DE10250778B3 - Elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip und Verfahren zum Bestücken eines Schaltungsträgers beim Herstellen des elektronischen Bauteils - Google Patents

Elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip und Verfahren zum Bestücken eines Schaltungsträgers beim Herstellen des elektronischen Bauteils Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil und ein Verfahren zum Bestücken eines Schaltungsträgers (1) beim Herstellen des elektronischen Bauteils. Der Halbleiterchip (2) weist dazu auf seiner aktiven Oberseite (3) mindestens einen Pufferkörper (4) auf, der beim Bestückungsverfahren die unter dem Pufferkörper (4) angeordneten Halbleiterbauelementstrukturen der aktiven Oberseite (3) des Halbleiterchips (2) vor mechanischen Schädigungen schützt und eine Schutzschicht (23) eines mechanisch dämpfenden Materials aufweist.

Description

  • Elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip und Verfahren zum Bestücken eines Schaltungsträgers beim Herstellen des elektronischen Bauteils.
  • Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip, der einen Pufferkörper aufweist, und ein Verfahren zum Bestücken eines Schaltungsträgers beim Herstellen des elektronischen Bauteils unter Wenden und Abheben des Halbleiterchips von einer Folie.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 101 45 468 C1 ist ein Halbleiterchip, der auf seiner aktiven Oberseite mindestens einen Pufferkörper aufweist, der zwischen den Kontaktflächen geordnet ist und mindestens eine Schutzschicht für unter dem Pufferkörper angeordneten Halbleiterbauelementstrukturen der aktiven Oberseite des Halbleiterchips aufweist, bei welchem die Schutzschicht ein mechanisch dämpfendes Material aufweist, bekannt. Ferner ist aus der US 6,441,500 B1 bekannt, Harzeile mit geringen elastischen Modulen auf der aktiven Seite eines Wafers zwischen Kontaktflächen anzuordnen und zum Bilden von Elektroden zu metallisieren.
  • Aus der WO 96/37913 A1 schließlich ist es bekannt, Spacerelemente auf einer Isolierschicht auf der aktiven Oberfläche eines Chips anzuordnen, um das Fließen von Klebstoff günstig zu beeinflussen. Die dort gezeigte Isolierschicht kann dabei aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid sowie aus Polyimiden oder Hartmetellen wie Nickel, Chrom oder Molybden bestehen.
  • Aus der JP 2000-269239 A ist es bekannt, auf der aktiven Seite eines Chips zwischen den Kontakten als "Dummy Bumps" bezeichnete Pufferstücke zu bilden, die beim Ansaugen mit einem flachen Bestückkopf eine Beschädigung des Chips verhindern. Auch die JP 57-31148 A werwendet zum Schutz eines Chips beim Ausagen mit einen Bestückkopf Pufferkörper aus Aluminium oder Polyimid an den Randbereichen des Chips.
  • Aus der EP 0962960 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung mehrerer elektronischer Bauteile mit Halbleiterchips, die auf ihren aktiven Oberseiten Schutzschichten aufweisen, bekannt, wobei die Stechwerkzeugs zum Anheben der Chips von einer Transportfolie zusätzliche Puffer aufweisen. Ähnliche Verfahren sind bekannt aus der DE 198 22 512 A1 und der JP 03-46242 A .
  • Das Herstellen elektronischer Bauteile unter Bestücken eines Schaltungsträgers mit Halbleiterchips, die Halbleiterchipkontakte aufweisen, erweist sich als relativ kritisch und liefert teilweise nicht die gewünschten Ergebnisse, zumal wenn die Halbleiterchipkontakte als Flip-Chip-Kontakte in Form von Kontaktbällen, Kontakthöckern oder Flächenkontakten vorliegen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung elektronischer Bauteile unter Bestücken eines Schaltungsträgers mit Halbleiterchips zu verbessern und verbesserte elektronische Bauteile anzugeben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bestücken eines Schaltungsträgers mit Halbleiterchips unter Wenden und Abheben der Halbleiterchips geschaffen. Dazu weist eine aktive Oberseite zusätzlich zu ihren Halbleiterbauelementstrukturen mindestens einen Pufferkörper auf. Das Verfahren geht davon aus, dass die Halbleiterchips auf Transportfolien angeordnet sind, mit denen sie gewendet und von denen sie abgehoben werden, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist.
  • Zunächst wird eine mit Halbleiterchips bestückte erste Transportfolie bereitgestellt, wobei die Halbleiterchips mit ihren passiven Rückseiten auf einer klebenden Oberseite der ersten Transportfolie angeordnet sind. Anschließend wird eine zweite Transportfolie auf Halbleiterchipkontakten der aktiven Oberseite der Halbleiterchips angebracht. Das Haftvermögen der zweiten Transportfolie ist größer als das Haftvermögen der klebenden Oberseite der ersten Transportfolie, so dass die mechanische Bindung der Halbleiterchipkontakte zu der zweiten Transportfolie größer ist als die mechanische Bindung der Rückseiten der Halbleiterchips an die erste Transportfolie. Anschließend wird die erste Transportfolie von den passiven Rückseiten der Halbleiterchips entfernt.
  • Auf der zweiten Transportfolie sind danach die Halbleiterchips über ihre Halbleiterchipkontakte befestigt. Die Halbleiterchips auf der zweiten Transportfolie können dann einer Schaltungsträger-Bestückungseinrichtung zugeführt werden. In dieser Schaltungsträger-Bestückungseinrichtung werden dann die Halbleiterchips an einer Abhebeposition mittels einem oder mehreren Stechwerkzeugen nacheinander von der zweiten Transportfolie abgehoben. Dabei durchstoßen die Stechwerkzeuge die zweite Transportfolie und heben den Halbleiterchip durch Druck auf den vorgesehenen Pufferkörper mit der Spitze der Stechwerkzeuge an. Danach werden die Halbleiterchips von der Abhebeposition in eine Bestückungsposition verfahren. In der Bestückungsposition werden die Halbleiterchipkontakte auf entsprechende Kontaktanschlussflächen eines Schaltungsträgers abgesetzt und nachfolgend mit den Kontaktanschlussflächen verbunden.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass zum Wenden der Halbleiterchips ausschließlich klebende Transportfolien eingesetzt werden und somit das Wenden der Halbleiterchips schonend erfolgt. Schließlich müssen jedoch die Halbleiterchips von der zweiten Transportfolie, die dem Wendemanöver dient, abgehoben werden. Bei diesem Vorgang schützt der Pufferkörper auf jedem Halbleiterchip die darunter angeordneten Halbleiterbauelementstrukturen vor Beschädigungen. Somit kann das Bestückungsverfahren der vorliegenden Erfindung insbesondere beim Abhebevorgang sicher durchgeführt werden. Ferner wird das Risiko der Beschädigung der empfindlichen Halbleiterbauelementstrukturen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips vermindert. Damit wird in vorteilhafter Weise die Produktivität erhöht und die Zuverlässigkeit in der Bestückungsphase bei der Herstellung eines elektronischen Bauteils verbessert. Eine Voraussetzung für die Verbesserung ist, dass entsprechende Pufferkörper auf den aktiven Oberseiten der Halbleiterchips erfindungsgemäß vorgesehen werden. Diese Pufferkörper verhindern das Verkratzen der aktiven Oberseite des Halbleiterchips durch Stechwerkzeuge oder Hebewerkzeuge.
  • Zum Bereitstellen der ersten Transportfolie kann in vorteilhafter Weise ein ungeteilter Halbleiterwafer mit seiner passiven Rückseite auf eine einseitig klebende Waferfolie aufgeklebt werden und anschließend der Halbleiterwafer zu Halbleiterchips auf der Waferfolie getrennt werden. Die Waferfolie, die zunächst dazu dient, die Halbleiterchips beim Trennvorgang in Position zu halten, kann somit anschließend als erste Transportfolie dienen. Zum Wenden der Halbleiterchips kann dann eine zweite Transportfolie in der Größe des Halbleiter wafers auf die Flip-Chip-Kontakte der aktiven Oberseite der Halbleiterchips eines aufgetrennten Halbleiterwafers aufgebracht werden. Die ursprüngliche Waferfolie kann dann von der passiven Rückseite des Halbleiterwafers abgezogen werden. Nach dem Wenden können die Halbleiterchips auf der zweiten Transportfolie einem Schaltungsträger-Bestückungsautomaten zugeführt werden, um die Halbleiterchips einzeln auf dem Schaltungsträger zu positionieren.
  • Eine erste Transportfolie kann auch dadurch bereitgestellt werden, dass Halbleiterchips in Zeilen und Spalten auf der klebenden Oberseite einer ersten Transportfolie mit ihren passiven Rückseiten positioniert werden. Auch in diesem Fall wird ein Wenden der Halbleiterchips dadurch erreicht, dass eine zweite Transportfolie auf die Halbleiterchipkontakte der Halbleiterchips der ersten Transportfolie aufgebracht wird und anschließend dieser Verbund aus zwei Transportfolien und dem dazwischen angeordneten Halbleiterchip um 180° gewendet wird. Danach kann dann wieder die erste Transportfolie von den passiven Rückseiten der Halbleiterchips abgezogen werden, um die Halbleiterchips auf der zweiten Transportfolie in geeigneter Ausrichtung einem Schaltungsträger-Bestückungsautomaten zuzuführen.
  • Eine alternative Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, noch vor dem Aufbringen der zweiten Transportfolie die erste Transportfolie mit den Halbleiterchips um 180° zu wenden und erst dann die Halbleiterchips mit ihren Flip-Chip-Kontakten auf eine zweite Transportfolie aufzukleben. Danach wird dann die erste Transportfolie von den passiven Rückseiten der Halbleiterchips abgezogen.
  • Bei der Durchführung des Verfahrens kann nach Abheben eines Halbleiterchips von der zweiten Transportfolie mit Hilfe des Stechwerkzeugs die passive Rückseite des Halbleiterchips von einer Vakuumpinzette erfasst werden und einer Bestückungsposition zugeführt werden. In dieser Bestückungsposition kann dann die Vakuumpinzette abgesenkt werden, so dass die Flip-Chip-Kontakte auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips auf entsprechend angeordnete Kontaktanschlussflächen eines Schaltungsträgers aufgebracht werden können.
  • Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass die Vakuumpinzette lediglich die passive Rückseite des Halbleiterchips erfasst und somit keine Berührung mit den Halbleiterbauelementstrukturen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips hat. Somit ist die aktive Oberseite des Halbleiterchips vor Eingriffen und Beschädigungen durch die Vakuumpinzette geschützt. Da andererseits durch den Pufferkörper erreicht wird, dass keine Stechwerkzeuge die Halbleiterbauelementstrukturen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips beschädigen können, wird mit dieser Variante sowohl die aktive Vorderseite als auch die passive Rückseite vor mechanischer Beschädigung geschützt.
  • Zum Aufbringen einer zweiten Transportfolie kann neben einem Aufkleben auch ein Aufwalzen, ein Auflegen, ein Aufpressen oder ein Auflaminieren der zweiten Transportfolie auf die Außenkontakte der Halbleiterchips erfolgen. Diese Techniken stellen unterschiedliche Anforderungen an das Material der zweiten Transportfolie. Für ein Aufwalzen oder Aufpressen der zweiten Transportfolie weist die zweite Transportfolie eine drucksensitive Klebstoffschicht auf. Für ein Auflaminieren nach einem Auflegen der zweiten Transportfolie auf die Halbleiterchipkontakte weist die zweite Transportfolie einen Thermoplast als Beschichtung auf. Dieser Thermoplast erweicht bei erhöhter Temperatur und ermöglichet das Auflaminieren.
  • Ein Verfahren zur Herstellung mehrerer elektronischer Bauteile mit Halbleiterchips, die auf ihrer aktiven Oberseite Pufferkörper aufweisen, weist die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Halbleiterwafer mit mehreren Halbleiterchippositionen bereitgestellt. Diese Halbleiterchippositionen weisen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterwafers Halbleiterbauelementstrukturen auf. Die Halbleiterbauelementstrukturen weisen ihrerseits Elektroden auf. Diese Elektroden sind mit Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterwafers verbunden, wobei diese Kontaktflächen freiliegen und ein Zugriff auf diese Kontaktflächen möglich ist.
  • Auf die aktive Oberseite des Halbleiterwafers wird in den Halbleiterchippositionen mindestens ein Pufferkörper zwischen den Kontaktflächen aufgebracht. Anschließend können die Kontaktflächen mit Halbleiterchipkontakten bedeckt werden. Derartige Halbleiterchipkontakte werden auch Flip-Chip-Kontakte genannt, die in Form von Lotbällen, Lothöckern oder Flächenkontakten vorliegen können. Danach wird der Halbleiterwafer in Halbleiterchips getrennt und die Halbleiterchips werden auf eine erste Transportfolie aufgebracht. Diese Transportfolie kann durchaus eine Waferfolie sein, auf die der gesamte Halbleiterwafer zunächst aufgebracht und anschließend zu Halbleiterchips getrennt wird. Danach werden die oben aufgeführten Verfahrensschritte zum Bestücken eines Schaltungsträgers durchgeführt, wobei mit Hilfe einer, zweiten Transportfolie die Halbleiterchips um 180° gewendet werden. Nachdem das Bestücken eines Schaltungsträgers erfolgt ist, werden die Halbleiterchips in einem Kunststoffgehäuse zu elektronischen Bauteilen auf dem Schaltungsträger unter Bildung eines Nutzens verpackt. Dieser Nutzen kann schließlich in einzelne elektronische Bauteile getrennt werden.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass bereits im sogenannten Frontendbereich einer Fertigungslinie Vorsorge getroffen wird, um die Herstellung von elektronischen Bauteilen im Backendbereich der Fertigungslinie zu verbessern und zu beschleunigen. Aufgrund der Pufferkörper kann nämlich eine höhere Taktfrequenz in dem Bestückungsautomaten gefahren werden. Außerdem ist das Risiko einer Beschädigung der Halbleiterchipelementstrukturen wie Leiterbahnen beim Verarbeiten in einer Bestückungsanlage vermindert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, bereits im Waferlevel in jeder Halbleiterchipposition einen oder mehrere Pufferkörper aufzubringen, der ein zuverlässiges Ausstoßen und Anheben von Halbleiterchips in einer Abhebeposition eines Bestückungsautomaten gewährleistet. Dazu wird ein Stechwerkzeug in der Abhebeposition auf den Pufferkörper ausgerichtet, so dass das Stechwerkzeug die übrige aktive Oberseite des Halbleiterchips nicht beschädigen kann. Neben dieser vorbeugenden Schutzmaßnahme durch Aufbringen eines Pufferkörpers entfällt zusätzlich ein Wenden der Halbleiterchips in dem Bestückungsautomaten, weil das Wenden gleichzeitig und gemeinsam in großer Zahl mit Hilfe der ersten und zweiten Transportfolie vor dem Zuführen zu dem Bestückungsautomaten erfolgt.
  • Zum Aufbringen des Pufferkörpers wird zunächst der Halbleiterwafer oder der Halbleiterchip mit einer Schicht aus mechanisch dämpfendem Material, vorzugsweise einer Kunststoffschicht beschichtet. Anschließend wird die Schicht zu Pufferkörpern in den Halbleiterchippositionen mittels Photolithographieverfahren und Ätzverfahren oder mittels Laserabtrags verfahren strukturiert. Dazu kann das Material für den Pufferkörpers auf den Halbleiterwafer aufgegossen, aufgedampft, aufgesputtert oder aufgeschleudert werden und zwar gleichzeitig für alle Halbleiterchips. Die anschließende Strukturierung dieser aufgebrachten Kunststoffschicht mittels Photolithographieverfahren hat den Vorteil, dass das Material des Pufferkörpers zwischen den Kontaktflächen in jeder Halbleiterchipposition des Halbleiterwafers präzise angeordnet werden kann.
  • Ein anderes Verfahren zum Aufbringen der Pufferkörper auf den Halbleiterwafer in den Halbleiterchippositionen besteht darin, mittels Strahldrucktechnik, Siebdrucktechnik oder Schablonendrucktechnik die Pufferkörper bereits strukturiert aufzudrucken. Diese Drucktechnik ermöglicht es, nur dort Material aufzubringen, wo ein Pufferkörper auf dem Halbleiterwafer gebildet werden soll.
  • Weiterhin können auch mehrlagige Beschichtungen zur Herstellung eines Pufferkörpers auf den Halbleiterwafer aufgebracht werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, eine Hartmetallschicht, vorzugsweise aus seiner Chrom-Nickel-Legierung auf den Pufferkörpern abzuscheiden, um die Oberflächenhärte der Pufferkörper zu verbessern und um einen höheren mechanischen Widerstand gegenüber dem Stechwerkzeug beim Anheben der Halbleiterchips zu erreichen. Anstelle einer Hartmetallschicht können die Pufferkörper auch mit einer oxidkeramischen oder nitridkeramischen Schicht bedeckt werden, was gegenüber einer Abdeckung mit einer Hartmetallschicht den Vorteil hat, dass diese Schutzschichten elektrisch nicht-leitend sind und somit die Gefahr des Auslösens von Kurzschlüssen zwischen Kontaktflächen vermindert ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, ein elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip zu schaffen, wobei der Halbleiterchip auf seiner aktiven Oberseite mindestens einen Pufferkörper aufweist. Die Vorteile eines derartigen Pufferkörpers wirken sich insbesondere bei der Bestückung von Schaltungsträgern mit den Halbleiterchips aus und verbessern die Ausbeute bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen. Ein derartiger Pufferkörper ist zwischen den Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips angeordnet. Er bildet eine Schutzschicht für die unter dem Pufferkörper angeordneten Halbleiterbauelementstrukturen.
  • Der Pufferkörper weist ein mechanisch dämpfendes Material auf, das dafür sorgt, dass der mechanische Impuls des Stechwerkzeugs, der beim Anheben beziehungsweise Abheben von Halbleiterchips von Transportfolien in einem Bestückungsautomaten auftritt und mit zunehmender Taktfrequenz zu nimmt, gedämpft wird. Ein derartiges Material kann ein Thermoplast oder ein Duroplast sein, wobei Kunststoffe bevorzugt sind, wenn sie einen hohen Isolationswiderstand aufweisen. Die Oberfläche dieses Kunststoffmaterials des Pufferkörpers kann durch ein Hartmetall, vorzugsweise einer Chrom-Nickel-Legierung, oder durch eine Oxidkeramik oder durch eine Nitridkeramik verbessert werden.
  • Der Pufferkörper kann im wesentlichen eine kreisförmige oder eckige Kontur mit einem Durchmesser beziehungsweise einer Kantenlänge zwischen 50 und 500 Mikrometern bei einer Dicke zwischen 2 und 50 Mikrometern aufweisen. Die Dicke richtet sich nach dem Abrundungsradius der Spitze des Stechwerkzeuges. Die Dicke des Pufferkörpers kann mit zunehmendem Rundungsradius der Spitze vermindert werden, um die gleiche Schutzwirkung zu erzielen. Die äußere Kontur des Pufferkör pers, ob kreisförmig oder eckig, richtet sich nach den Anordnung der Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite des jeweiligen Halbleiterchips. Anstelle eines einzigen Pufferkörpers können auch mehrere Pufferkörper zwischen den Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips verteilt angeordnet sein. Dabei wird ein einzelner Pufferkörper im Bereich des Schwerpunktes des Halbleiterchips angeordnet und mehrere Pufferkörper werden gleichmäßig um einen Schwerpunktsbereich des Halbleiterchips verteilt. Auch hier richtet sich die Anzahl der Pufferkörper nach den aufzubringenden Kräften beim Abheben eines Halbleiterchips von einer zweiten Transportfolie. Je größer die aufzubringenden Abhebekräfte sind, umso größer ist die Zahl der vorzusehenden Stechwerkzeuge und damit die Zahl der erforderlichen Pufferkörper auf der aktiven Oberseite der Halbleiterchips, um Mikrorisse im Halbleiterchip zu vermeiden.
  • Neben den erfindungsgemäßen elektronischen Bauteilen sind auch die erfindungsgemäßen Halbleiterwafer ein wichtiges Handelsgut. Derartige erfindungsgemäße Wafer weisen in Zeilen und Spalten angeordnete Halbleiterchips auf, wobei die Halbleiterchips mindestens einen Pufferkörper ihrerseits aufweisen, der für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils vorgesehen ist.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung die mechanische Beschädigung der elektrisch aktiven Chipoberfläche mit einem Stechwerkzeug in einem Bestückungsautomaten vermieden wird, und ein hoher Durchsatz für den Flip-Chip-Prozess möglich wird. Dieses wird durch den erfindungsgemäßen Pufferkörper auf der aktiven Oberseite eines Halbleiterchips erreicht. Somit wird durch das Einbringen eines Pufferkörpers im Frontendbereich der Herstellung von elektronischen Bauteilen eine Struktur geschaffen, die den Halbleiterchip vor mechanischen Beschädigungen im Backendprozess, insbesondere vor Beschädigung durch die Ausstechwerkzeuge, schützt.
    •
  • Die Erfindung wird nun anhand der anliegenden Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterchip mit Halbleiterchipkontakten und mit einem Pufferkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Halbleiterchips gemäß 1,
  • 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Halbleiterchips gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
  • 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Halbleiterchips gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Halbleiterwafers mit Halbleiterchip auf einer ersten Transportfolie,
  • 6 bis 12 zeigen Prinzipskizzen von Verfahrensschritten zur Bestückung eines Schaltungsträgers mit erfindungsgemäßen Halbleiterchips,
  • 6 zeigt eine Prinzipskizze mit auf einer ersten Transportfolie aufgeklebten erfindungsgemäßen Halbleiterchips,
  • 7 bis 9 zeigen Prinzipskizzen zum Wenden des Halbleiterchips unter Umsetzen des Halbleiterchips von der ersten Transportfolie gemäß 6 zu einer zweiten Transportfolie,
  • 10 zeigt eine Prinzipskizze eines Halbleiterchips auf der zweiten Transportfolie gemäß 9,
  • 11 zeigt eine Prinzipskizze einer Abhebeposition eines Schaltungsträger-Bestückungsautomaten zusammen mit einem erfindungsgemäßen Bauteil,
  • 12 zeigt eine Prinzipskizze einer Bestückungsposition eines Schaltungsträger-Bestückungsautomaten zusammen mit einem erfindungsgemäßen Bauteil.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterchip 2 mit Halbleiterchipkontakten 9 und mit einem Pufferkörper 4 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Halbleiterchip 2 weist eine passive Rückseite 7 und eine aktive Oberseite 3 auf. Die aktive Oberseite 3 hat freiliegende Kontaktflächen 19, die in dieser Ausführungsform der Erfindung Halbleiterchipkontakte 9 tragen, welche als Lötbälle ausgebildet sind. Diese Halbleiterchipkontakte werden auch Flip-Chip-Kontakte genannt und sind auf eine zweite Transportfolie 6 mit einer klebenden Oberseite 8 fixiert. Diese zweite Transportfolie 6 dient dazu, Halbleiterchips in eine Abhebeposition eines hier nicht gezeigten Schaltungsträger-Bestückungsautomaten zu transportieren.
  • In einer derartigen Abhebeposition 10, wie sie in 1 dargestellt ist, wird mit einem mit gestrichelten Linien gezeichneten Stechwerkzeug 11 die zweite Transportfolie 6 durchstoßen und der Halbleiterchip 2 von der klebenden Oberseite 8 der zweiten Transportfolie 6 abgehoben. Die Spitze 24 des Stechwerkzeuges 11 berührt beim Abheben des Halbleiterchips 2 aufgrund des erfindungsgemäßen Pufferkörpers 4 nicht die mit einer Halbleiterbauelementstruktur versehene aktive Oberseite 3 des Halbleiterchips 2. Die Spitze 24 trifft vielmehr auf eine Hartmetallbeschichtung 22 und auf eine darunter angeordneten Schicht 20 aus mechanisch dämpfendem Material. Dieser Pufferkörper 4 dient dazu, die Halbleiterchips 2 von der zweiten Transportfolie 6 in der Abhebeposition 10 bei hoher Taktfrequenz und damit bei hoher Bestückungsrate eines Schaltungsträger-Bestückungsautomaten zuverlässig zu abzuheben, ohne dass die empfindliche aktive Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 beschädigt wird.
  • Die 2 bis 4 zeigen unterschiedlichen Ausführungsformen des Pufferkörpers 4 eines Halbleiterchips 2 der vorliegenden Erfindung.
  • In 2 ist im Flächenzentrum 25 der aktiven Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 ein eckiger Pufferkörper 4 angeordnet, der eine Seitenlänge von 50 bis 500 Mikrometern und eine Dikke zwischen 2 und 50 Mikrometern aufweist. Der Pufferkörper 4 ist umgeben von Halbleiterchipkontakten 9, die in Zeilen und Spalten im Randbereich der aktiven Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 angeordnet sind.
  • 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der im Flächenschwerpunkt 25 der aktiven Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 ein kreisförmiger Pufferkörper 4 angeordnet ist. Auch dieser Pufferkörper 4 ist von Halbleiterchipkontakten 9 in Form von Lotbällen, die in Zeilen und Spalten im Randbereich der aktiven Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 angeordnet sind, umgeben. Die Dicke des Pufferkörpers 4 entspricht der Dicke des Pufferkörpers 4 der 2 und der Durchmesser dieses Pufferkörpers 4 in 3 liegt zwischen 50 und 500 Mikrometern.
  • Halbleiterchips mit Pufferkörpern 4 der ersten beiden Ausführungsformen der 2 bzw. der 3 sind geeignet, um in Schaltungsträger-Bestückungsautomaten eingesetzt zu werden, in deren Abhebeposition ein einzelnes Ausstechwerkzeug zum Abheben eines Halbleiterchips 2 von einer in diesen beiden Figuren nicht gezeigten zweiten Transportfolie vorgesehen ist.
  • 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Halbleiterchips 2 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsformen der Erfindung liegt darin, dass kein Pufferkörper 4 im Bereich des Flächenschwerpunktes 25 der aktiven Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 vorgesehen ist, sondern dass vier gleichmäßig im Umkreis des Flächenschwerpunktes 25 verteilte Pufferkörper 4 auf der Oberfläche 3 des Halbleiterchips 2 vorgesehen sind. In diesem Fall sind dementsprechend vier Stechwerkzeuge in der Abhebeposition eines Schaltungsträger-Bestückungsautomaten vorzusehen. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung ist dann vorteilhaft, wenn die aktive Oberseite 3 und die Anzahl der Halbleiterchipkontakte 9 ein Vielfaches gegenüber den ersten beiden Ausführungsformen be trägt, um die Belastung des Halbleiterchips 2 beim Abheben von einer zweiten Transportfolie zu erleichtern und Mikrorissbildungen durch erhöhte Biegebelastungen vorzubeugen.
  • 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Halbleiterwafers 14 mit Halbleiterchips 2 auf einer ersten Transportfolie 5. Der Halbleiterwafer 14 zeigt in Zeilen 26 und Spalten 27 angeordnete Halbleiterchippositionen 18. Bei der Herstellung eines derartigen Halbleiterwafers 14 wurden zunächst Pufferkörper 4 nach Fertigstellung der halbleiterelektronischen Strukturen auf der aktiven Oberseite 3 im Bereich des Flächenschwerpunktes 25 jeder Chipposition mit Hilfe eines Aufdruckverfahrens aufgebracht. Anschließend werden auf dem Halbleiterwafer 14 die Außenkontakte 9 in Form von Lotbällen aufgebracht. Danach kann der Halbleiterwafer 14 auf der ersten Transportfolie 5 entlang der waagerechten Trennlinien 28 und der senkrechten Trennlinien 29 in einzelne Halbleiterchips 2 mit Pufferkörper 4 getrennt werden. Da für eine Weiterverarbeitung des Halbleiterwafers 14 jedes der Halbleiterchips 2 um 180° gewendet werden muss, wird eine zweite Transportfolie auf die Halbleiterchipkontakte 9 aufgeklebt, deren Klebstoffschicht eine größere Adhäsion zu den Halbleiterchipkontakten 9 aufweist, als die in 5 gezeigte erste Transportfolie 5 zu der passiven Rückseite 7 des Halbleiterwafers 14. Somit werden sämtliche Halbleiterchips einer Scheibe gleichzeitig um 180° gewendet und für die Weiterverarbeitung in einem Schaltungsträger-Bestückungsautomaten bereitgestellt.
  • Die 6 bis 12 zeigen Prinzipskizzen von Verfahrensschritten zum Bestücken eines Schaltungsträgers 1 mit Halbleiterchips 2.
  • In 6 ist ein Halbleiterchip 2 mit seiner passiven Rückseite 7 auf der klebenden Oberseite 8 einer ersten Transportfolie 5 angeordnet. In dieser Anordnung ist die aktive Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 oberhalb der ersten Transportfolie 5 angeordnet und Halbleiterchipkontakte 9 des Halbleiterchips 2 zeigen weg von der ersten Transportfolie 5. Zwischen den Halbleiterchipkontakten 9 in Form von Lötbällen ist im Flächenschwerpunkt 25 der aktiven Oberseite 3 ein Pufferkörper 4 angeordnet.
  • In 7 ist die erste Transportfolie 5 mit dem Halbleiterchip 2 gegenüber der 6 um 180° gewendet worden. Sie wird mit dem Halbleiterchip 2 in Pfeilrichtung A auf eine zweite Transportfolie 6 mit einer klebenden Oberseite 8 abgesenkt.
  • In 8 ist eine Verbundpackung aus erster Transportfolie 5 und zweiter Transportfolie 6 und dazwischen angeordnetem Halbleiterchip 2 im Querschnitt zu sehen, wobei die Halbleiterchipkontakte 9 auf der klebenden Oberseite 8 der zweiten Transportfolie 6 befestigt sind. Die Adhäsionskraft der klebenden Oberseite 8 der zweiten Transportfolie 6 zu den Halbleiterchipkontakten 9 ist wesentlich größer als die Adhäsionskraft zwischen der passiven Rückseite 7 des Halbleiterchips 2 und der ersten Transportfolie 5.
  • 9 zeigt das Abheben der ersten Transportfolie 5 in Richtung B von der Rückseite 7 des Halbleiterchips 2 weg. Der Halbleiterchip 2 wird dabei mit seinen Halbleiterchipkontakten 9 nicht von der zweiten Transportfolie 6 gelöst.
  • 10 zeigt eine Prinzipskizze des Halbleiterchips 2 nach dem Entfernen der ersten Transportfolie, so dass der Halblei terchip 2 auf der zweiten Transportfolie 6 einer Abhebeposition eines Schaltungsträger-Bestückungsautomaten zugeführt werden kann.
  • 11 zeigt die zweite Transportfolie 6 in der Abhebeposition 10 des Schaltungsträger-Bestückungsautomaten, wobei ein Stechwerkzeug 11 die zweite Transportfolie 6 in Pfeilrichtung C durchstochen hat und den Halbleiterchip 2 in seinem Flächenschwerpunkt 25 von der zweiten Transportfolie 6 abhebt. In dem Flächenschwerpunkt 25 ist der Pufferkörper 4 angeordnet, der dafür sorgt, dass der Halbleiterchip 2 nicht beschädigt wird und eine Vakuumpinzette 17 nimmt die Rückseite 7 des Halbleiterchips 2 auf und transportiert den Halbleiterchip 2 in Pfeilrichtung D zu einer Bestückungsposition.
  • 12 zeigt eine Prinzipskizze einer Bestückungsposition 12 eines Schaltungsträger-Bestückungsautomaten. In der Bestückungsposition 12 befindet sich ein Schaltungsträger 1, der Kontaktanschlussflächen 13 einer übergeordneten Schaltung oder einer Umverdrahtungsplatte aufweist. Der Halbleiterchip 2, der noch von einer Vakuumpinzette 17 gehalten wird, wird in der Bestückungsposition 12 ausgerichtet und in Pfeilrichtung F mit seinen Halbleiterchipkontakten 9 auf die Kontaktanschlussflächen 13 des Schaltungsträgers 1 abgesenkt. In dieser Position kann bereits bei entsprechender Vorwärmung des Schaltungsträgers 1 der Halbleiterchip 2 mit seinen Halbleiterchipkontakten 9 aus Lotbällen auf die Kontaktanschlussflächen gelötet werden. Zur weiteren Herstellung eines elektronischen Bauteils sind dann noch hier nicht veranschaulichte Schritte erforderlich, die ein Verpacken beispielsweise von mehreren Halbleiterchips auf einem Schaltungsträger 1 in eine Kunststoffgehäusemasse umfassen, wobei ein Nutzen gebil det wird, der nach dem Anbringen von Außenkontakten in einzelne elektronische Bauteile geteilt wird.
    • 1
    Schaltungsträger
    2
    Halbleiterchip
    3
    aktive Oberseite
    4
    Pufferkörper
    5
    erste Transportfolie
    6
    zweite Transportfolie
    7
    passive Rückseite
    8
    klebende Oberseite
    9
    Halbleiterchipkontakte
    10
    Abhebeposition
    11
    Stechwerkzeug
    12
    Bestückungsposition
    13
    Kontaktanschlussflächen
    14
    Halbleiterwafer
    15
    Waferfolie
    16
    Verbund aus erster und zweiter Transportfolie
    17
    Vakuumpinzette
    18
    Halbleiterchipposition
    19
    Kontaktflächen
    20
    Schicht aus mechanisch dämpfendem Material
    21
    mehrlagige Beschichtung
    22
    Hartmetallbeschichtung
    23
    Schutzschicht
    24
    Spitze des Stechwerkzeuges
    25
    Flächenschwerpunkt
    26
    Zeilen
    27
    Spalten
    28
    Trennlinien (waagerecht)
    29
    Trennlinien (senkrecht)
    A–F
    Pfeilrichtungen

Claims (15)

  1. Halbleiterchip (2) mit Halbleiterbauelementstrukturen und Kontaktflächen (19) auf einer aktiven Oberseite (3), wobei zwischen den Kontaktflächen (19) und über den Halbleiterbauelementstrukturen ein Pufferkörper (4) mit einer Schutzschicht (23) aus mechanisch dämpfendem Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferkörper (4) an der freien Oberfläche der Schutzschicht (23) eine harte Beschichtung (22) aufweist.
  2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei der Pufferkörper (4) die Beschichtung (22) stellenweise aufweist.
  3. Halbleiterchip nach Anspruch 1 oder 2, wobei die harte Beschichtung (22) ein Hartmetall, vorzugsweise ein Chrom-Nickel-Legierung, oder eine Oxidkeramik oder eine Nitridkeramik aufweist.
  4. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bist 3, wobei de Pufferkörper (4) eine wesentlichen kreisförmige oder eckige Kontur mit einem Durchmesser bzw. einer Seitenlänge zwischen 50 und 500 μm und einer Dicke zwischen 2 und 50 μm aufweist.
  5. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Pufferkörper (4) im Bereich des Schwerpunktes der aktiven Oberseite (3) des Halbleiterchips (2) angeordnet ist.
  6. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mehrere Pufferkörper (4) gleichmäßig verteilt und um den Bereich des Schwerpunktes der aktiven Oberseite (3) des Halbleiterchips (2) angeordnet sind.
  7. Halbleiterwafer mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchips (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterwafers (14) mit in Zeilen und Spalten angeordnete Halbleiterbauelementstrukturen, die Kontaktflächen (19) auf einer aktiven Oberseite (3) aufweisen, wobei zwischen die Kontaktflächen (19) und auf die Halbleiterbauelementstrukturen ein Puffer (4) mit einer Schutzschicht (23) aus mechanisch dämpfendem Material aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferkörper (4) an der freien Oberfläche der Schutzschicht (23) mit einer harten Beschichtung (22) versehen wird.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterchips (2) mit Halbleiterbauelementstrukturen und Kontaktflächen (19) auf einer aktiven Oberseite (3), wobei zwischen den Kontaktflächen (19) und über den Halbleiterbauelementstrukturen ein Pufferkörper (4) mit einer Schutzschicht (23) aus mechanisch dämpfendem Material aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferkörper (4) an der freien Oberfläche der Schutzschicht (23) mit einer harten Beschichtung (22) versehen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen des Pufferkörpers (4) zunächst eine Schicht (20) aus mechanisch dämpfendem Material, vorzugsweise einer Kunststoffschicht, aufgebracht wird, die anschließend zu Pufferkörpern (4) in den Halleiterchippositionen (18) mittels Photolithographieverfahren und Ätzverfahren oder mittels Laserabtragsverfahren strukturiert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferkörper (4) in den Halbleiterchippositionen (18) mittels Strahldrucktechnik, Siebdrucktechnik oder Schablonendruck aufgedruckt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8, 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrlagige Beschichtung (21) auf den Halbleiterwafer (14) aufgebracht wird, die anschließend zu Pufferkörpern (4) strukturiert wird.
  13. Verfahren zum Montieren auf Unterlagen, wobei die Halbleiterchips (2) der Ansprüche 1 bis 6 auf Schaltungsträgern (1) montiert werden, mit folgenden Schritten – Bereitstellen einer ersten Transportfolie (5), auf deren klebender Oberseite (8), die Halbleiterchips (2) mit ihren passiven Rückseiten angeklebt sind; – Aufbringen einer zweiten Transportfolie (6) auf die aktive Oberseite (9) der Halbleiterchips (2), wobei das Haftvermögen der zweiten Transportfolie (6) größer ist als das Haftvermögen der klebenden Oberseite der ersten Transportfolie (5); – Entfernen der ersten Transportfolie (5) von der passiven Rückseite (7) der Halbleiterchips (2); – Zuführen der Halbleiterchips (2) auf der zweiten Transportfolie (6) zu einer Schaltungsträger-Bestückungseinrichtung, in welcher die Halbleiter chips (2) von der zweiten Transportfolie (6) an einer Abhebeposition (10) mittels einem oder mehrerer Stechwerkzeuge (11) nacheinander abgehoben werden, wobei die Stechwerkzeuge (11) die zweite Transportfolie (6) durchstoßen und an den auf dem Halbleiterchip (2) vorgesehenen Pufferkörper (4) angreifen; – Absetzen der Halbleiterchips (2) mit den Halbleiterchipkontakten (9) auf entsprechende Kontaktanschlussflächen (13) des Schaltungsträgers (1).
  14. Verfahren zum Montieren auf Unterlagen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der zweiten Transportfolie (6) die erste Transportfolie (5) mit den Halbleiterchips (2) um 180° gewendet wird.
  15. Verfahren zum Montieren auf Unterlagen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Entfernen der ersten Transportfolie (5) von der passiven Rückseite (7) der Halbleiterchips (2) ein Verbund (16) aus erster Transportfolie (5) und zweiter Transportfolie (6) sowie zwischen den Folien (5, 6) angeordneter Halbleiterchips (2) um 180° gewendet wird.
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