DE10334576B4 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem Kunststoffgehäuse - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements (1) mit einem Kunststoffgehäuse (2), in dem zumindest ein Halbleiterchip (3) angeordnet ist mit folgenden Schritten:
– Bereitstellen eines Halbleiterwafers (4) mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchips (3), die aktive Oberseiten (5) und Rückseiten (6) aufweisen, wobei die aktiven Oberseiten (5) mit Kontaktflächen (7) versehen sind;
– Trennen des Halbleiterwafers (4) in einzelne Halbleiterchips (3);
– Bereitstellen einer Trägerplatte (8) aus im Temperaturbereich 20 – 200°C formstabilem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten < 10·10–6/K bei Raumtemperatur;
– Laminieren der Oberseite (9) der Trägerplatte (8) mit einer Klebefolie (12), die auf einer Seite mit einem dauerhaftenden Klebstoff und auf der anderen Seite mit einem thermosensitiven Klebstoff (10) beschichtet ist;
– Bestücken dieser Trägerplatte (8) mit den einzelnen Halbleiterchips (3), wobei die einzelnen Halbleiterchips (3) mit ihren aktiven Seiten (5) auf die Oberseite der Trägerplatte (8) gebracht werden;
– Herstellen...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem Kunststoffgehäuse.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit Kunststoffgehäusen, die folgende Schritte aufweisen:
    • – Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchips, die aktive Oberseiten und Rückseiten aufweisen, wobei die aktiven Oberseiten mit Kontaktflächen versehen sind;
    • – Trennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips;
    • – Bestücken einer Formplatte mit den Halbleiterchips;
    • – Herstellen eines gemeinsamen Trägers aus Kunststoffgehäusemasse auf der Formplatte für die Halbleiterchips;
    • – Herstellen von Umverdrahtungsleitungen, Außenkontaktflächen sowie Trennen des gemeinsamen Trägers in einzelne Halbleiterbauelemente.
  • Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 101 37 184 A1 bekannt.
  • Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden die vereinzelten Halbleiterbauelemente mit ihrer aktiven Seite auf eine Klebefolie bestückt, die wiederum über einen Trägerrahmen gespannt ist. Diese Anordnung wird anschließend mit einem Kunstharz um hüllt, was beispielsweise im so genannten Wafermoldverfahren im Printverfahren oder in ähnlichen bekannten Verfahren vonstatten gehen kann. Die Kunststoffmasse wird anschließend ausgehärtet.
  • Danach wird die Folie wieder abgezogen und die Matrix aus Halbleiterchips, die mittlerweile in den gemeinsamen Kunststoffträger eingebettet sind, wird vom Trägerrahmen entfernt.
  • Der so erzeugte "rekonstituierte" Halbleiterwafer dient dann als Ausgangsmaterial für die so genannten Umverdrahtungsprozesse.
  • Das oben genannte Verfahren hat die prinzipiellen Vorteile, dass sehr kostengünstige Materialien und sehr effiziente Prozessschritte verwendet werden. Die direkte Einbettung bzw. die direkte Umhüllung der Halbleiterchips mit einem Kunststoff macht diese aus dem Stand der Technik bekannte Technologie sehr vielseitig. Das heißt, es können mit dieser Technologie verschiedenste Halbleiterchipgrößen verarbeitet und Gehäusegrößen hergestellt werden. Es können große waferförmige Paneele erzeugt werden, die eine Weiterverarbeitung mit den herkömmlichen Ausrüstungen ermöglichen.
  • Ein großer Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist jedoch, dass durch das Folienmaterial die Positionsgenauigkeit der Halbleiterchips auf dem umhüllten Wafer eingeschränkt wird. Diese Positionsgenauigkeit der eingebetteten Halbleiterchips wird durch verschiedene Effekte negativ beeinflusst.
  • Zum einen ist die Trägerfolie nur sehr eingeschränkt formstabil. Durch Lagerung, durch Handhabung bzw. durch Prozessierung der Trägerfolie kommt es bei dieser zu Verformungen. Solche Verformungen sind beispielsweise Faltenbildungen bzw. Relaxationen. Durch diese Faltenbildungen und Relaxationen kommt es wiederum zu Verschiebungen der einzelnen Halbleiterchips auf der Folie.
  • Da der Umhüllprozess, in der Regel Wafermolden, unter hohen Temperaturen durchgeführt wird, d. h. unter Temperaturen bis zu 180°C, treten auch dort Verformungen auf. Die dort auftretenden Verformungen sind in der Regel sogar stärker als die durch die Lagerung, die Handhabung und die Prozessierung der Trägerfolie entstehenden Verformungen der Trägerfolie. Die Kunststofffolie wird in den Temperaturbereichen oberhalb 100°C bis 180°C in der Regel weich. Durch dieses Erweichen wird ihre Stabilität weiter reduziert.
  • Ein gleichmäßiges Laminieren der Folie auf den Trägerrahmen ist nur schwer möglich. Eine inhomogene Spannung in der Folie führt zu unkontrollierbaren Verschiebungen der Halbleiterchips.
  • Bislang gibt es für die Folien keinen geeigneten Ersatz, da wiederum die folientypischen Eigenschaften der Folien beim Trennen des Chipträgers vom Basisträger benötigt werden. Eigenschaften die hier eine besondere Rolle spielen und nahezu unersetzlich sind, sind die einer Folie inhärente Delaminierfähigkeit. Eine Folie lässt sich im Gegensatz zu Festträgermaterialien abziehen bzw. abschälen.
  • Würde man einen festen, stabileren Träger als Folienersatz verwenden, so wäre das vollflächige Trennen der beiden Träger nach dem Umhüllprozess aufgrund der zu hohen Haftkraft und der großen Flächen nur sehr schwer möglich.
  • Aus der DE 199 32 269 A1 ist es bekannt, Halbleiterchips mittels Unterdrucks an einer Trägerplatte festzusaugen und in eine zu erweichende Kunststoffmasse zu drücken. Auch die Möglichkeit einer Fixierung mit einem nichtpermanenten Klebstoff wird erwähnt. Bei dem beschriebenen Verfahren ist es nachteilig, dass die Halbleiterchips durch das Einpressen in die Kunststoffmasse beschädigt werden können.
  • Aus der DE 101 17 880 A1 ist ein Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterchips aus einem Wafer bekannt, bei dem der Wafer zur Vereinzelung mittels eines wärmelöslichen Klebstoffes auf einem Träger fixiert wird.
  • Die 198 45 847 A1 offenbart Trägerfolien, die einen lösbaren Klebstoff aufweisen, für Klebeetiketten.
  • Aus der US 2002/0025607 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils bekannt, bei dem ein Halbleiterchip zur Verpackung in eine Kunststoffgehäusemasse auf einen mit einer Klebefolie bespannten Rahmen aufgebracht, mit Kunststoffmasse umfüllt und anschließend mit einem Pickup-Werkzeug abgenommen wird. Vor dem Abnehmen wir die Klebefolie mit UV-Strahlung bestrahlt, um ihre Adhäsion zu dem Halbleiterchips herabzusetzen. Bei diesem Verfahren ist es nachteilig, dass keine Verpackung der Halbleiterbauteile auf Waferlevel erfolgen kann und dass die Zugänglichkeit der Klebefolie für UV-Strahlung durch eine komplizierte Rahmenkonstruktion sichergestellt werden muss.
    •
  • Es besteht demnach ein Bedürfnis, ein neues Herstellverfahren bereitzustellen mit einem Trägermittel, das die Nachteile der eingesetzten Folien vermeidet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem Kunststoffgehäuse, in dem zumindest ein Halbleiterchip angeordnet ist mit folgenden Schritten gelöst:
    • – Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchips, die Rückseiten und aktive Oberseiten aufweisen, wobei die aktiven Oberseiten mit Kontaktflächen versehen sind;
    • – Trennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips;
    • – Bereitstellen einer Trägerplatte, die auf ihrer Oberseite mit einem thermosensitiven Klebstoff versehen ist;
    • – Bestücken dieser Trägerplatte mit den einzelnen Halbleiterchips, wobei die einzelnen Halbleiterchips mit ihren aktiven Seiten auf die Oberseite der Trägerplatte gebracht werden;
    • – Herstellen eines gemeinsamen Trägers aus Kunststoffgehäusemasse auf der Trägerplatte, wobei die Halbleiterchips in die Kunststoffgehäusemasse eingebettet werden;
    • – Entfernen der Trägerplatte durch Erwärmen des thermosensitiven Klebstoffs auf eine vorbestimmte definierte Temperatur, bei der das thermosensitive Klebstoff seine haftende Wirkung verliert.
  • Durch die Verwendung einer Trägerplatte, die aus einem im Temperaturbereich von 20°C bis 200°C formstabilen Material mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungsquotienten besteht, welche auf ihrer Oberseite mit einem thermosensitiven Klebstoff versehen ist, lassen sich die eingangs erwähnten großen Probleme aus dem Stand der Technik, die mit der Verwendung von nichtformstabilen Folien einhergehen, vollständig vermeiden.
  • Unter thermosensitiven Klebstoffen wird hier und im folgenden ein Klebstoff verstanden, der in einem definierten Temperaturbereich eine stark haftende, d.h. "klebende", Wirkung aufweist – beispielsweise eine klebende Wirkung im Temperaturbereich zwischen 20°C und 90°C aufweist. Oberhalb 90°C verliert ein solcher Klebstoff seine haftende Wirkung. Der Klebstoff kann demnach beispielsweise bei Raumtemperatur auf einen Gegenstand aufgebracht werden. Der mit dem Klebstoff versehene Gegenstand wird dann prozessiert. Nach Fertigstellung der Prozessierung wird der Klebstoff abgelöst, in dem er auf eine Temperatur oberhalb 90°C für mehrere Minuten erhitzt wird, so dass er seine klebende Wirkung verliert und problemlos von dem prozessierten Gegenstand abgelöst werden kann.
  • In einer typischen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht die Trägerplatte aus einem formstabilen Material, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α < 10·10–6/K bei Raumtemperatur aufweist, so daß ein thermischer Mismatch mit den aufliegenden Halbleiterchips vermieden wird.
  • Bevorzugt sind Materialien, die zusätzlich eine Wärmeleitfähigkeit σ > 100 W/mK bei Raumtemperatur aufweisen, da die Trägerplatte innerhalb eines Verfahrens eingesetzt wird, bei dem hohe Temperaturen und hohe Wärmemengen auftreten. Denkbar sind beispielsweise Metalle und deren Legierungen, insbesondere KO-VAR-Legierungen. Es können jedoch auch Kupfer, Kupferberyllium bzw. andere aus der Leadframe-Technologie bekannte Werkstoffe genommen werden.
  • Eine andere Gruppe von geeigneten Materialien stellen die Spezialkeramiken aus der Halbleitertechnologie dar, insbesondere Aluminiumnitrid-Keramiken bzw. Aluminiumoxid-Keramiken (Korund-Keramiken). Als besonders geeignet haben sich in ersten Versuchen Glas und Silizium als Material für die Trägerplatte erwiesen. Beide Materialien weisen einen nahezu identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der umhüllenden Halbleiterchips auf, so dass es bei der Verwendung dieser Materialien am wenigsten zu thermomechanischen Mismatches und den damit einhergehenden "Warpages" kommen kann.
  • In einer typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Trägerplatte auf ihrer Oberseite eine auflaminierte Klebefolie auf, die auf ihrer der Trägerplatte abgewandten Seite mit einem thermosensitiven Klebstoff versehen ist und auf ihrer der Trägerplatte zugewandten Seite mit einem dauerhaftenden Klebstoff versehen ist.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Trägerplatte auf ihrer Oberseite ebenfalls eine auflaminierte Klebefolie auf. In dieser Ausführungsform sind jedoch die oben genannten Seiten vertauscht, d. h. die thermosensitive Seite der Klebefolie befindet sich auf der Trägerplatte und auf der Seite, die der Trägerplatte abgewandt ist, befindet sich der dauerhaftende Klebstoff. Dies kann unter Umständen den Vorteil bringen, dass beim Erwärmen des thermosensitiven Klebstoffes die Folie am rekonstituierten Wafer haften bleibt. Dort kann sie später separat abgeschält bzw. abgezogen werden. Sofern Rückstände des thermosensitiven Klebers auf dem rekonstituierten Wafer nicht anfallen dürfen oder sollen, ist dies vorteilhaft.
  • Klebefolien bzw. Klebebänder, die auf einer Seite einen thermosensitiven Klebstoff aufweisen und auf der anderen Seite einen dauerhaftenden Klebstoff aufweisen, sind beispielsweise unter der Marke Revalpha von der Firma Nitto erhältlich. Die dort erhältlichen Klebefolien bzw. Klebebänder sind bis zu Temperaturen von 180°C einsetzbar.
  • In einer typischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden die Halbleiterchips derart in die Kunststoffgehäusemasse eingebettet, dass die Rückseiten der einzelnen Halbleiterchips vollständig mit Kunststoffgehäusemasse bedeckt sind.
  • Es ist jedoch auch denkbar, das Verfahren so auszugestalten, dass die Rückseiten der einzelnen Halbleiterchips nicht mit Kunststoffgehäusemasse bedeckt sind. Dies birgt den Vorteil, die Halbleiterchips nach dem ersten Umhüllungsschritt mit Kühlkörpern auf den Rückseiten zu versehen und danach das Umhüllen zu vollenden.
  • Typischerweise werden nach dem Ablösen der Trägerplatte durch Erwärmen des thermosensitiven Klebstoffs weitere Verfahrensschritte durchgeführt. Es werden zum einen Umverdrahtungsleitungen auf der Oberseite des gemeinsamen Trägers erzeugt. Des Weiteren werden Außenkontaktflächen ausgebildet. Danach werden Lotbälle oder Lothöcker auf die Außenkontaktflächen aufgebracht. Schließlich wird der gemeinsame Kunststoffträger in einzelne Halbleiterbauelemente getrennt.
    •
  • Die Erfindung wird nun anhand von einem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die 1a bis 1f zeigen seitliche Querschnittansichten von einem Verfahrensablauf zur Ausbildung eines Halbleiterbauelements 1 mit einem Kunststoffgehäuse 2 nach der vorliegenden Erfindung.
  • Wie der 1a zu entnehmen ist, wird zunächst eine Trägerplatte 8 bereitgestellt, die aus einem formstabilen Material mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht. Die gezeigte Trägerplatte 8 besteht aus Silizium. Es handelt sich dabei um einen relativ dicken Siliziumwafer.
  • Die gezeigte Trägerplatte 8 wird dann mit einer Klebefolie versehen. Die Trägerplatte 8 wird dabei auf ihrer Oberseite 9 mit einer doppelseitigen Klebefolie 12 laminiert. Die Klebefolie 12 weist auf ihrer der Trägerplatte 8 abgewandten Seite einen thermosensitiven Klebstoff 10 auf. Auf der Seite der Klebefolie, die der Trägerplatte 8 zugewandt ist, weist sie einen dauerhaftenden Klebstoff auf. Die mit der Klebefolie 12 laminierte Trägerplatte 8 ist der 1b zu entnehmen.
  • Aus der 1c ist zu entnehmen, dass anschließend die laminierte Trägerplatte 8 mit Halbleiterchips 3 bestückt wird. Dem geht voraus, dass ein fertig prozessierter Halbleiterwafer 4 bereitgestellt wird, der in Zeilen und Spalten angeordnete Halbleiterchips 3 aufweist. Die Halbleiterchips 3 weisen aktive Oberseiten 5 und Rückseiten 6 auf. Wobei die aktiven Oberseiten 5 mit Kontaktflächen 7 versehen sind.
  • Der Halbleiterwafer 4 wird anschließend in einzelne Halbleiterchips 3 getrennt, beispielsweise durch Sägen.
  • Die vereinzelten Halbleiterchips 3 werden dann, wie in der 1c zu sehen ist, mit ihren aktiven Oberseiten 5 auf die thermosensitive Seite der auflaminierten Klebefolie 12 gebracht, so dass sie dort haften.
  • Danach werden die Halbleiterchips 3 mit einer Kunststoffgehäusemasse umhüllt, so dass ein gemeinsamer Träger 11 aus Kunststoffgehäusemasse auf der Trägerplatte 8 ausgebildet wird, in den die Halbleiterchips 3 eingebettet sind. Dies ist der 1d zu entnehmen. Das Umhüllen der einzelnen Halbleiterchips 3 kann dabei im Wafermolding, im Schablonendruckverfahren, in herkömmlichen Vergussverfahren, in In-On-Verfahren sowie in Coating-Verfahren erfolgen.
  • Als weiterer Schritt findet dann, was der 1e zu entnehmen ist, das Abtrennen der Trägerplatte 8 von dem gemeinsamen Träger 11 aus Kunststoffgehäusemasse statt. Dabei wird nun die Trägerplatte 8 auf eine fest definierte Temperatur erwärmt, so dass die Seite mit dem thermosensitiven Klebstoff 10 der auflaminierten Klebefolie 12 ihre haftende Wirkung verliert und der gemeinsame Träger 11 aus Kunststoffgehäusemasse sich problemlos ohne größeren Kraftaufwand von der Trägerplatte 8 lösen lässt.
  • Als weitere Schritte schließen sich dann, was der 1f zu entnehmen ist, die Ausbildung von Umverdrahtungsmetallisierungen 13, von Außenkontaktflächen (nicht gezeigt) sowie das Aufbringen von Lotbällen oder Lothöckern (nicht gezeigt) statt. Letztendlich werden die einzelnen Halbleiterbauelemente 1 aus dem gemeinsamen Träger 11 getrennt.
    • 1
    Halbleiterbauelement
    2
    Kunststoffgehäuse
    3
    Halbleiterchip
    4
    Halbleiterwafer
    5
    aktive Oberseite des Halbleiterchips
    6
    Rückseite des Halbleiterchips
    7
    Kontaktflächen
    8
    Trägerplatte
    9
    Oberseite der Trägerplatte
    10
    thermosensitiver Klebstoff
    11
    gemeinsamer Träger aus Kunststoffgehäusemasse
    12
    Klebefolie
    13
    Umverdrahtungsmetallisierung

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements (1) mit einem Kunststoffgehäuse (2), in dem zumindest ein Halbleiterchip (3) angeordnet ist mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Halbleiterwafers (4) mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchips (3), die aktive Oberseiten (5) und Rückseiten (6) aufweisen, wobei die aktiven Oberseiten (5) mit Kontaktflächen (7) versehen sind; – Trennen des Halbleiterwafers (4) in einzelne Halbleiterchips (3); – Bereitstellen einer Trägerplatte (8) aus im Temperaturbereich 20 – 200°C formstabilem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten < 10·10–6/K bei Raumtemperatur; – Laminieren der Oberseite (9) der Trägerplatte (8) mit einer Klebefolie (12), die auf einer Seite mit einem dauerhaftenden Klebstoff und auf der anderen Seite mit einem thermosensitiven Klebstoff (10) beschichtet ist; – Bestücken dieser Trägerplatte (8) mit den einzelnen Halbleiterchips (3), wobei die einzelnen Halbleiterchips (3) mit ihren aktiven Seiten (5) auf die Oberseite der Trägerplatte (8) gebracht werden; – Herstellen eines gemeinsamen Trägers (11) aus Kunststoffgehäusemasse auf der Trägerplatte (8), wobei die Halbleiterchips (3) in die Kunststoffgehäusemasse eingebettet werden; – Entfernen der Trägerplatte (8) durch Erwärmen des thermosensitiven Klebstoffs (10) auf eine vorbestimmte definierte Temperatur, bei der thermosensitive Klebstoff (10) seine klebende Wirkung verliert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterchips (3) derart in die Kunststoffgehäusemasse eingebaut werden, dass die Rückseiten (6) der einzelnen Halbleiterchips (3) vollständig mit Kunststoffgehäusemasse bedeckt sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit folgenden weiteren Schritten: – Erzeugen von Umverdrahtungsleitungen auf der Oberseite des gemeinsamen Trägers; – Ausbilden von Außenkontaktflächen; – Aufbringen von Lotbällen oder Lothöckern auf die Außenkontaktflächen; – Trennen des gemeinsamen Trägers in einzelne Halbleiterbauelemente.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Trägerplatte (8) auf ihrer Oberseite (9) mit einer Klebefolie (12) laminiert ist, die auf ihrer der Trägerplatte (8) abgewandten Seite mit einem thermosensitiven Klebstoff (10) versehen ist und auf ihrer der Trägerplatte (8) zugewandten Seite mit einem dauerhaftenden Klebstoff versehen ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Trägerplatte (8) auf ihrer Oberseite mit einer Klebefolie laminiert ist, die auf ihrer der Trägerplatte (8) abgewandten Seite mit einem dauerhaftenden Klebstoff versehen ist und auf ihrer der Trägerplatte (8) zugewandten Seite mit einem thermosensitiven Klebstoff (10) versehen ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das formstabile Material der Trägerplatte (8) eine Wärmeleitfähigkeit σ > 100 W/mK bei Raumtemperatur aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine metallische Trägerplatte (8) bereitgestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine keramische Trägerplatte (8) bereitgestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Trägerplatte (8) aus Glas oder Silizium bereitgestellt wird.
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