DE10325541A1 - Elektronisches Bauteil, sowie Halbleiterwafer und Bauteilträger zur Herstellung des Bauteils - Google Patents

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semiconductor
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Simon Jerebic
Jens Pohl
Horst Theuss
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil sowie einen Halbleiterwafer und einen Bauteilträger zur Herstellung des Bauteils. Das elektronische Bauteil weist dazu einen Halbleiterchip (1) mit einer eine integrierte Schaltung aufweisenden Chipoberseite (2) und einer Chiprückseite (3) auf, wobei die Chiprückseite (3) eine magnetische Schicht (7) hat. Außerdem weist ein Chipträger an seiner Trägeroberseite (5) ebenfalls eine magnetische Schicht (8) auf. Mindestens eine der beiden Schichten (7, 8) ist permanentmagnetisch, so dass der Halbleiterchip auf dem Chipträger (5) magnetisch fixiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft elektronische Bauteile, sowie einen Halbleiterwafer und einen Bauteilträger zur Herstellung derartiger Bauteile, die einen Halbleiterchip mit einer integrierten Schaltung und mit einer Chiprückseite, die auf einem Chipträger montiert ist, aufweisen.
  • Durch die Montage des Halbleiterchips auf dem Chipträger sind Halbleiterchip und Chipträger über Lotverbindungen oder Klebeverbindungen starr in allen drei Raumrichtungen aufeinander fixiert. Bei thermischer Belastung kann diese starre mechanische Verbindung reißen. Dabei bilden sich Mikrorisse oder Mikrospalte bis hin zu einer mechanischen Delamination des Halbleiterchips von dem Chipträger. Durch die Bildung von Mikrorissen oder Mikrospalten bilden sich Bereiche, in denen sich Feuchte ansammelt und Speichert, so daß Fehlfunktionen des elektronischen Bauteils auftreten können.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Bauteil anzugeben, bei dem Spannungsspitzen zwischen Halbleiterchip und Chipträger abbaubar sind, ohne dass elektronische Fehlfunktionen des elektronischen Bauteils auftreten.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß weist das elektronische Bauteil einen Halbleiterchip mit einer eine integrierte Schaltung aufweisende Chipoberseite und mit einer Chiprückseite auf. Dieser Halbleiterchip ist auf einer Trägeroberseite eines Chipträgers angeordnet, der eine Trägerrückseite aufweist. Die Chiprückseite und die Trägeroberseite weisen jeweils eine magnetische Schicht auf und mindestens eine der beiden Schichten ist permanentmagnetisch. Der permanentmagnetische Zustand wird durch entsprechende Magnetisierung hartmagnetischer Werkstoffe erreicht. Bei der Magnetisierung können gleichzeitig unterschiedliche Polungen, unterschiedliche Schichtbereiche durch Ausrichten der Weisschen-Bezirke in dem hartmagnetischen Material erreicht werden.
  • Solange ein permanentmagnetischer Zustand nicht erreicht ist, bleibt die Schicht magnetisch und kann von einer permanentmagnetischen Schicht fixiert werden. Die beiden aufeinander liegenden Schichten auf der Chiprückseite und auf der Trägeroberseite können trotz der magnetischen transversalen Fixierung lateral verschoben werden. Dadurch wird gewährleistet, dass bei unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Halbleiterchip und Chipträger keine Spannungsspitzen im elektronischen Bauteil auftreten, da sich die Bauteiloberseite gegenüber der Chiprückseite bei thermischer Belastung lateral verschieben kann und dennoch ein intensiver thermischer Kontakt zwischen Chiprückseite und Trägeroberseite erhalten bleibt, so dass Fehlfunktionen vermieden werden.
  • Als magnetisches Schichtmaterial können ferromagnetische Werkstoffe und/oder ferrimagnetische Werkstoffe eingesetzt werden. Als ferromagnetische Werkstoffe können Eisen, Nickel, Kobalt und/oder Gadolinium als seltenes Erd in der magnetischen Schicht enthalten sein, während als ferrimagnetische Werkstoffe Oxidkeramiken eingesetzt werden. Die ferrimagneti schen Werkstoffe sind insbesondere für die Ausbildung von permanentmagnetischen Schichten vorgesehen.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung sind sowohl die magnetische Schicht auf der Chiprückseite als auch die magnetische Schicht auf der Trägeroberseite permanentmagnetisch. Dabei weisen die permanentmagnetischen Schichten Strukturen auf, die radialsymmetrisch beispielsweise strahlenförmig auf einen Symmetriepunkt hin ausgerichtet sind und eine abwechselnde Polarität aufweisen.
  • Eine derartige Strukturierung und Polarisierung der permanentmagnetischen Schichten hat den Vorteil, dass beim Aufsetzen eines Halbleiterchips mit einer entsprechend strukturierten magnetischen Schicht auf seiner Rückseite auf einen Chipträger mit entsprechend strukturierter permanentmagnetischer Schicht mit entsprechender Gegenpolung auf seiner Trägeroberseite der Halbleiterchip automatisch beim Aufsetzen auf den Chipträger zentriert und positioniert wird. Beim Bestücken eines Bauteilträgers, der mehrere Chipträger aufweist, kann somit der Fertigungsaufwand vermindert wird, zumal eine Mikromanipulation der Halbleiterchips entfallen kann.
  • Weiterhin ist es möglich, dass die permanentmagnetischen Strukturen auf der Trägeroberseite und der Halbleiterchiprückseite konzentrisch angeordnet sind und eine abwechselnde Polarität aufweisen. Eine konzentrische Anordnung beispielsweise von Ringsegmenten hat im Prinzip die gleiche Wirkung wie eine radialsymmetrische Anordnung von strahlenförmigen Bereichen, indem der Halbleiterchip automatisch auf der Trägeroberseite mit einer entsprechenden konzentrischen Struktur fixiert wird.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Halbleiterchipwafer zur Herstellung mehrerer Halbleiterchips, wobei der Halbleiterwafer in Zeilen und Spalten angeordnete Halbleiterchippositionen aufweist. Auf seiner Waferoberseite weist der Halbleiterchip in den Halbleiterchippositionen integrierte Schaltungen auf. Auf der gegenüberliegenden Seite, der Waferrückseite, weist der Halbleiterwafer eine magnetische Schicht auf. Diese magnetische Schicht kann permanentmagnetisch sein und insbesondere kann diese permanentmagnetische Schicht in jeder der Halbleiterchippositionen derart strukturiert sein, dass Bereiche unterschiedlicher Polung radialsymmetrisch und/oder konzentrisch vorhanden sind.
  • Ein derartiger Halbleiterwafer hat den Vorteil, dass aus ihm eine Vielzahl von elektronischen Halbleiterchips durch Trennung entlang von Trennfugen der in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen entstehen, die für ein Aufbringen auf einen entsprechend präparierten Halbleiterchipträger mit magnetischer Schicht und/oder mit permanentmagnetischer Schicht geeignet sind. Somit hat der Halbleiterwafer mit seinen Strukturen auf der Halbleiterchiprückseite den Vorteil, dass bereits für viele Halbleiterchips gleichzeitig eine magnetische Schicht vorhanden ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Bauteilträger, der in Zeilen und Spalten angeordnete Bauteilpositionen aufweist, wobei die Bauteilpositionen Chipträger mit Chipträgeroberseiten und Chipträgerrückseiten aufweisen. Dabei können die Chipträgeroberseiten magnetische Schichten aufweisen und/oder permanentmagnetische Strukturen mit Bereichen unterschiedlicher Polarität in radialsymmetrischer und/oder konzentrischer Anordnung besitzen.
  • Ein derartiger Bauteilträger hat den Vorteil, dass er mit entsprechend präparierten Halbleiterchips bestückt werden kann, und diese Halbleiterchips zwar transversal durch die magnetische Anziehung fixiert sind, jedoch sich lateral gegenüber dem Chipträger bei thermischer Belastung verschieben können. Dabei hat eine radialsymmetrische und/oder konzentrische Anordnung von Bereichen von permanentmagnetischen Schichten den Vorteil, dass der Halbleiterchip auf dem Chipträger trotz unterschiedlicher thermischer Ausdehnung von Chipträger und Halbleiterchip mit seinem Zentrum auf dem Chipträger zentriert bleibt.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers mit mehreren Halbleiterchippositionen für mehrere elektronische Bauteile weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Halbleiterwafer mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen und mit einer Waferoberseite und mit einer Waferrückseite bereitgestellt. Anschließend wird auf die Waferrückseite eine magnetische Schicht aufgebracht. Diese magnetische Schicht kann in den Halbleiterchippositionen zusätzlich strukturiert werden, so dass sie radialsymmetrische und/oder konzentrische Bereiche aufweist. Anschließend können diese Bereiche unterschiedlich magnetisiert werden, so dass unterschiedlich gepolte permanentmagnetische Bereiche entstehen. Eine derartige Strukturierung in den Halbleiterchippositionen ist nur dann erforderlich, wenn nach dem Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips diese selbstzentrierend auf einen entsprechenden Chipträger aufzubringen sind. Im Prinzip reicht es, die Halbleiterwaferrückseite mit einer magnetischen Schicht aus ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Werkstoffen ohne jede Strukturierung zu beschichten.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilträgers mit mehreren Bauteilpositionen für mehrere elektronische Bauteile weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Bauteilträgerrohling mit in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen einer Bauteilträgeroberseite und einer Bauteilträgerrückseite bereitgestellt. Dieser Bauteilträgerrohling kann eine nicht magnetische Kupfer- oder Kupferlegierungsplatte aufweisen. Er kann aber auch eine kupferkaschierte Leiterplatte aufweisen. Auf diesen Bauteilträgerrohling wird eine magnetische Schicht auf die Bauteilträgeroberseite aufgebracht. Wird dieser Bauteilträger für Halbleiterchips vorbereitet, die bereits permanentmagnetische Schichten auf ihren Rückseiten aufweisen, so reicht es, auf den Bauteilträger lediglich eine magnetische Schicht aufzubringen. Jedoch ist dann eine automatische Zentrierung des Halbleiterchips auf dem Chipträger nicht gegeben. Es muss vielmehr mit einem Mikromanipulator der Halbleiterchip auf dem Bauteilträger positioniert werden.
  • Um eine automatische Zentrierung zu erreichen, wird die magnetische Schicht auf der Bauteilträgeroberseite zunächst strukturiert und anschließend wird die strukturierte magnetische Schicht in unterschiedlich gepolte permanentmagnetische Bereiche magnetisiert. Bei der Strukturierung und/oder bei der Magnetisierung können radialsymmetrische und/oder koaxial ausgerichtete Bereiche vorgesehen werden, um eine automatische Positionierung und Zentrierung von Halbleiterchips auf dem Bauteilträger zu gewährleisten.
  • Zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit Hilfe eines nach den obigen Aspekten präparierten, vorbereiteten und zur Verfügung stehenden Halbleiterwafers ist dieser lediglich in einzelne Halbleiterchips zu trennen. Anschließend können die Halbleiterchips auf einen entsprechend bereitgestellten Bauteilträger aufgebracht werden, wobei je nach Präparation der magnetischen Schichten auf der Rückseite der Halbleiterchips und der Bauteilträgeroberseite eine automatische Zentrierung der Halbleiterchips erfolgt oder eine Ausrichtung und Justage mittels eines Mikromanipulators erforderlich wird.
  • Nach dem Fixieren der Halbleiterchips auf entsprechenden Chipträgeroberseiten des Bauteilträgers kann ein Verdrahten der Halbleiterchips mit entsprechenden Außenkontaktstrukturen des Bauteilträgers und ein Verpacken der Halbleiterchips in den Bauteilpositionen des Bauteilträgers zu elektronischen Bauteilen erfolgen, so dass als abschließender Verfahrensschritt zur Herstellung von elektronischen Bauteilen der Bauteilträger lediglich noch in einzelne elektronische Bauteile aufzutrennen ist.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass elektronische Bauteile entstehen, die selbst bei Verschiebungen der Halbleiterchips gegenüber dem Trägermaterial durch thermische Belastungen ein elektrischer Kontakt zum Trägermaterial nicht gestört wird, da eine Lateralverschiebung zwischen den magnetischen Schichten jederzeit möglich ist, ohne den Anpressdruck zwischen den magnetischen Schichten zu vermindern oder den Kontaktwiderstand zu erhöhen. Somit entsteht ein elektronisches Bauteil, dessen Funktionalität durch thermische Belastungen nicht beeinträchtigt wird.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass zum Verbinden des Halbleiterchips in einem elektronischen Bauteil mit einem Chipträger gegenwärtig die Technik des Klebens oder des Lötens verwendet wird. Diese Verbindung ist in allen Richtungen starr, was zur Folge hat, dass die Haftkraft zwischen Träger und Chip schlagartig nachlässt, sobald eine kritische Spannung im Material überschritten wird. Es entsteht ein Spalt, in dem sich Feuchte ansammeln kann, was zum Ausfall des Bauteils führt. Ferner neigen selbst die Klebstoffe zwischen Halbleiterchip und Chipträger zur Aufnahme von Feuchtigkeit, was die Funktionalität eines elektronischen Bauteils beeinträchtigen kann.
  • Bisher wurde deshalb versucht, die Stabilität dieser starren Verbindung in allen drei Raumrichtungen zwischen Träger und Chip zu erhöhen, damit derartige Risse nicht auftreten. Jedoch kann die prinzipielle Anfälligkeit gegen Mikrorisse bei derartigen elektronischen Bauteilen mit einem Halbleiterchip, der Starr auf einem Chipträger fixiert ist, nicht ausgeschlossen werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindung realisiert, die eine Lateralverschiebung der Verbindungspartner aus Halbleiterchip und Chipträger zulässt, ohne dass die transversale Verbindungskraft nachlässt. Somit wird aufgrund der vorliegenden Erfindung eine hohe Haftkraft zwischen beiden Verbindungspartnern auch aufrecht erhalten, selbst wenn sich die Verbindungspartner gegeneinander lateral verschieben. Dabei dient der Chipträger des Bauteilträgers als Montagefläche für eine mit einer magnetischen Schicht beschichteten Rückseite des Halbleiterchips. Lediglich einer der beiden Kontaktpartner muss dabei permanentmagnetisch sein, also ein Magnetfeld aktiv erzeugen. Es genügt somit, wenn jeweils der andere Partner magnetisierbar ist.
  • Wird der Halbleiterchip mit einer derartigen magnetischen Schicht in Kontakt zu einem Chipträger mit permanentmagnetischer Schicht gebracht, so werden beide Komponenten aufeinan der fixiert. Durch Feinstrukturierung der Magnetbereiche kann auch eine Selbstzentrierung des Halbleiterchips auf dem Chipträger erreicht werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden 1 näher erläutert.
    •
  • 1 zeigt einen prinzipiellen Querschnitt durch einen Halbleiterchip 1 auf einem Halbleiterchipträger 4. Der Halbleiterchip 1 hat eine Chipoberseite mit einer integrierten Schaltung, deren Kontaktflächen 9 über Bondverbindungen 10 mit nicht gezeigten Außenkontakten des elektronischen Bauteils verbunden sind. Eine Chiprückseite 3 weist eine magnetische Schicht 7 auf. Der Halbleiterchip 1 ist auf einem Chipträger 4 angeordnet, der seinerseits eine Rückseite 6 und eine Oberseite 5 aufweist. Auf der Oberseite 5 des Chipträgers 4 ist eine permanentmagnetische Schicht 8 angeordnet, welche derart magnetisiert ist, dass die magnetische Schicht 7 auf der Chiprückseite 3 des Halbleiterchips 1 von der permanentmagnetischen Schicht 8 angezogen und auf der Trägeroberseite 5 des Chipträgers 4 fixiert wird.
  • Wenn beide magnetischen Schichten 7 und 8 strukturierte permanentmagnetische Bereiche aufweisen und diese radialsymmetrisch oder konzentrisch strukturiert sind, so wird der Halbleiterchip 1 automatisch auf dem Chipträger 4 in vorbestimmter Weise ausgerichtet, zentriert und fixiert.
    • 1
    Halbleiterchip
    2
    Chipoberseite
    3
    Chiprückseite
    4
    Chipträger
    5
    Trägeroberseite
    6
    Trägerrückseite
    7
    magnetische Schicht auf Chiprückseite
    8
    magnetische Schicht auf Trägeroberseite
    9
    Kontaktflächen
    10
    Bondverbindungen

Claims (12)

  1. Elektronisches Bauteil das folgende Merkmale aufweist: – einen Halbleiterchip (1) mit einer eine integrierte Schaltung aufweisenden Chipoberseite (2) und mit einer Chiprückseite (3) – einen Chipträger (4) mit einer den Halbleiterchip (1) tragenden Trägeroberseite (5) und mit einer Trägerrückseite (6), und wobei die Chiprückseite (3) und die Trägeroberseite (5) jeweils eine magnetische Schicht (7, 8) aufweisen und mindestens eine der beiden Schichten (7, 8) permanentmagnetisch ist.
  2. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Schicht (7) auf der Chiprückseite (3) und die magnetische Schicht (8) auf der Trägeroberseite (5) permanentmagnetische Strukturen aufweisen, die radialsymmetrisch angeordnet sind und eine abwechselnde Polarität aufweisen.
  3. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Schicht (7) auf der Chiprückseite (3) und die magnetische Schicht (8) auf der Trägeroberseite (5) permanentmagnetische Strukturen aufweisen, die konzentrisch angeordnet sind und eine abwechselnde Polarität aufweisen.
  4. Halbleiterwafer, der folgende Merkmale aufweist: – in Zeilen und Spalten angeordnete Halbleiterchippositionen, – eine Waferoberseite mit integrierten Schaltungen in den Halbleiterchippositionen, – eine Waferrückseite mit einer magnetischen Schicht.
  5. Halbleiterwafer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Schicht permanentmagnetisch ist.
  6. Halbleiterwafer nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Schicht in den Halbleiterchippositionen strukturiert ist, wobei Bereiche unterschiedlicher Polung radialsymmetrisch und/oder konzentrisch angeordnet sind.
  7. Bauteilträger, der in Zeilen und Spalten angeordnete Bauteilpositionen aufweist, wobei die Bauteilpositionen Chipträger mit Chipträgeroberseiten und Chipträgerrückseiten aufweisen, und wobei die Chipträgeroberseiten eine magnetische Schicht aufweisen, und wobei die magnetische Schicht eine permanentmagnetische Struktur aufweist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers mit mehreren Halbleiterchippositionen für mehrere elektronischen Bauteile, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen und mit einer Waferoberseite und einer Waferrückseite, – Aufbringen einer magnetischen Schicht auf die Waferrückseite, – Strukturieren der magnetischen Schicht in den Halbleiterchippositionen, – Magnetisieren der strukturierten magnetischen Schicht in unterschiedlich gepolte permanentmagnetische Bereiche.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Bauteilträgers mit mehreren Bauteilpositionen für mehrere elektronischen Bauteile, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Bauteilträgerohlings mit in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen, einer Bauteilträgeroberseite und einer Bauteilträgeroberseite – Aufbringen einer magnetischen Schicht auf die Bauteilträgerrückseite, – Strukturieren der magnetischen Schicht in den Bauteilpositionen, – Magnetisieren der strukturierten magnetischen Schicht in unterschiedlich gepolte permanentmagnetische Bereiche.
  10. Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen mit Halbleiterchips, – Bereitstellen eines Halbleiterwafers nach Anspruch 8, – Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips, – Bereitstellen eines Bauteilträgers nach Anspruch 9 Aufbringen der Halbleiterchips (1) mit ihren magnetischen Schichten (7) ihrer Rückseiten (3) auf die permanentmagnetische Schicht (8) der Trägeroberseite (5) in den Bauteilpositionen, – Verdrahten der Halbleiterchips (1) mit entsprechenden Außenkontaktstrukturen und Verpacken der Halbleiterchips (1) in den Bauteilpositionen zu elektronischen Bauteilen, – Auftrennen der Bauteilpositionen des Bauteilträgers in einzelne elektronische Bauteile.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Schicht in den Halbleiterchippositionen und/oder auf dem Bauteilträger in den Bauteilpositionen strukturiert wird und die strukturierte magnetische Schicht in unterschiedlich gepolte permanentmagnetische Bereiche magnetisiert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Schicht in den Bauteilpositionen strukturiert wird und die strukturierte magnetische Schicht in unterschiedlich gepolte permanentmagnetische Bereiche magnetisiert wird.
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