem RDL-Pad 3.1 verbunden ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die elektronische Vorrichtung eine zusätzliche UBM enthält, wie im Folgenden gezeigt wird. - Die elektronische Vorrichtung 15, wie in
2 gezeigt, umfasst eine Lotkugel 1, ein UBM-Schicht-Pad 2, das mit der Lotkugel 1 verbunden ist, und eine Umverdrahtungsschicht (RDL) 3, die ein RDL-Pad 3.1 umfasst, das mit dem UBM-Pad 2 verbunden ist. Die Lotkugel ist dementsprechend durch das UBM-Schicht-Pad 2 mit dem RDL-Pad 3.1 verbunden (zum Beispiel elektrisch verbunden). Das RDL-Pad 3.1 umfasst wenigstens einen Hohlraum 3.11, wobei der Hohlraum 3.11 wenigstens teilweise in einem Bereich des RDL-Pads 3.1 angeordnet ist, der sich lateral außerhalb des UBM-Schicht-Pads 2 befindet. Die RDL 3 und das UBM-Schicht-Pad 2 können zum Beispiel aus Cu oder Al gefertigt sein. Das UBM-Schicht-Pad 2 kann auch einen Schichtstapel mit wenigstens einer Schicht, die Cu oder Al oder Legierungen von diesen umfasst, umfassen. - Der Hohlraum 3.11 wirkt als die Spannungsentlastungsstruktur und kann vielfältig gebildet werden. Unterschiedliche Beispiele für Hohlräume werden im Folgenden präsentiert, wobei jedes eine nachgiebige Aufhängung des RDL-Pads bereitstellt und dementsprechend Neigen und Wackeln der Lotkugel ermöglicht.
- In Bezug auf die Beispiele für eine elektronische Vorrichtung, wie in
1 und2 gezeigt, wurde oben angegeben, dass sich der Hohlraum 3.11 lateral außerhalb der Öffnung der dielektrischen Schicht 4 (1 ) oder lateral außerhalb des UBM-Pads 2 befindet. Es versteht sich, dass bei beiden Beispielen der technische Begriff „lateral außerhalb...“ in dem Sinne zu verstehen ist, dass sich der Hohlraum 3.11 lateral außerhalb einer orthogonalen Projektion der Öffnung der dielektrischen Schicht 4 oder des UBM-Pads 2 auf die Ebene der RDL 3, d.h. einer orthogonalen Projektion, wie etwa durch die gestrichelten Linien in1 und2 angegeben, befindet. - Im Folgenden werden spezielle Merkmale, ihre Eigenschaften und Vorteile beschrieben werden, wobei diese Merkmale in Verbindung mit den weiteren Figuren ausführlicher beschrieben werden.
- Gemäß Beispielen für die elektronischen Vorrichtungen 10 oder 15 des ersten Aspekts ist der Hohlraum 3.11 vollständig in einem Bereich des RDL-Pads 3.1 angeordnet, der sich lateral außerhalb der Öffnung der dielektrischen Schicht 4 oder sogar lateral vollständig außerhalb des UBM-Schicht-Pads 2 befindet. Solche Beispiele sind in
1 oder2 gezeigt, wobei die gestrichelten Linien jeweils die laterale Ausdehnung der Öffnung der dielektrischen Schicht 4 oder des UBM-Schicht-Pads 2 angeben. Es kann klar gesehen werden, dass der Hohlraum 3.11 lateral vollständig außerhalb des UBM-Schicht-Pads 2 angeordnet ist. - Gemäß Beispielen für die elektronischen Vorrichtungen 10 oder 15 des ersten Aspekts ist der Hohlraum teilweise in einem Bereich des RDL-Pads, der sich lateral außerhalb der Öffnung der dielektrischen Schicht oder des UBM-Schicht-Pads befindet, und teilweise in einem Bereich des RDL-Pads, der sich lateral innerhalb der Öffnung der dielektrischen Schicht oder des UBM-Schicht-Pads befindet, angeordnet. Bei einem solchen Beispiel würde der Hohlraum auf eine solche Weise angeordnet sein, dass eine der gestrichelten Linien in
1 oder2 durch den Hohlraum hindurchliefe. - Gemäß Beispielen für die elektronischen Vorrichtungen 10 oder 15 des ersten Aspekts umfasst das RDL-Pad 3.1 in einem Bereich des RDL-Pads, der sich lateral innerhalb der Öffnung der dielektrischen Schicht in
1 oder des UBM-Schicht-Pads 2 in2 befindet, keinen Hohlraum. - Gemäß einem Beispiel für die elektronische Vorrichtung 15 des ersten Aspekts umfasst das UBM-Pad 2 und/oder das RDL-Pad 3.1 in einer Draufsicht darauf eine kreisförmige Form.
- Gemäß Beispielen für die elektronischen Vorrichtungen 10 oder 15 des ersten Aspekts umfasst das RDL-Pad 3.1 zwei oder mehr Hohlräume. Gemäß einem weiteren Beispiel dafür sind die zwei oder mehr Hohlräume in entweder unterschiedlicher, ähnlicher oder identischer Form gebildet. Spezielle Beispiele dafür werden in Verbindung mit manchen der weiteren Figuren unten gezeigt und beschrieben.
- Gemäß Beispielen für die elektronischen Vorrichtungen 10 oder 15 des ersten Aspekts umfasst das RDL-Pad zwei oder mehr Hohlräume, wobei die zwei oder mehr Hohlräume alle in einem identischen radialen Abstand von einem Mittelpunkt des RDL-Pads 3.1 positioniert sind. Insbesondere kann das RDL-Pad 3.1 eine im Grunde kreisförmige Form umfassen, so dass der Mittelpunkt des RDL-Pads 3.1 durch den Kreismittelpunkt gegeben ist und die zwei oder mehr Hohlräume in identischen Radien von dem Kreismittelpunkt positioniert sind.
- Gemäß Beispielen für die elektronischen Vorrichtungen 10 oder 15 des ersten Aspekts umfasst der Hohlraum 3.11 die Form eines Schlitzes, wobei der Schlitz eine längliche Form mit einer Länge und einer Breite aufweist, wobei die Länge größer als die Breite ist. Genauer kann die Länge des Schlitzes wenigstens 3 Mal, insbesondere wenigstens 4 Mal, insbesondere wenigstens 5 Mal die Breite des Schlitzes sein.
- Gemäß einem weiteren Beispiel dafür umfasst der Schlitz eine Breite in einem Bereich von 5 µm bis 100 µm. Der Schlitz kann eine räumlich konstante oder variable Breite umfassen.
- Gemäß einem weiteren Beispiel dafür ist der Schlitz entlang eines kreisförmigen Bogensegments angeordnet. Gemäß einem weiteren Beispiel dafür erstreckt sich das kreisförmige Bogensegment über fast einen kompletten Umfang eines Kreises. Gemäß einem anderen Beispiel erstreckt sich das kreisförmige Bogensegment über fast einen kompletten Umfang eines Halbkreises. Gemäß einem anderen Beispiel erstreckt sich das kreisförmige Bogensegment über einen kompletten Umfang eines Halbkreises. Gemäß einem anderen Beispiel sind zwei Schlitze bereitgestellt, von denen sich jeder über fast einen kompletten Umfang eines Halbkreises erstreckt.
- Gemäß einem anderen Beispiel sind zwei Schlitze bereitgestellt, wobei sich jeder über fast einen kompletten Umfang eines Viertelkreises erstreckt.
- Gemäß Beispielen für die elektronischen Vorrichtungen 10 und 15 des ersten Aspekts sind der eine oder die mehreren Hohlräume so gebildet und angeordnet, dass ein innerer Teil des RDL-Pads durch zwei Torsionsfedern oder durch eine Auslegerfeder aufgehängt ist. Beispiele dafür werden weiter unten gezeigt. Durch das Bilden von Schlitzen, die eine räumlich variable Schlitzbreite umfassen, kann es auch möglich sein, Federn mit räumlich variabler Stärke zu erzeugen.
- Bisher wurde hier die allgemeine Idee erklärt, Hohlräume in der Metallisierungsschicht auf der Seite des Halbleitergehäuses einzuführen, um Entlastungsstrukturen bereitzustellen. Es sollte an dieser Stelle angemerkt werden, dass diese Idee im Prinzip auch auf die PCB auf der Kundenseite angewandt werden könnte, insbesondere auf eine oder mehrere der Metallisierungsschichten, die einen direkten oder indirekten elektrischen Kontakt zu der Lotkugel auf der Gehäuseseite herstellen.
- Eine elektronische Vorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung umfasst eine Lotkugel und ein Metallschicht-Pad, das mit der Lotkugel verbunden ist, wobei das Metallschicht-Pad wenigstens einen Hohlraum umfasst, wobei der Hohlraum als ein Schlitz gebildet ist, wobei der Schlitz eine längliche Form aufweist, die entlang eines kreisförmigen Bogensegments angeordnet ist. Gemäß einem Beispiel dafür kann die Lotkugel direkt mit dem Metallschicht-Pad verbunden sein. Gemäß einem anderen Beispiel dafür kann die Lotkugel indirekt mit dem Metallschicht-Pad verbunden sein, d.h., es kann eine beliebige Art von Zwischenschicht zwischen ihnen vorliegen, wie zum Beispiel ein UBM-Schicht-Pad.
- Gemäß einem Beispiel für die elektronische Vorrichtung des zweiten Aspekts umfasst die elektronische Vorrichtung ferner eine Umverdrahtungsschicht (RDL) und kann das Metallschicht-Pad durch ein RDL-Pad, das mit der RDL verbunden ist, gegeben sein.
- Gemäß einem Beispiel für die elektronische Vorrichtung des zweiten Aspekts kann die elektronische Vorrichtung ein weiteres Metallschicht-Pad umfassen, das durch ein UBM-Schicht-Pad, das direkt mit der Lotkugel verbunden ist, gegeben sein kann. Gemäß einem weiteren Beispiel dafür ist der Hohlraum wenigstens teilweise in einem Bereich des RDL-Pads angeordnet, der sich lateral außerhalb des UBM-Schicht-Pads befindet.
- Gemäß einem Beispiel für die elektronische Vorrichtung des zweiten Aspekts umfasst die elektronische Vorrichtung ferner eine dielektrische Schicht, die eine Öffnung umfasst, wobei die Lotkugel durch die Öffnung mit dem RDL-Pad oder mit dem UBM-Pad verbunden ist. Gemäß einem weiteren Beispiel dafür ist der Hohlraum wenigstens teilweise in einem Bereich des RDL-Pads angeordnet, der sich lateral außerhalb der Öffnung der dielektrischen Schicht befindet.
- Weitere Beispiele für die elektronische Vorrichtung des zweiten Aspekts können gebildet werden, indem weitere Beispiele für Merkmale, wie oben in Verbindung mit der elektronischen Vorrichtung des ersten Aspekts beschrieben, oder weitere weiter unten beschriebene Beispiele für Merkmale hinzugefügt werden.
- Die weiteren
3-7 zeigen spezielle Beispiele für eine elektronische Vorrichtung gemäß einem des ersten oder des zweiten Aspekts. Diese Beispiele sind solche, bei denen die jeweiligen elektronischen Vorrichtungen ein UBM-Schicht-Pad wie bei dem Beispiel aus2 enthalten. Jedoch ist anzumerken, dass diese Beispiele ebenso auf eine Variante anwendbar sind, bei der die elektronische Vorrichtung kein UBM-Schicht-Pad wie bei dem Beispiel aus1 enthält. -
3 umfasst3A und3B und zeigt eine Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung, die zwei Hohlräume umfasst, die sich beide über fast einen kompletten Umfang eines Halbkreises erstrecken. - Die elektronische Vorrichtung 20 aus
3 umfasst ein Substrat 26, eine erste dielektrische Schicht 25, die auf dem Substrat 26 angeordnet ist, ein RDL-Pad 23.1, das auf der ersten dielektrischen Schicht 25 angeordnet ist, eine zweite dielektrische Schicht 24, die auf dem RDL-Pad 23.1 angeordnet ist, ein UBM-Schicht-Pad 22, das auf dem RDL-Pad 23.1 angeordnet ist, und eine Lotkugel 21, die auf dem UBM-Schicht-Pad 22 angeordnet ist. Die zweite dielektrische Schicht 24 umfasst eine Öffnung, wobei das UBM-Schicht-Pad 22 in der Öffnung der zweiten dielektrischen Schicht 24 auf dem RDL-Pad 23.1 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 24 in3A bezeichnet den Innenumfang der zweiten dielektrischen Schicht 24. Das RDL-Pad 23.1 umfasst zwei Hohlräume 23.11, die die Form von zwei halbkreisförmigen Schlitzen 23.11 umfassen, wie in3A gesehen werden kann. -
3B ist ein Querschnitt entlang einer Linie B-B aus3A , so dass der Querschnitt aus3B die zwei kreisförmigen Schlitze 23.11 auf beiden lateralen Seiten des UBM-Schicht-Pads 22 darstellt. -
3A zeigt, dass das RDL-Pad 23.1 aufgrund der Form der zwei fast halbkreisförmigen Schlitze 23.11 einen inneren Teil 23.12 umfasst, der mit dem äußeren Teil des RDL-Pads 23.1 nur mittels zweier verengter Bereiche 23.13 verbunden ist. Diese verengten Bereiche 23.13 fungieren effektiv als Torsionsfedern, die eine Drehbewegung des inneren Teils 23.12 um eine Achse erlauben, die Senkrecht zu der B-B-Achse ist. Auf eine solche Weise kann der innere Teil 23.12, der die Lotkugel 21 trägt, im Fall irgendeiner Bewegung der Lotkugel 21, d.h. einer Neigung oder eines Wackelns der Lotkugel 21, nachgiebig folgen. Im Übrigen fließt der Strom durch die verengten Bereiche 23.13 in das RDL-Pad 23.1 und von dem RDL-Pad 23.1 zu der Lotkugel 21, was aufgrund der Dicke der RDL 23, die im Bereich von 5 µm bis 10 µm liegt, kein Problem sein sollte. - Das Substrat 26 kann zum Beispiel eine Verkapselungsschicht umfassen, die aus oben erwähnten Materialien gefertigt sein kann. Die Verkapselungsschicht kann einen Halbleiter-Die oder einen Halbleiterchip verkapseln, was in den Figuren nicht gezeigt ist. Das Substrat 26 kann alternativ dazu ein dielektrisches Material oder ein Halbleitermaterial von z.B. einem Halbleiterchip umfassen oder daraus bestehen.
-
3A zeigt ferner die RDL 23 ausführlicher. Insbesondere umfasst die RDL 23 ein RDL-Pad 23.1, ein RDL-Übergangsgebiet 23.2 und eine RDL-Leitung 23.3. Die RDL-Leitung 23.3 kann zum Beispiel zu einem Halbleiter-Die, insbesondere zu einem Kontakt-Pad eines Halbleiter-Die, führen und kann mit dem Kontakt-Pad mittels einer Verbindung durch das Substrat 26 verbunden sein. Das RDL-Übergangsgebiet 23.2 kann wie in2A gezeigt gebildet sein, wobei die Breite der RDL-Leitung 23.3 kontinuierlich zunimmt, bis das RDL-Übergangsgebiet 23.2 die äußere Peripherie der durch das RDL-Pad 23.1 gebildeten Kreisform erreicht. Das RDL-Übergangsgebiet 23.2 kann auch eine unterschiedliche Form aufweisen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass kein bestimmtes RDL-Übergangsgebiet 23.2 existiert und stattdessen die RDL-Leitung 23.3 eine konstante Breite aufweist, bis sie die äußere Peripherie des RDL-Pads 23.1 erreicht. - Gemäß
3A ist das RDL-Pad 23.1 mittels des RDL-Übergangsgebiets 23.2 nur mit einer RDL-Leitung 23.3 verbunden. Jedoch kann es auch der Fall sein, dass das RDL-Pad 23.1 mit mehr als einer RDL-Leitung verbunden ist. Insbesondere kann das RDL-Pad 23.1 mit einer weiteren RDL-Leitung verbunden sein. Die weitere RDL-Leitung kann mit dem RDL-Pad 23.1 auf die gleiche Weise wie die RDL-Leitung 23.3 oder auf eine unterschiedliche Weise verbunden sein und sie kann mit dem RDL-Pad 23.1 direkt gegenüber der RDL-Leitung 23.3 verbunden sein (siehe den Einsatz in3A ). - Es sollte hinzugefügt werden, dass die Hohlraumposition und die Hohlraumanzahl unabhängig von der äußeren Verbindung der einen oder der mehreren RDL-Leitungen zu dem RDL-Pad sind. Es bedeutet, dass sowohl in der einseitigen als auch der zweiseitigen RDL-Verbindung, die in
3 gezeigt sind, die Anordnung der Hohlräume zum Beispiel mit Bezug auf die Anordnung, wie sie in3A gezeigt ist, um 90° gedreht werden kann, wobei in diesem Fall die Achse der Drehbewegung der inneren Position natürlich anders liegen würde, da die Positionen der Torsionsfedern unterschiedlich wären. Zudem ist es im Fall der zweiseitigen Verbindung, wie in dem Einsatz aus3A gezeigt ist, nicht notwendig, dass auf jeder Seite einer RDL-Verbindung ein Hohlraum bereitgestellt ist. Es kann zum Beispiel nur ein halbkreisförmiger Hohlraum auf einer Seite einer RDL-Verbindung und keiner auf der Seite der gegenüberliegenden RDL-Verbindung vorhanden sein. - Es sollte ferner hinzugefügt werden, dass das Pad 23.1 durch eine weitere Metallschicht, wie Kupfer, vollständig oder teilweise umschlossen sein kann. Es bedeutet, dass eine weitere Kupferschicht, selbst im Fall einer einseitigen RDL-Verbindung, wie etwa in
3A gezeigt, auf der rechten Seite breitgestellt sein kann, wobei eine solche weitere Kupferschicht an das Pad 23.1 auf der rechten Seite anstößt und entweder nur die rechte Hälfte des Pads 23.1 umgibt oder das Pad 23.1 sogar vollständig umgibt. -
4 umfasst4A und4B und zeigt eine Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) eines Beispiels für eine elektronische Vorrichtung, die einen Schlitz umfasst, der sich über fast einen kompletten Umfang eines Halbkreises erstreckt. Die elektronische Vorrichtung 30 aus4 umfasst die gleiche Schichtstruktur wie die elektronische Vorrichtung 20 aus3 , so dass Einzelheiten davon hier nicht wiederholt werden und die gleichen Bezugszeichen wie in3 außer dem RDL-Pad 33.1 und dem Schlitz 33.11 verwendet werden. Die Querschnittsansicht aus4B ist entlang einer Linie B-B aus4A , die durch den Hohlraum 33.11 auf einer lateralen Seite des UBM-Schicht-Pads 22 hindurchgeht. -
4A zeigt, dass das RDL-Pad 33.1 aufgrund der Form des einen fast umlaufenden kreisförmigen Schlitzes 33.11 einen inneren Teil 33.12 umfasst, der mit einem äußeren Teil des RDL-Pads 33.1 nur mittels eines verengten Bereichs 33.13 verbunden ist. Dieser verengte Bereich 33.13 fungiert effektiv als eine Auslegerfeder, die eine Drehbewegung des inneren Teils 33.12 um eine Achse herum ermöglicht, die durch den verengten Bereich 33.13 parallel zu der Ebene des Papierblatts und senkrecht zu der B-B-Achse hindurchgeht. Auf eine solche Weise kann der innere Teil 33.12, der die Lotkugel 21 trägt, im Fall irgendeiner Bewegung der Lotkugel 21, d.h. einer Neigung oder eines Wackelns der Lotkugel 21, nachgiebig folgen. Im Übrigen fließt der Strom durch die verengten Bereiche 33.13 in das RDL-Pad 33.1 und von dem RDL-Pad 33.1 zu der Lotkugel 21, was aufgrund der Dicke der RDL 33, die im Bereich von 5 µm bis 10 µm liegt, kein Problem sein sollte. -
5 umfasst5A und5B und zeigt eine Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel, bei der ein Schlitz bereitgestellt ist, der sich über fast einen kompletten Umfang eines Halbkreises erstreckt. Die elektronische Vorrichtung 40 aus5 umfasst die gleiche Schichtstruktur wie die elektronische Vorrichtung 20 aus3 , so dass Einzelheiten davon hier nicht wiederholt werden und die gleichen Bezugszeichen wie in3 außer dem RDL-Pad 43.1 und dem Schlitz 43.11 verwendet werden. Die Querschnittsansicht aus5B ist entlang einer Linie B-B aus5A , die durch den Hohlraum 43.11 auf einer lateralen Seite des UBM-Schicht-Pads 22 hindurchgeht. Das RDL-Pad 43.1 umfasst einen inneren Teil 43.12, der durch zwei verengte Bereiche 43.13, die auf eine ähnliche Weise, wie bei dem Beispiel aus3 erklärt wurde, als Torsionsfedern wirken, mit dem äußeren Teil verbunden ist. -
6 umfasst6A und6B und zeigt eine Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel, bei der zwei Schlitze bereitgestellt sind, die sich beide über fast einen Viertelkreis erstrecken. Die elektronische Vorrichtung 50 aus6 umfasst die gleiche Schichtstruktur wie die elektronische Vorrichtung 20 aus3 , so dass Einzelheiten davon hier nicht wiederholt werden und die gleichen Bezugszeichen wie in3 außer dem RDL-Pad 53.1 und dem Schlitz 53.11 verwendet werden. Die Querschnittsansicht aus6B ist entlang einer Linie B-B aus6A . In diesem Fall geht die Linie B-B nicht durch die Schlitze 53.11 hindurch, so dass sie in der Querschnittsansicht aus6B nicht sichtbar sind. Das RDL-Pad 53.1 umfasst einen inneren Teil 53.12, der durch einen verengten Bereich 53.13, der auf eine ähnliche Weise, wie bei dem Beispiel aus4 erklärt wurde, als Auslegerfeder wirkt, mit dem äußeren Teil verbunden ist. -
7 umfasst7A und7B und zeigt eine Draufsichtrepräsentation (A) und eine seitliche Querschnittansichtsrepräsentation (B) einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel, bei der ein Schlitz bereitgestellt ist, der sich über einen kompletten Umfang eines Halbkreises erstreckt. Die elektronische Vorrichtung 60 aus7 umfasst die gleiche Schichtstruktur wie die elektronische Vorrichtung 30 aus4 , so dass Einzelheiten davon hier nicht wiederholt werden und die gleichen Bezugszeichen wie in4 außer dem RDL-Pad 63.1 und dem Schlitz 63.11 verwendet werden. Die Querschnittsansicht aus7B ist entlang einer Linie B-B aus7A , die durch den Hohlraum 63.11 auf einer lateralen Seite des UBM-Schicht-Pads 22 hindurchgeht. Ein Unterschied zu dem Beispiel aus4 besteht darin, dass das RDL-Pad 63.1 einen inneren Teil 63.12 umfasst, der durch das Bilden eines verengten Bereichs 63.13, der erheblich breiter als der verengte Bereich 33.13 bei dem Beispiel aus4 ist, mit dem äußeren Teil 63.1 verbunden ist. Infolgedessen ist der innere Teil durch eine Feder aufgehängt, die mechanische Eigenschaften oder ein mechanisches Verhalten von sowohl einer Ausleger- als auch einer Torsionsfeder besitzt. - Die vorliegende Offenbarung betrifft auch eine Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Aspekt. Die Halbleitervorrichtung des dritten Aspekts umfasst Folgendes: ein Substrat, eine erste dielektrische Schicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, ein erstes Metallschicht-Pad, das auf der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist, eine zweite dielektrische Schicht, die auf dem ersten Metallschicht-Pad und auf der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist, wobei die zweite dielektrische Schicht eine Öffnung umfasst, ein zweites Metallschicht-Pad, das auf dem ersten Metallschicht-Pad in der Öffnung der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist, und eine Lotkugel, die auf dem zweiten Metallpad angeordnet ist, wobei das erste Metallschicht-Pad wenigstens einen Hohlraum umfasst, wobei der Hohlraum wenigstens teilweise lateral außerhalb der Öffnung der zweiten dielektrischen Schicht oder sogar außerhalb des zweiten Metallschicht-Pads angeordnet ist und wobei der Hohlraum als ein Schlitz gebildet ist, wobei der Schlitz eine längliche Form umfasst, die entlang eines kreisförmigen Bogensegments angeordnet ist.
- Beispiele für eine Halbleitervorrichtung gemäß dem dritten Aspekt sind in
3 bis6 gezeigt, wie sie oben ausführlich beschrieben wurden. Das erste Metallschicht-Pad kann durch das RDL-Pad gegeben sein und das zweite Metallschicht-Pad kann durch das UBM-Schicht-Pad gegeben sein. - Gemäß einem Beispiel für die Halbleitervorrichtung des dritten Aspekts umfasst die Halbleitervorrichtung ferner eine Umverdrahtungsschicht (RDL), wobei das erste Metallschicht-Pad Teil der RDL, wie bei den Beispielen für eine elektronische Vorrichtung in
1 und2 gezeigt, und integral mit dieser ist und wobei das Substrat einen Halbleiter-Die umfassen oder mit diesem verbunden sein kann, wobei der Halbleiter-Die ein Kontakt-Pad umfassen kann, wobei das Kontakt-Pad mittels der RDL und eines Via, der in der dielektrischen Schicht unterhalb der RDL gebildet ist, mit dem ersten Metallschicht-Pad verbunden ist. Das Substrat kann eine Verkapselungsschicht umfassen oder daraus bestehen, welche den Halbleiter-Die einbettet, wobei der Via in diesem Fall auch in der Verkapselungsschicht gebildet werden muss. - Weitere Beispiele für eine Halbleitervorrichtung des dritten Aspekts können gebildet werden, indem eines oder mehrere der Beispiele oder Merkmale, wie sie oben in Verbindung mit einer elektronischen Vorrichtung des ersten Aspekts oder des zweiten Aspekts beschrieben wurden, kombiniert werden.
- Die vorliegende Offenbarung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem vierten Aspekt. Das Verfahren umfasst Bereitstellen einer Umverdrahtungsschicht (RDL), Strukturieren eines RDL-Pads in der RDL, insbesondere eines, das eine kreisförmige Form aufweist, und Strukturieren von wenigstens einem Hohlraum in dem RDL-Pad.
- Gemäß einem Beispiel für das Verfahren des vierten Aspekts umfasst das Verfahren ferner Fertigen eines UBM-Metall-Pads oberhalb des RDL-Pads auf eine solche Weise, dass wenigstens ein Hohlraum wenigstens teilweise in einem Bereich des RDL-Pads angeordnet ist, der sich lateral außerhalb der UBM befindet.
- Weitere Beispiele für das Verfahren des vierten Aspekts können gebildet werden, indem eines oder mehrere der Beispiele oder Merkmale, wie sie oben in Verbindung mit einer elektronischen Vorrichtung des ersten Aspekts oder des zweiten Aspekts und einer Halbleitervorrichtung des dritten Aspekts beschrieben wurden, kombiniert werden.
- Obwohl die Offenbarung mit Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen veranschaulicht und beschrieben wurde, können Abänderungen und/oder Modifikationen an den veranschaulichten Beispielen vorgenommen werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der angehängten Ansprüche abzuweichen. Es ist beabsichtigt, mit besonderer Berücksichtigung der verschiedenen von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltkreisen, Systemen usw.) durchgeführten Funktionen, dass die Ausdrücke (einschließlich einem Bezug auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, soweit nicht anders angegeben, einer beliebigen Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (die z.B. funktional äquivalent ist), selbst wenn sie der offenbarten Struktur, die die Funktion in den hier veranschaulichten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung durchführt, strukturell nicht äquivalent ist.
Claims (4)
- Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Substrat (26); eine erste dielektrische Schicht (25), die auf dem Substrat (26) angeordnet ist; ein erstes Metallschicht-Pad (23.1), das auf der ersten dielektrischen Schicht (25) angeordnet ist; eine zweite dielektrische Schicht (24), die auf dem ersten Metallschicht-Pad (23.1) und auf der ersten dielektrischen Schicht (25) angeordnet ist, wobei die zweite dielektrische Schicht (24) eine Öffnung umfasst; ein zweites Metallschicht-Pad (22), das auf dem ersten Metallschicht-Pad (23.1) in der Öffnung der zweiten dielektrischen Schicht (24) angeordnet ist; eine Lotkugel (21), die auf dem zweiten Metallschicht-Pad (22) angeordnet ist; eine Umverdrahtungsleitung (23.3), wobei das erste Metallschicht-Pad (23.1) ein Umverdrahtungs-Pad ist und ein Teil der Umverdrahtungsleitung (23.3) oder integral mit dieser ist; wobei das erste Metallschicht-Pad (23.1) wenigstens einen Hohlraum (23.11, 33.11, 43.11, 53.11) umfasst, wobei der Hohlraum (23.11, 33.11, 43.11, 53.11) wenigstens teilweise lateral außerhalb des zweiten Metallschicht-Pads (22) angeordnet ist und wobei der Hohlraum (23.11, 33.11, 43.11, 53.11) als ein Schlitz gebildet ist, wobei der Schlitz eine längliche Form umfasst, die entlang eines kreisförmigen Bogensegments angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Hohlraum (23.11, 33.11, 43.11, 53.11) derart gebildet und angeordnet ist, dass ein innerer Teil des ersten Metallschicht-Pads (23.1) durch zwei Torsionsfedern oder durch eine Auslegerfeder aufgehängt ist, und wobei das Substrat (26) einen Halbleiter-Die umfasst, der Halbleiter-Die ein Kontakt-Pad umfasst und das Kontakt-Pad mittels der Umverdrahtungsleitung (23.3) wenigstens teilweise mit dem ersten Metallschicht-Pad (23.1) verbunden ist.
- Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei: das Substrat (26) eine Verkapselungsschicht umfasst oder aus dieser besteht. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 1 oder2 , wobei: der Schlitz eine Länge und eine Breite umfasst, wobei die Länge wenigstens 3 Mal die Breite ist. - Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schlitz eine Breite in einem Bereich von 5 µm bis 100 µm umfasst.
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