DE10334388B3 - Verfahren zum Auftragen von Material auf einen Bereich eines elektrischen Bauteils - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Auftragen einer Menge eines magnetischen oder magnetisierbaren Materials auf einen ausgewählten Bereich eines elektrischen Chips zum elektrischen Verbinden wird zunächst das magnetische oder magnetisierbare Material sowie der ausgewählte Bereich, der zumindest teilweise magnetisch ist, bereitgestellt. Anschließend wird das Material und der ausgewählte Bereich zusammengebracht, so daß durch eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Material und dem ausgewählten Bereich die Menge des Materials von dem ausgewählten Bereich angezogen wird und an dem ausgewählten Bereich haften bleibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auftragen von Material auf einen ausgewählten Bereich eines elektrischen Chips und insbesondere auf das Auftragen von Lotmaterial auf einen Kontakthöcker eines Mikrochips.
  • Elektrische Bauteile sind immer stärker werdenden Forderungen nach Miniaturisierung in bezug auf Leitungslängen, Größe und Gewicht unterworfen. Elektrische Bauteile, die aus einem Siliziumchip aufgebaut sind, werden deshalb häufig nicht mit einem Gehäuse versehen. Die Technik, Siliziumschips ungehäust direkt auf ein Substrat (Leiterplatte) zu montieren, wird Nacktchipmontage genannt.
  • Gemäß dem Stand der Technik existieren drei Möglichkeiten, um einen Chip ungehäust auf ein Substrat zu montieren. Diese drei Varianten sind in 3 dargestellt. Bei der ersten Variante, der Chip-and-Wire-Technik 301 wird der Chip „face up", d. h. mit der aktiven Chipfläche nach oben, direkt auf die Leiterplatte montiert und mittels Drahtbrücken mit der Leiterplattenstruktur kontaktiert. Bei einer weiteren Variante, der Flip-Chip-Technik 302 wird der Chip mit Lotkugeln bzw. mit leitfähigen Kunststoffkontakten präpariert und „face down", d. h. mit der aktiven Chipfläche nach unten, auf die Leiterplatte aufgebracht. Bei einer dritten Variante, dem Tape-Automated-Bonding 303, wird der Chip auf einen organischen Zwischenträger vormontiert und erst dann auf die Leiterplatte aufgebracht.
  • Von den drei genannten Varianten gehört die Flip-Chip-Technik zu einer der wichtigsten Zukunftstechnologien. Die Vorteile dieser Technik liegen in der geringen Größe des Flip-Chips und den damit verbundenen kurzen Leitungslängen und Übertragungswegen, sowie den geringen Anstiegs-, Lauf- und Verzögerungszeiten bei einer Signalübertragen.
  • In 4 ist ein Chip 401 gezeigt, der in Flip-Chip-Technik auf ein Substrat 402 montiert ist. Bei der Flip-Chip-Technik weist der Chip 401 eine Mehrzahl leitender Kontakthöcker (Bumps) 403 auf und das Substrat 402 ist mit einer Mehrzahl von Kontaktflächen (Pads) 404 versehen. Bei der Montage werden die Kontakthöcker 403 über den Kontaktflächen 404 ausgerichtet und in einem Lötvorgang mit diesen elektrisch leitend verbunden. Anschließend wird ein Epoxy Underfill 405 aufgebracht.
  • Das genaue Ausrichten des Chips über dem Substrat kann gemäß US 5,986,348 und US 3,986,255 mittels magnetisierten Kontakthöckern erfolgen.
  • Der Aufbau eines dem Stand der Technik entsprechenden Kontakthöckers mit und ohne Belotung wird anhand der 5a und 5b schematisch dargestellt.
  • 5a zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Chips 500 (beispielsweise ein Siliziumchip) der einen Kontakthöcker (Bump) 502 aufweist. Der Kontakthöcker 502 ist auf einer Oberfläche 504 des Chips 500 angeordnet. Ein Bereich der Oberfläche 504 auf dem ein Kontakthöcker 502 angeordnet ist, weist eine Metallisierung 506 auf. Die übrigen Bereiche der Oberfläche 504 weisen eine Passivierungsschicht 512 auf. Die Metallisierung 506 besteht üblicherweise aus Al bzw. AlSi und bildet bei Kontakt mit Sauerstoff schnell eine Oxidschicht (nicht gezeigt) bestehend aus Al2O3 aus. Zur Vermeidung von das Löten störenden oder verhindernden Schichten, z.B. einer Oxidschicht, wird bei der Flip-Chip-Technologie deshalb eine lötfähige Underbump-Metallisierung 508 aufgebracht, auf der eine optionale Korrosionsschutzschicht 510 gebildet sein kann.
  • 5b zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Aufbaus eines Kontakthöckers 520 mit Belotung. Der Grundaufbau eines Kontakthöckers wurde bereits in 5a erläutert. Zusätzlich zu den bereits aus 5a bekannten Elementen weist der Kontakthöcker 520 mit Belotung ein Lotdepot 514 auf, das auf der Underbump-Metallisierung 508 angeordnet ist.
  • In diesem Fall dient die Underbump-Metallisierung 508 zugleich als Diffusionsbarriere zwischen Metallisierung 506 und dem Lotdepot 514. Ein häufig verwendetes Material für die Underbump-Metallisierung 508 ist Nickel oder ein Gemisch aus Nickel und anderen Materialien.
  • Oft ist es wünschenswert, bei der weiteren Verarbeitung des Chips bzw. der Kontakthöcker noch weitere Materialien auf die Kontakthöcker aufzutragen. Gemäß dem Stand der Technik sind dafür verschiedene Methoden bekannt. Beispielsweise ist es möglich, Material durch Bedampfen, Sputtern, Bedrucken oder Laminieren auf die Kontakthöcker aufzutragen. Das Material kann auch mit einer Pipette aufgetragen werden oder die Kontakthöcker können in eine Flüssigkeit eingetaucht werden bzw. das Material kann durch Ausfällen aus einer Lösung oder durch eine elektrolytische Abscheidung auf die Kontakthöcker aufgebracht werden.
  • Ein Nachteil liegt darin, daß einige der genannten Methoden ein aufwendiges Realisierungsverfahren erfordern.
  • DE 195 45 370 C1 beschreibt ein Verfahren zum Zusammenführen zweier dielektrischer Mikrobauteile. Ferner können mit Hilfe von Ladungselektroden zusätzliche Fügematerialien, beispielsweise Klebstoffe oder Öle hochgenau positioniert werden.
  • US 65,38,323 B1 beschreibt ein Verfahren, um einen feinen Partikelfilm auf einer Elektrode eines Halbleiterbauteils abzuscheiden. Auf dem Partikelfilm wird ein Lot-Ball angeordnet. Der Partikelfilm wird mit Hilfe eines Trägergases über eine Düse auf das Substrat aufgebracht. Die kinetische Energie der Nickelpartikel kann über ein Magnetfeld erhöht werden. Dies ermöglicht einen Partikelfilm mit einer hohen Dichte.
  • JP 2001-267367 A beschreibt ein Verfahren zum zuverlässigen Handhaben eines Chips. Der Chip weist dazu eine magnetisierte Leitung auf. Mit Hilfe einer Magnetvorrichtung kann der Chip gehandhabt werden.
    •
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum einfachen Auftragen von Material auf einen Bereich eines elektrischen Bauteils zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Auftragen einer Menge eines magnetischen oder magnetisierbaren Materials auf einen ausgewählten Bereich eines elektrischen Chips, das folgende Schritte umfaßt:
    • a) Bereitstellen des magnetischen oder magnetisierbaren Materials;
    • b) Bereitstellen des ausgewählten Bereichs, der zumindest teilweise magnetisch ist; und
    • c) Zusammenbringen des Materials und des ausgewählten Bereichs, so daß durch eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Material und dem ausgewählten Bereich die Menge des Materials von dem ausgewählten Bereich angezogen wird und an dem ausgewählten Bereich haften bleibt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch eine Magnetisierung eines Bereichs eines elektrischen Chips, dieser Bereich auf einfache und kostengünstige Weise mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Material belegen läßt.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein ausgewählter magnetischer oder magnetisierbarer Bereich eines elektrischen Chips einem magnetischen oder magnetisierbaren Material angenähert. Aufgrund der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem magnetischen oder magnetisierten ausgewählten Bereich und dem magnetischen oder magnetisierbaren Material wird das Material auf den ausgewählten Bereich aufgetragen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird unmagnetisches bzw. nichtmagnetisierbares Material mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Trägermaterial verbunden. Das mit dem Trägermaterial verbundene Material wird nachfolgend gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen magnetischen oder magnetisierbaren Bereich eines elektrischen Chips aufgetragen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, magnetisches, magnetisierbares oder mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Trägermaterial verbundenes Lotmaterial auf einen magnetisierten Kontakthöcker eines Chips aufzutragen. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß der dem Stand der Technik entsprechende Aufbau eines Kontakthöckers beibehalten werden kann, da die für eine Underbump-Metallisierung typischerweise verwendeten Materialien magnetisierbar sind. Das Verfahren ist außerdem einfach und kostengünstig realisierbar.
    •
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Chips mit magnetisierten Kontakthöckern gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2a bis 2c die Schritte zum erfindungsgemäßen Auftragen von Lotmaterial auf Kontakthöcker eines Chips;
  • 3 eine Übersicht über, dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren, um einen Chip auf ein Substrat zu montieren;
  • 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines in Flip-Chip-Technik montierten Chips gemäß dem Stand der Technik; und
  • 5a und 5b eine schematische Querschnittsdarstellung eines Aufbaus eines Kontakthöckers mit und ohne Belotung gemäß dem Stand der Technik.
  • 1 zeigt einen Chip 100 (beispielsweise einen Siliziumchip), der eine Mehrzahl von magnetisierten Kontakthöckern (Bumps) 102 aufweist, die auf einer Oberfläche 104 des Chips 100 angeordnet sind. Der Aufbau der Kontakthöcker 102 ist in 5a und 5b beschrieben und ist in 1 nicht gezeigt.
  • Wie in 5a erläutert, wird für eine Underbump-Metallisierung der Kontakthöcker 102 üblicherweise Nickel oder ein Gemisch aus Nickel und anderen Materialien verwendet. Eine Besonderheit des Nickels ist, daß Nickel mit einem Phosphoranteil von unter etwa 9 % magnetisierbar ist. Dadurch ist es möglich, Chips mit magnetisierten Kontakthöckern 102 bereitzustellen.
  • Anhand der 2a, 2b und 2c wird nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren zum Auftragen einer Menge eines magnetischen oder magnetisierbaren Materials auf einen ausgewählten Bereich eines elektrischen Bauteils dargestellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein magnetisches oder magnetisierbares Lotmaterial auf magnetisierte Kontakthöcker eines Chips aufgetragen, indem die Kontakthöcker in das Lotmaterial eingetaucht werden.
  • 2a zeigt einen Chip 200, auf dem eine Mehrzahl magnetisierter Kontakthöcker 202 angeordnet sind. Jeder Kontakthöcker 202 weist eine Oberfläche 203 auf, auf die gemäß den Schritten des Verfahrens ein magnetisches oder magnetisierbares Lotmaterial 204 aufgetragen wird. Das Lotmaterial 204 ist in einer Tauchwanne 206 bereitgestellt.
  • In 2a ist der Chip 200 oberhalb der Tauchwanne 206 angeordnet. Nachfolgend wird der Chip 200 abgesenkt. Der Chip 200 wird bevorzugterweise von einer Trägervorrichtung (nicht gezeigt) gehalten und geführt.
  • 2b stellt den Schritt des Verfahrens dar, in dem das Lotmaterial mit dem Kontakthöcker 202 zusammengebracht wird. Dazu ist der Chip 200 so weit abgesenkt, daß die Kontakthöcker 202 in das Lotmaterial 204 eintauchen. Eine magnetische Anziehungskraft zwischen den magnetischen oder magnetisierten Kontakthöckern 202 und dem magnetischen oder magnetisierbaren Lotmaterial 204 bewirkt, daß das Lotmaterial 204 von den Kontakthöckern 202 angezogen wird.
  • In einem nächsten Schritt wird der Chip 200 wieder angehoben. Dies ist anhand von 2c dargestellt. Die magnetische Anziehungskraft zwischen den Kontakthöckern 202 und dem Lotmaterial 204 bewirkt, daß eine Menge 208 des Lotmaterials 204 an den Kontakthöckern 202 haften bleibt, nachdem die Kontakthöcker 202 vollständig aus dem sich in der Tauchwanne 206 befindlichen Lotmaterial 204 herausgezogen wurde.
  • Dem Stand der Technik entsprechendes Lotmaterial ist herkömmlicherweise unmagnetisch bzw. nichtmagnetisierbar. Damit ein solches Lotmaterial entsprechend der vorliegenden Erfindung auf Kontakthöcker eines Chips aufgetragen werden kann, wird es entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Trägermaterial mechanisch verbunden. Das Lotmaterial wird dazu zunächst mit einer dünnen Hülle aus dem Trägermaterial umgeben bzw. wird um einen aus dem Trägermaterial bestehenden Kern angeordnet. Alternativ können Partikel des Lotmaterials auch seitlich an dem Trägermaterial befestigt werden. Neben der mechanischen Verbindung sind auch chemische oder auf physikalischen Kräften beruhende Verbindungen möglich. Anschließend wird das mit Trägermaterial verbundene Lotmaterial gemäß dem in 2a–2c erläuterten Verfahren auf Kontakthöcker eines Chips aufgebracht.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die in 2a–2c gezeigten Kontakthöcker belotete Kontakthöcker und anstelle des Lotmaterials wird Nickelpulver, ein magnetisches bzw. magnetisierbares reaktives Material oder ein Gemisch aus einem reaktiven Material und einem magnetischen oder magnetisierbaren Material auf die Lotdepots der beloteten Kontakthöcker aufgetragen. Ist das als Lotdepot verwendete Material der Kontakthöcker magnetisch oder magnetisierbar, so kann eine Magnetisierung der Lotdepots alternativ oder zusätzlich zu einer Magnetisierung der Underbump-Metallisierung durchgeführt werden.
  • Obwohl sich die Ausführungsbeispiele auf Kontakthöcker mit einem dem Stand der Technik entsprechenden Aufbau beziehen, kann das der Erfindung entsprechende Verfahren auch für anders geformte Kontaktstellen eines elektrischen Bauteils verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, daß die Kontaktstellen einen magnetischen oder magnetisierbaren Bereich aufweisen, mit dem ein magnetisches oder magnetisierbares Material mittels einer magnetischen Kraft aufgetragen wird.
  • Ebenso ist das Verfahren nicht auf elektrische Bauteile beschränkt, sondern kann immer dann eingesetzt werden, wenn ein magnetisches, magnetisierbares oder sich mit einem magnetischen oder magnetisierbaren Trägermaterial verbinden lassendes Material auf einen Bereich eines Gegenstandes aufgetragen werden soll, der magnetisch oder magnetisierbar ist. Das aufzutragende Material kann in Form von Mikro- bzw. Nanopartikel vorliegen und eine pulverförmige oder flüssige Konsistenz aufweisen.
  • Auch ist das Annähern des aufzutragenden Materials an den entsprechenden Gegenstand nicht auf einen Tauchvorgang beschränkt, sondern kann auf eine beliebige Weise durchgeführt werden, die gewährleistet, dass das Material und der Gegenstand so nahe zusammenkommen, daß die magnetische Kraft zwischen dem Material und dem Gegenstand ausreicht, um eine Menge des Materials an dem Gegenstand haften zu lassen.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Auftragen einer Menge (208) eines magnetischen oder magnetisierbaren Verbindungs-Materials (204) auf einen Kontakt-Bereich (203) eines elektrischen Chips (200), wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: a) Bereitstellen des magnetischen oder magnetisierbaren Verbindungs-Materials (204); b) Bereitstellen des elektrischen Chips (200) mit dem Kontakt-Bereich (203), wobei der Kontakt-Bereich zumindest teilweise magnetisch ist; und c) Zusammenbringen des Verbindungs-Materials (204) und des Kontakt-Bereichs (203), so daß durch eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Verbindungs-Material und dem Kontakt-Bereich die Menge (208) des Verbindungs-Materials von dem Kontakt-Bereich angezogen wird und an dem Kontakt-Bereich haften bleibt.
  2. Verfahren zum Auftragen gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt a) folgende Schritte umfaßt: a1) Bereitstellen eines Nutzmaterials, das nicht magnetisierbar oder magnetisch ist; a2) Bereitstellen eines Trägermaterials, das magnetisierbar oder magnetisch ist; und a3) Verbinden des Nutzmaterials mit dem Trägermaterial, um das magnetische oder magnetisierbare Verbindungs-Material zu erhalten.
  3. Verfahren zum Auftragen gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Schritt c) folgenden Schritt umfaßt: Eintauchen des Kontakt-Bereichs (203) in eine Tauchwanne (206) mit dem Verbindungs-Material (204).
  4. Verfahren zum Auftragen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Chip (200) einen Kontakthöcker (202) aufweist und wobei als Kontakt-Bereich (203) eine Oberfläche des Kontakthöckers gewählt wird.
  5. Verfahren zum Auftragen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der Chip eine Underbump-Metallisierung ohne Belotung aufweist, und wobei als Kontakt-Bereich die Underbump-Metallisierung ohne Belotung und als Verbindungs-Material ein Lotmaterial gewählt wird.
  6. Verfahren zum Auftragen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Chip eine Underbump-Metallisierung mit Belotung aufweist, und wobei als Kontakt-Bereich die Underbump-Metallisierung mit Belotung gewählt, und als Verbindungs-Material ein reaktives Material gewählt wird.
  7. Verfahren zum Auftragen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verbindungs-Material in Form von Mikropartikeln oder Nanopartikeln vorliegt.
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