DE112010004342B4

DE112010004342B4 - Verbesserung der Umverdrahtungsschicht zum Steigern der Funktionssicherheit von Wafer Level Packaging

Info

Publication number: DE112010004342B4
Application number: DE112010004342.6T
Authority: DE
Inventors: Tiao Zhou; Viren Khandekar; Kaysar S. Rahim; Arkadii Samoilov; Yong Li Xu
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Maxim Integrated Products Inc
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2030-11-11
Also published as: CN102598259A; US8084871B2; WO2011060002A2; CN102598259B; DE112010004342T5; US20110108981A1; WO2011060002A3

Abstract

Wafer Level Package mit: einem Chip mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; einer Anordnung von Lötstellen auf der ersten Seite des Chips, wobei die Anordnung in Reihen und Spalten vorliegt; einer Umverdrahtungsschicht (Redistribution Layer; RDL) mit einer RDL-Pad-Stelle an jeder Lötstelle, wobei jede RDL-Pad-Stelle einen Pad-Durchmesser hat; und wobei Eck-RDL-Pad-Stellen, die mit Eck-Lötstellen der Anordnung zusammenfallen, eine erweiterte RDL-Geometrie aufweisen; wobei jede erweiterte RDL-Geometrie im Wesentlichen um eine Linie zentriert ist, die sich radial von einer Mittelstelle auf der ersten Seite durch eine Mittelstelle der Lötstelle, die damit zusammenfällt, erstreckt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf Wafer Level Packaging (WLP; Packaging auf Waferebene) für Siliziumchips, die Löthöcker-Gitteranordnungen haben. Insbesondere beziehen sich Ausführungsformen der Erfindung auf WLPs, die Umverdrahtungsschicht(RDL; Redistribution Layer)-Pad-Erweiterungen, -Flügel oder erweiterte Geometrien haben, die sich von einem RDL-Pad nach außen in Richtung einer Außenkante eines Siliziumchips oder nach innen in Richtung der Mitte des Siliziumchips erstrecken, um Lötstellen-Spannungsbelastungen um eine Lötstelle herum zu verteilen und dadurch Vorrichtungsausfälle aufgrund von Temperaturveränderungen und Falltests einer Kugelgitteranordnungs-(ball grid array)WLP-Vorrichtung zu verringern.
HINTERGRUND
In der US 2008/0 308 934 A1 ist ein Wafer Level Package mit einem kreisförmigen RDL-Pad-Bereich offenbart. Die Pads sind über die ganze Fläche des Halbleiters gleichmäßig verteilt.
Die US 7 420 274 B2 offenbart zwar einen RDL-Bereich, der einen Einschnitt ausfüllt. Wie die einzelnen RDL-Bereiche verteilt und gestaltet sind, geht aus dieser Druckschrift allerdings nicht hervor.
Aus der US 2007/0 102 817 A1 ist es bekannt, dass RDL-Pad-Bereiche in Richtung auf einen Mittelpunkt des Trägersubstrats ausgerichtet sind. Der RDL-Pad-Bereich selbst ist dabei nicht kreisförmig ausgebildet.
Mit der Zunahme der Größe von WLP-Vorrichtungen nimmt auch die Größe der Anordnung von Lötverbindungen zwischen der WLP-Vorrichtung und einer gedruckten Leiterplatte zu. In 1 ist ein Teil einer Boden- oder Unterseitenansicht einer Under-Bump-Metal(UBM; Metall unter Kontakthöckern)-Lötkugel-Schnittstelle gezeigt. Insbesondere zeigt 1 eine Under-Bump-Metal-Lötstelle-Schnittstelle bei einer Lötstellenanordnung, die sich nahe einer WLP-Ecke befindet. Um der Klarheit willen ist die Lötkugel in 1 nicht dargestellt. 2 ist ein Schnittbild entlang der Schnittlinie A von 1. In 1 und 2 ist ein Teil eines WLP 100 des Stands der Technik gezeigt. 2 zeigt verschiedene Materialschichten, die mit dem WLP 100 assoziiert sind. Eine Siliziumschicht 102 ist gezeigt. In der Siliziumschicht 102 befindet sich der aktive Bereich 104 der Siliziumschicht, in dem eine Halbleiterschaltung auf dem Chip vorliegt. Der aktive Bereich 104 endet nahe jedes Rands eines WLP, was zu einem schmalen Randbereich oder inaktiven Bereich 106 führt, der sich um die Außenränder oder den Umfang des WLP 100 erstreckt, wie in 1 gezeigt ist. Unter der Siliziumschicht 102 und dem aktiven Bereich 104 befindet sich eine Passivierungsschicht 108. Die Passivierungsschicht ist ein Oxidmaterial, das die Halbleiterschaltung (nicht gezeigt) im aktiven Bereich 104 der Siliziumschicht 102 im Wesentlichen isoliert. Neben der Passivierungsschicht 108 befindet sich eine dielektrische Schicht 110. In der dielektrischen Schicht 110 befindet sich eine Umverdrahtungsschicht (Redistribution Layer; RDL) 112. Die RDL 112 ist eine Metallschicht, die dafür verantwortlich ist, die Halbleiterschaltung im Silizium 102 mit einem Außenanschluss, beispielsweise einer Lötkugel 124 und dadurch mit einer gedruckten Leiterplatte zu verbinden.
Bei einigen WLP-Vorrichtungen ist die dielektrische Schicht 110 in zwei getrennte Schichten oder Stufen aufgeteilt, was durch die Strichlinie zwischen den beiden Bereichen, die als dielektrische Schicht 110 bezeichnet sind, gezeigt ist. Die dargestellte RDL 112 weist RDL-Pads und Signalspurleitungen (nicht gezeigt) auf. Anliegend an das RDL-Pad 112 befindet sich eine UBM-Schicht 116 mit Hohlform, so dass eine Lötkugel 124 einfach auf der UBM 116 platziert werden kann. Die dargestellte UBM 116 wird manchmal als UBM-Pad 116 bezeichnet. Der Innendurchmesser 122 der UBM 116 wird manchmal als Durchmesser einer dielektrischen Öffnung 122 bezeichnet, die die Elektromigration von Signalen, Strömen und Spannungen zu und von der aktiven Schaltung auf dem Silizium 102 über das UBM-Pad 116 und das RDL-Pad 112 ermöglicht. Das RDL-Pad 112 ist elektrisch mit der aktiven Schaltung im Silizium 102 verbunden. Bei einigen Vorrichtungen des Stands der Technik ist der Durchmesser 118 des UBM-Pads gleich oder ähnlich groß wie der Durchmesser 114 des RDL-Pads. Bei anderem Stand der Technik ist der Durchmesser des UBM-Pads ca. null bis 10 μm größer, als der Durchmesser des RDL-Pads. Wie gezeigt ist, ist die RDL-Lippe oder Kante 115 durch ein Dielektrikum von der UBM-Lippe oder -Kante getrennt. Im Allgemeinen hat bei Vorrichtungen des Stands der Technik die RDL-Lippe 115 eine radiale Breite von ca. 0 bis ca. 13 μm.
Mit der Zunahme der Größe von WLPs nehmen die assoziierten Lötkugelgitteranordnungen oder Lötstellenanordnungen ebenfalls an Größe zu. Da die Lötkugelgitteranordnungen größer als 7 × 7 werden, wurde festgestellt, dass die WLPs des Stands der Technik bei Temperaturzyklustests und Falltests versagten und ihre Funktionssicherheit abnahm. Die Temperaturzyklustests und Falltests sind gewöhnliche Funktionssicherheitsprüfungen, die für WLP-Vorrichtungen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sie minimalen Funktionssicherheitsstandards genügen. Sowohl während der Temperaturzyklustests als auch während der Falltests zeigen die größeren WLPs häufiger Risse auf Chipebene, da die Größe des WLP die Länge, Breite und Anzahl der Lötkugeln vergrößert.
In 3 ist eine WLP-Struktur 100 des Stands der Technik dargestellt, bei der sowohl ein primärer 300 als auch ein sekundärer 306 Riss gezeigt ist. Der primäre Fehlermodus der WLP-Struktur 100 des Stands der Technik während eines Temperaturzyklus- und/oder eines Falltests ist einem Riss in der dielektrischen Schicht und der Passivierungsschicht geschuldet. Der primäre Riss 300 beginnt an einem oberen Kantenbereich der RDL-Lippe 115. Es wird angenommen, dass die Rissbildung während der Temperaturveränderung aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungs- und Zusammenziehungskoeffizienten der verschiedenen Materialschichten in der Nähe und um die Lötkugel 124, die Lötstelle und den Anschluss der gedruckten Leiterplatte herum einsetzt.
Während der Temperaturzyklus- und Falltests wird eine hohe Zugbelastungskonzentration erzeugt. Diese Belastungskonzentration geht von dem starken UBM-Pad 116 auf das RDL-Pad 112 über, welches die Belastung über die RDL-Lippe 115 in das Dielektrikum 110 weitergibt. Für gewöhnlich beginnt der Dielektrikum-Riss an der RDL-Lippe 115 und setzt sich dann in Richtung der Passivierungsschicht 108 fort. Kurz gesagt akkumuliert sich die Belastung während der Temperaturveränderung in den Lötstellen und bewegt sich durch die RDL-Kante 115 in die dielektrische Schicht 110 fort. Wie gezeigt ist, kann sich der Riss durch die dielektrische Schicht und dann durch die Passivierungsschicht bei 302 erstrecken, und wenn der Riss in das Silizium 102 und den aktiven Schaltungsbereich (siehe 304) weitergeht, kommt es zu einem Schaltungsausfall.
Die Zugbelastungskonzentration, die sich während der Temperaturveränderungsbelastung aufgrund der Diskrepanz im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der (nicht gezeigten) gedruckten Leiterplatte und dem WLP ergibt, führt zur Rissbildung und zum Ausfall.
Ein sekundärer Riss 306 tritt häufig auf, aber der sekundäre Riss führt nicht zu zusätzlichem Ausfall. Der sekundäre Riss 306 bewegt sich von der RDL-Lippe 115 in Richtung der UBM-Schicht 116 und unterbricht im Allgemeinen keine elektrischen Verbindungen.
Somit besteht bei WLP-Vorrichtungen des Stands der Technik das Problem, dass das Belastungsniveau auf der RDL während des Temperaturzyklus- und des Falltests zu hoch ist, was zu einem Riss oder Defekt in der dielektrischen Schicht 110 und in der integrierten Schaltung führt. Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren oder einem Mechanismus, das/der das Entstehen von Belastungen auf den oder um die RDL-Pads herum während eines Temperaturzyklus- oder eines Falltests von WLPs mit einer Gitteranordnung, die größer ist, als eine 7 × 7 Lötstellenverbindungsanordnung, verringern oder verteilen kann, um die Funktionssicherheit und die mittlere Zeit zwischen Ausfällen derartiger größerer WLP Chipdimensionen, die hergestellt werden, zu steigern. Es besteht ein Bedarf an funktionssicheren LAWLPs (large array WLPs; WLPs mit großer Anordnung), die den Belastungen von Temperaturzyklus- und Falltests mit großem Erfolg standhalten und keine Ausfallraten haben.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Hinblick auf die Einschränkungen und Schwächen der vorgenannten WLP-Lötstellenkonstruktion des Stands der Technik stellen Ausführungsformen der Erfindung eine Einrichtung bereit, die die mit Temperaturzyklus- und Falltests einhergehenden Belastungen reduziert oder um Lötstellen von LAWLPs herum verteilt. Ausführungsformen der Erfindung stellen WLPs bereit, die hinsichtlich Rissbildungsdefekten zwischen Schichten geringere Ausfallraten und höhere Produktfunktionssicherheit haben, als Vorrichtungen des Stands der Technik.
Eine Ausführungsform stellt ein WLP bereit, das eine Anordnung von Lötstellen auf einer ersten Seite des WLP hat. Wenigstens eine der Lötstellen auf der ersten Seite des WLP weist eine/ein UBM-Schicht oder ein UBM-Pad auf, die/das einen UBM-Durchmesser hat. Unterhalb des UBM-Pads ist eine RDL oder ein RDL-Pad angeordnet, die/das sich nahe der UBM-Schicht befindet und daran anliegt. Die RDL oder das RDL-Pad hat eine Pad-Breite und einen RDL-Erweiterungsflügel-Bereich. Der RDL-Erweiterungsflügel-Bereich erstreckt sich vom RDL-Pad-Bereich in einer Richtung, die sowohl radial nach außen von der Mitte des RDL-Pad-Bereichs als auch radial nach außen und/oder radial nach innen zu einer Mittelstelle des WLP verläuft.
Bei einigen Ausführungsformen weist die wenigstens eine Lötstelle Lötstellen auf, die sich neben oder nahe einer oder mehrerer Ecken des WLP befinden.
Bei einer anderen Ausführungsform weist die wenigstens eine Lötstelle Lötstellen auf, die sich um den Umfang der Anordnung von Lötstellen herum auf dem WLP befinden. Bei einer noch anderen Ausführungsform können die Lötstellen Lötstellen um den Umfang der Anordnung von Lötstellen sowie zusätzliche Lötstellen aufweisen, die nahe oder in einer Reihe oder Spalte neben der Anordnung von Lötstellen und nach innen in der Anordnung von Lötstellen angeordnet sind.
Zusätzliche Ausführungsformen haben RDL-Erweiterungsflügel-Bereiche, die sich von der RDL-Pad-Bereichs-Kante ca. 42 μm +/– 28 μm radial erstrecken. Die radiale Gesamtlänge eines RDL-Pad-Bereichs plus eines Erweiterungsflügels kann gleich der radialen Länge des assoziierten UBM-Pads plus ca. 42 μm +/– ca. 28 μm sein.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform stellt ein WLP bereit, das einen Chip aufweist, der rechteckig oder quadratisch ist und eine erste Seite und eine zweite Seite hat. Eine Anordnung von Lötstellen ist auf der ersten Seite des Chips in Reihen und Spalten vorgesehen. Die Anordnung von Lötstellen weist eine RDL mit einer Vielzahl von RDL-Pad-Stellen auf, die mit jeder Lötstelle zusammenfallen. Jede RDL-Pad-Stelle hat einen Pad-Durchmesser oder eine Pad-Breite. Die RDL-Pad-Stellen, die mit den Lötstellen an den Ecken der Anordnung zusammenfallen, weisen jeweils eine erweiterte RDL-Geometrie auf. Jede erweiterte RDL-Geometrie ist im Wesentlichen um eine imaginäre Linie zentriert, die sich radial von der Mitte oder nahe der Mitte der ersten Seite des Chips durch eine Mittelstelle der Lötstelle erstreckt, die mit der RDL-Pad-Stelle zusammenfällt.
Bei einer anderen Ausführungsform weisen die RDL-Pad-Stellen, die mit einer Vielzahl von peripheren Lötstellen um die Anordnung herum zusammenfallen, jeweils eine erweiterte RDL-Geometrie auf, die im Wesentlichen um eine imaginäre Linie zentriert ist, die sich radial von einer Mittelstelle auf der ersten Seite des Chips durch die Mittelstelle der Lötstelle, die mit der bestimmten RDL-Pad-Stelle zusammenfällt, erstreckt.
Bei einigen Ausführungsformen kann die erweiterte RDL-Geometrie geändert oder angepasst sein, so dass sie nicht um eine Linie zentriert ist, wenn eine benachbarte Signalspur oder eine RDL-Signalspur wenigstens einen Teil desselben Bereichs benötigt wie die RDL-Geometrie.
Bei verschiedenen Ausführungsformen hat die erweiterte RDL-Geometrie eine Breite, die annähernd gleich dem Durchmesser des RDL-Pads plus ca. 0 bis 20 μm ist. Die Länge einer erweiterten RDL-Geometrie kann von der Mitte der Lötstelle gemessen werden und eine Länge haben, die gleich dem Radius des assoziierten UBM-Pads plus 0 bis 70 μm ist.
Eine andere Ausführungsform weist einen Siliziumwafer auf, auf dem ein oder mehrere integrierte Schaltungschips hergestellt sind. Ein Chip auf dem Siliziumwafer wird auf jeder Seite durch Straßen begrenzt, die erweiterbare Abschnitte repräsentieren, wo der Siliziumwafer geschnitten wird. Der Chip oder der Wafer weist eine Anordnung von RDL-Pads auf, die jeweils einem UBM-Pad entsprechen. Jedes UBM-Pad hat eine Mittelstelle. Eine erste Vielzahl der RDL-Pads, die sich in oder nahe einem Mittelbereich der Anordnung befinden. Hat jeweils eine kreisförmige Geometrie und einen RDL-Pad-Durchmesser. Eine zweite Vielzahl von RDL-Pads der Anordnung von RDL-Pads hat Positionen um oder in zwei UBM-Pads des Umfangs der Anordnung. Die RDL-Pads, die Positionen um oder in zwei UBM-Pads des Umfangs der Anordnung haben, haben jeweils eine Geometrie mit einer Länge, die entlang einer ersten Linie gemessen wird, die sich radial von einer Mittelstelle des Chips durch eine Mittelstelle eines entsprechenden UBM-Pads erstreckt, und eine Breite, die entlang einer zweiten Linie gemessen wird, die zur ersten Linie senkrecht ist und sich ebenfalls durch die Mittelstelle des entsprechenden UBM-Pads erstreckt. Die Breite der Geometrie kann gleich dem Durchmesser des RDL-Pads plus 0 bis ca. 20 μm sein, und die Länge der Geometrie kann gleich dem Durchmesser des RDL-Pads plus ca. 14 bis ca. 140 μm sein. Die Länge der Geometrie des RDL-Pads, das Positionen um oder in zwei UBM-Pads des Umfangs der Anordnung hat, ist nicht zwingend um die entsprechende UBM-Mittelstelle zentriert.
Ausführungsformen der Erfindung verbessern die Temperaturzyklus- und Falltest-Funktionssicherheit von WLP-Strukturen mit einer Kugelgittergröße von 8 mal 8 oder größer. Es hat sich gezeigt, dass Flügel oder Erweiterungen der RDL, die sich über die Lippe oder Kante des UBM-Durchmessers hinaus radial nach innen und/oder radial nach außen bezüglich der Mitte eines WLP oder Chips erstrecken, die Konzentration von Zugbelastungen während des Falltests und des Temperaturzyklustests von LAWLP-Strukturen wesentlich verringern oder verteilen. Es hat sich gezeigt, dass die mittlere Zeit zwischen dem Ausfall und der Produktfunktionssicherheit bei Strukturen von LAWLPs sich wesentlich verbesserte, wenn die RDL für Temperaturzyklustests zum Rand des Chips oder darüber hinaus erweitert wurde, und für den Falltest die RDL oder der RDL-Rand zur Mitte eines Chips hin erweitert wurde. Die Produkthaltbarkeit und die Funktionssicherheit des Produkts werden verbessert, wenn Ausführungsformen der Erfindung in LAWLP-Strukturen aufgenommen werden. Es ist selbstverständlich, dass als LAWLP-Strukturen Strukturen mit einer Lötstellenanordnung von 8 mal 8 bis ca. 20 mal 20 angesehen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum vollständigeren Verständnis wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
1 einen Abschnitt einer Lötstellenanordnung eines WLP des Stands der Technik;
2 eine Schnittansicht des WLP des Stands der Technik von 1;
3 eine Schnittansicht einer WLP-Lötstelle des Stands der Technik mit einem Defektriss;
4 eine Schnittansicht einer beispielhaften WLP-Lötstelle an einer beispielhaften WLP-Vorrichtung;
5 eine Draufsicht auf einen Eckabschnitt eines beispielhaften Chips mit einem RDL-Pad mit erweiterter Geometrie oder Flügel;
6 eine Draufsicht auf einen Eckabschnitt eines beispielhaften Chips mit einem anderen beispielhaften RDL-Pad mit erweiterter Geometrie oder Flügel;
7 eine Draufsicht auf einen Eckabschnitt eines beispielhaften Chips mit einem anderen beispielhaften RDL-Pad mit erweiterter Geometrie oder Flügeln;
8 eine Draufsicht auf einen Seitenabschnitt eines beispielhaften Chips mit einem beispielhaften RDL-Pad mit erweiterter Geometrie oder Flügel;
9 einen beispielhaften Chip mit einer Anordnung von Lötstellen und beispielhaften erweiterten RDL-Pad-Stellen auf dem Chip;
10A, B, C und D beispielhafte Varianten von RDL-Pads mit erweiterten Geometrien;
11 eine Schnittansicht eines beispielhaften Siliziumwafers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
12 Temperaturzyklus- und Falltest-Belastungen bei Lötstellen auf einem WLP, ermittelt durch Computersimulation.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, werden die verschiedenen Ansichten und Ausführungsformen einer RDL-Verbesserung, die die Funktionssicherheit von Wafer Level Packaging verbessert, dargestellt und zusammen mit anderen möglichen Ausführungsformen beschrieben. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; in einigen Fällen wurden die Zeichnungen nur zum Zweck der Verdeutlichung stellenweise übertrieben und/oder vereinfacht dargestellt. Der Fachmann erkennt die vielen möglichen Anwendungen und Varianten basierend auf den folgenden Beispielen möglicher Ausführungsformen.
Die Schnittstelle zwischen Lötstellen von Wafer Level Packages (WLPs) und gedruckten Leiterplatten hat genügend Festigkeit, so dass Ausfälle aufgrund von Belastung zwischen gedruckten Leiterplatten und integrierten Schaltungen abgenommen haben. Solche Ausfälle haben sich beim Temperaturzyklustest und beim Falltest auf die Chipebene der integrierten Schaltung verschoben. Die Ausfälle auf Chipebene, die während des Temperaturzyklustests und des Falltests beobachtet werden, umfassen Rissbildung auf der dielektrischen Schicht und der Passivierungsschicht, auch als Inter Layer Dielectric(ILD; Zwischenschichtdielektrikum)-Rissbildung bekannt. Der üblichste Fehlermechanismus während des Temperaturzyklustests und des Falltests ist, dass ein Dielektrikumriss an der RDL-Pad-Kante oder -Lippe beginnt und sich dann in Richtung der Siliziumschicht durch die Passivierungsschicht und in den aktiven Schaltungsbereich der Siliziumschicht fortsetzt, was zu einem Schaltungsausfall führt. Um Belastungen auf der und um die RDL herum zu reduzieren, vergrößern Ausführungsformen der Erfindung den Oberflächenbereich und die Größe der RDL-Pads so, dass sie sich über den Umfang des UBM-Pads hinaus erstrecken. Ausführungsformen erweitern die RDL-Pad-Schicht in vorgegebenen radialen Richtungen über den Durchmesser des UBM-Pads hinaus, oder bei einigen Ausführungsformen umfangsseitig um das gesamte UBM-Pad. Bei einigen Ausführungsformen wird das RDL-Pad entweder radial nach innen, radial nach außen oder sowohl radial nach innen als auch nach außen bezüglich der Mitte des Chips und um das UBM-Pad herum erweitert. Es wurde festgestellt, dass durch das Hinzufügen solcher RDL-Erweiterungen oder -Flügel um den RDL-Pad-Bereich herum RDL-Belastungsniveaus, die Dielektrikum-Rissbildung in WLP-Vorrichtungen des Stands der Technik verursachen, reduziert oder verteilt werden. Ausführungsformen, die ILD-Rissbildung aufgrund von Temperaturveränderungen und/oder Falltests minimieren, umfassen RDL-Erweiterungen, -Flügel oder geometrische Erweiterungen, die sich von der RDL-Pad-Stelle in einer Richtung erstrecken, die radial von der Mitte eines WLP-Chips nach außen verläuft. Ausführungsformen, die ILD-Rissbildung aufgrund von Stößen oder Falltests minimieren oder beseitigen, umfassen RDL-Erweiterungen, -Flügel oder geometrische Erweiterungen, die sich von RDL-Pad-Stellen in einer Richtung erstrecken, die radial nach innen zur Mitte des WLP-Chips verläuft. Ausführungsformen, die ILD-Rissbildung sowohl für Temperaturzyklustests als auch für Falltests minimieren oder beseitigen, umfassen RLD-Erweiterungen, Flügel oder geometrische Erweiterungen, die sich sowohl radial nach innen als auch radial nach außen in Richtung der Mitte des WLP-Chips und davon weg erstrecken. Bei LAWLPs müssen die Lötstellen an Ecken und die Lötstellen am Außenumfang der Anordnung während des Temperaturzyklustests und des Falltests die höchste Belastungskonzentration aushalten. Bei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wurde der Fortbestand von beispielhaften LAWLPs sowohl bei Temperaturzyklustests als auch bei Falltests verbessert, indem RDL-Erweiterungen oder -Flügel, die sowohl vom Chip nach außen als auch zum Chip nach innen gerichtet sind, an den RDL-Stellen am Umfang hinzugefügt wurden, und bei einigen Ausführungsformen nur an den RDL-Eckpositionen der Lötstellenanordnung. Ein Vorteil davon, das Hinzufügen von RDL-Erweiterungen oder -Flügeln auf die Lötstellen am Umfang eines WLP zu begrenzen ist, dass die Funktionssicherheit der gesamten WLP-Vorrichtung stark verbessert wird, während zwischen den inneren Lötstellen Raum zum Routen von RDL-Signalspuren in der Anordnung verbleibt. Außerdem müssen zum Hinzufügen eines RDL-Flügels keine dielektrischen Öffnungen 122 verändert werden, und damit werden Elektromigrations-Leistung und -Prüfung nicht beeinflusst.
4 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften RDL-Verbesserung eines WLP 400 entlang der Querschnittslinie B von 5, die eine Draufsicht auf eine beispielhafte Eck-Lötstelle gemäß einer Ausführungsform ist. Das beispielhafte WLP 400 ist aus verschiedenen Materialschichten hergestellt. Die Siliziumschicht 402 enthält einen aktiven Bereich der Siliziumschicht 404, in dem die integrierte Schaltung eines WLP liegt. Ein inaktiver Bereich 406 erstreckt sich um die Kante oder den äußeren Rand des beispielhaften Chips 300 herum. Eine Passivierungsschicht 108, die eine Oxidschicht ist, welche die Schaltung auf der Oberfläche der Siliziumschicht schützt, trennt die Siliziumschicht 102 von der dielektrischen Schicht 110. Eine beispielhafte RDL-Pad-Schicht 412 ist vorgesehen und weist eine Erweiterung oder einen RDL-Flügel 413 auf, die/der sich über den äußeren Rand des RDL-Pad-Durchmessers 414 hinaus erstreckt. Das RDL-Pad 412 verbindet die Schaltung, die in dem aktiven Bereich 404 enthalten ist, mit der UBM-Schicht 416. Die UBM-Pad-Schicht 416 ist dort, wo eine Lötkugel 424 am WLP 400 befestigt ist. Das UBM-Pad 416 hat einen Durchmesser 418, der im Wesentlichen gleich dem UBM-Durchmesser 414 von Vorrichtungen des Stands der Technik sein kann, jedoch auch null bis ca. 20 μm kleiner oder größer sein kann. Die dielektrische Öffnung 420 ist eine Öffnung mit einem Durchmesser 422, der im Wesentlichen gleich dem der dielektrischen Öffnung 122 des Stands der Technik ist.
Der Oberflächenbereich der beispielhaften RDL-Pad-Schicht 412 wird über die Erweiterung 413 vergrößert. Die Vergrößerung des RDL-Oberflächenbereichs verteilt die Belastung, die von der RDL-Schicht 412 während des Temperaturzyklustests erfahren wird. Anders ausgedrückt werden im Vergleich zu den RDL-Strukturen bereits bestehender Vorrichtungen Zugkräfte über einen größeren Bereich der RDL 414 in der dielektrischen Schicht 110 verteilt.
Da die beispielhafte RDL-Pad-Schicht 412 Teil des Herstellungsprozesses ist, bei dem die RDL-Schicht auf dem Chip maskiert und dann Metall darauf gesputtert oder gesprüht wird, gehen mit dem Maskieren und Herstellen von beispielhaften WLPs 400, die RDL-Pad-Schichten 412 mit Erweiterungen oder Flügeln 413 aufweisen, minimale Zusatzkosten einher. Somit werden die Herstellungskosten von WLPs durch die Vergrößerung des RDL-Bereichs bei beispielhaften Ausführungsformen nicht beeinflusst oder wesentlich geändert.
Wie aus 5 ersichtlich ist, erstreckt sich die RDL-Erweiterung 413 in radialer Richtung und ist um eine imaginäre Linie zentriert, die sich radial von der gedachten Mitte des Chips 400 erstreckt. Es wurde festgestellt, dass während des Temperaturzyklustests die Zugbelastung nahe dem RDL-Pad 412 maximal war, radial zentriert mit einer Linie, die sich von der Mitte des Chips weg durch jedes RDL-Pad 412 und auf die Seite des RDL-Pads 412, das näher am Chip-Rand liegt, erstreckt. Es ist wichtig, dass die RDL-Erweiterung 413 den Zugbelastungsbereich überdeckt, um dadurch diese Belastung über die Oberfläche der RDL-Erweiterung 413 in die dielektrische Schicht 110 zu verteilen. Es wurde festgestellt, dass durch das Ausdehnen und Verteilen der Zugbelastung über die Oberfläche der RDL-Erweiterung 413 ein Ausfall aufgrund des Temperaturzyklustests für die erforderlichen Temperaturzyklusspezifikationen verringert, minimiert und eventuell beseitigt wurde.
6 zeigt die Eck-Lötstelle 500 eines WLP mit einem RDL-Erweiterungspad 502, das sich radial nach innen zur Mitte des Chips 504 erstreckt. Für den Falltest wurde festgestellt, dass die Zugbelastung für jede Lötstelle radial nach innen zur Mitte des Chips gerichtet ist. Somit erstreckt sich die RDL-Erweiterung 502 radial nach innen, um die mit einem Falltest assoziierte Zugbelastung nach außen und um den Bereich der RDL-Pad-Erweiterung 502 herum zu verteilen.
7 zeigt eine Lötstelle 600, die in einer Ecke eines WLP angeordnet ist. Diese Ausführungsform weist beispielhafte RDL-Flügel auf, die sich radial nach innen 602 zur Mitte des Chips 606 sowie radial nach außen 604 von der Mitte des Chips 606 weg erstrecken. Die gesamte RDL-Pad-Schicht 603 ist ein RDL-Pad mit einer erweiterten Geometrie, die sowohl radial nach innen zur Mitte eines Chips sowie radial nach außen von der Mitte eines Chips verläuft. Diese Ausführungsform stellt Schutz und die Verteilung von Zugbelastungen in WLPs bereit, um dazu beizutragen, sowohl den Anforderungen von Temperaturzyklustests als auch von Falltests gerecht zu werden. Wenn beispielsweise ein WLP, das Ausführungsformen der Erfindung enthält, in einem tragbaren Handgerät, beispielsweise einem Mobiltelefon, verwendet wird, wäre es von Vorteil, beispielhafte RDL-Erweiterungen zu verwenden, die sich sowohl radial nach innen als auch nach außen von Lötstellen erstrecken, weil Mobiltelefone sowohl intensiven Temperaturveränderungen (wenn sie in einem heißen Auto gelassen werden, oder auf der Skipiste) als auch Stößen (wenn ein Mobiltelefon fallen gelassen wird oder aus Versehen gegen eine harte Oberfläche gestoßen wird) ausgesetzt sind. Wenn beispielsweise ein WLP in einen großen stationären Hauptrechner eingebaut wird, ist es nicht wichtig, dass das WLP einem Falltest standhält, und es sind vielleicht nur die RDL-Pad-Erweiterungen 413, die das RDL-Pad wie in 5 erweitern, notwendig.
8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der sich die Lötstelle 800 nahe der Mitte und entlang einer Kante 802 eines WLP befindet. Hier erweitert die RDL-Erweiterung oder der Flügel 804 die Geometrie des RDL-Pads auf eine Weise, die im Wesentlichen um eine Linie 808 zentriert ist, die sich radial von einer Mittelstelle des Chips 806 und dann durch die Mitte der Lötstelle 800 erstreckt, die damit zusammenfällt.
Unter Bezug auf 9 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Wafer Level Package 900 mit verbesserten RDL-Pads dargestellt. Es ist eine Seite des Chips 900 gezeigt, die eine Gitteranordnung für Lötstellen hat. Die Mitte des Chips 902 hat eine erste radiale Linie 904, die sich in Richtung einer Eck-Lötstelle erstreckt, wo ein beispielhaftes RDL-Pad 906 mit erweiterter Geometrie gezeigt ist, das eine Erweiterung hat, die sich im Wesentlichen radial nach außen erstreckt und mit der radialen Linie 904 zentriert ist. Eine andere radiale Linie 908 erstreckt sich vom Mittelpunkt 902 des Chips 900 durch die Mitte der Lötstelle 910 am äußeren Rand der Lötkugelgitteranordnung des Chips. Diese Lötstelle hat ein RDL-Pad 911 mit erweiterter Geometrie, die das RDL in radialer Richtung nach außen bezüglich der Mitte des Chips 902 und der Lötstelle 910 erweitert. Die erweiterten RDL-Pads 906 und 911 haben Erweiterungen oder Flügel in radialer Richtung nach außen, die einen zusätzlichen RDL-Oberflächenbereich bereitstellen, der die Zugbelastungen verteilt, die während des Temperaturzyklustests auftreten. Die RDL-Pad-Stellen 912, 914 und 916 zeigen RDLs mit erweiterten RDL-Geometrien, die Erweiterungen oder Flügel aufweisen, die sowohl radial nach innen als auch radial nach außen von der Lötstelle und bezüglich der mittigen Chipstelle verlaufen, um Zugbelastung sowohl während des Temperaturzyklustests als auch während des Falltests zu verteilen.
Bei einigen Ausführungsformen können die RDL-Flügel an den RDL-Lötstellen-Pads am äußeren Rand sowie in der zweiten Reihe Umfangsseitiger Lötstellen, die in 9 mit X gekennzeichnet sind, angeordnet sein. Diese Stellen in der zweiten Reihe (oder Spalte) werden als benachbart zu den Lötstellen am äußeren Rand betrachtet. Die Lötstelle 918 zeigt eine RDL-Pad-Schicht 919 mit einer erweiterten Geometrie, die eine Erweiterung oder einen Flügel aufweist, der sich radial nach außen von der Mitte 902 eines Chips und radial von der Lötstelle 918 erstreckt, was zu verbesserter Funktionssicherheit während eines Temperaturzyklustests und im praktischen Einsatz führt. Die erweiterte Geometrie des RDL-Pads 919 kann sich ähnlich auch radial nach innen zur Mitte 902 hin erstrecken.
6, 7 und 8 zeigen beispielhafte RDL-Pad-Erweiterungsgeometrien oder RDL-Erweiterungsflügelformen 502, 603 und 804. Die Geometrie oder Flügelform von 7 erstreckt sich in entgegengesetzten Richtungen um eine Lötstelle herum. Es wird auch angemerkt, dass die Breite des Flügels im Wesentlichen mit dem Durchmesser oder der Breite des RDL-Pads gleich ist, das sich unter der UBM-Schicht befindet.
10 offenbart verschiedene zusätzliche beispielhafte Konfigurationen von RDL-Flügelerweiterungen oder Erweiterungsgeometrien. Die Flügelerweiterung 920 ist ähnlich der in 8 gezeigten Flügelerweiterung, außer dass die Seiten 921, 922 und 923 jeweils dieselbe Länge haben. Die Erweiterung 930 hat einen gebogenen Rand 932, der mit der Biegung um den runden RDL-Pad-Bereich 934 gleich sein kann oder eine andere Biegung aufweisen kann. Die RDL-Erweiterung 940 hat zwei Seiten 941 und 942 mit im Wesentlichen der gleichen Länge, wobei die Mitte oder der Schnittpunkt 944 der beiden Seiten 941 und 942 abgerundet ist, um eine mögliche Übertragung hoher Frequenzen zu minimieren. Es wird angemerkt, dass die RDL-Beispiele A, B und C von 10 jeweils einen Flügel haben, der im Wesentlichen dieselbe Breite hat wie der Durchmesser oder die Breite des elementaren oder ursprünglichen RDL-Pads unter der Lötkugel und der UBM-Schicht. In 10 ist unter D ein beispielhaftes erweitertes RDL-Pad mit RDL-Flügeln gezeigt, wobei die Länge der Flügel vom Mittelpunkt 950 der Lötkugel 951 für die erste Erweiterung 952 und die zweite Erweiterung 954 unterschiedlich ist. Des Weiteren ist die Breite der Erweiterung geringfügig größer (0 bis ca. 20 μm größer), als das elementare oder ursprüngliche RDL-Pad oder die UBM-Pad-Schicht. Diese beispielhaften RDL-Schicht-Konfigurationen gemäß Ausführungsformen der Erfindung sollen die Möglichkeit anderer Formen von RDL-Erweiterungen oder Erweiterungsgeometrien um eine Lötstelle herum in einem beispielhaften WLP nicht einschränken, sondern sollen stattdessen zeigen, dass die RDL-Erweiterungsformen annähernd so breit und etwas breiter sein können, als die Breite oder der Durchmesser der UBM-Schicht, wo eine Lötkugel an einem WLP zu befestigen ist. Weitere Varianten von Größe und Form der Erweiterungen sind zu zahlreich, um sie zu beschreiben, können jedoch ebenfalls dazu beitragen, Signalübertragung und Kapazität, die mit beispielhaften RDLs an jeder Lötstelle assoziiert sein können, zu minimieren.
In 11 ist ein WLP-Chip als Teil eines beispielhaften Siliziumwafers gezeigt. 11 ist ein Abschnitt eines Siliziumwafers 960. Der Siliziumwafer 960 hat einen Herstellungsprozess durchlaufen, bei dem ein oder mehrere einzelne Chips, beispielsweise der Chip 961, darauf ausgebildet wurden. Zwischen jedem Chip ist ein Raum vorhanden, der Straße 962 genannt wird. Jede Straße repräsentiert den Abschnitt des Wafers, der erweiterbar ist, wenn der Wafer mechanisch in einzelne Chips geschnitten wird. Am Rand jeder Straße 962 befindet sich ein kleines Stückchen Platz, das Chiprandtoleranz 964 genannt wird. Die Straße 962, die die Chiprandtoleranz 964 aufweist, ist im Allgemeinen nicht mit einer dielektrischen Schicht 966 bedeckt. Wenn der Chip 961 aus dem Wafer 960 herausgeschnitten wird, findet das Schneiden entlang der Straße 962 statt, wobei am Rand des Chips 961 ein kleiner Chiprandtoleranzbereich 964 stehengelassen wird. Die Chiprandtoleranz kann eine Breite D_E 968 haben, die von ca. 0 μm bis ca. 50 μm reicht.
Im Chip 961, und nahe der Passivierungsschicht 970, befindet sich der aktive Bereich des Chips (nicht gezeigt). Der aktive Bereich des Chips sollte von der Passivierungsschicht 970 und dem Dielektrikum 966 bedeckt sein. Ein Rand 972 des aktiven Bereichs ist gezeigt. Der Rand 972 des aktiven Bereichs fällt mit der maximalen Strecke zusammen, die sich eine beispielhafte Flügelerweiterung 974 einer RDL-Pad-Schicht 976 am äußeren Rand von dem elementaren oder ursprünglichen RDL-Pad in Richtung des Rands eines Chips 961 erstrecken kann. Dies ist wichtig, weil das Ende des RDL-Flügels, wie die Schaltung im Silizium des aktiven Bereichs, vom Dielektrikum 966 bedeckt sein muss. Wenn sich der Rand des Flügels über den Rand 972 des aktiven Bereichs hinaus in Richtung zur Straße erstreckt und freigelegt wird, nachdem der Chip 961 aus dem Wafer 960 geschnitten wurde, kann sich das freigelegte Ende der Flügelerweiterung 974 zu schnell oder ungleichmäßig im Vergleich zum Rest der RDL abkühlen.
Der Abstand zwischen dem Rand 972 des aktiven Bereichs und der vollen Breite einer nicht geschnittenen Straße 962 wird als dielektrische Überlappung 980 bezeichnet. Die dielektrische Überlappung 980 hat im Allgemeinen ein dielektrisches Maß (O) 978 zwischen 7 und ca. 17 μm.
Durch Experimente und Computersimulation beispielhafter RDL-Flügel wie z. B. der äußeren RDL-Flügelerweiterung 974 oder der inneren RDL-Flügelerweiterung 975 wurde herausgefunden, dass ein RDL-Flügel der Länge (W) 989, radial entlang einer Linie gemessen, die von der Mittellinie 984 ausgeht und sich durch ein RDL-Pad mit erweiterter Geometrie erstreckt, ca. 42 μm +/– 28 μm in radialer Länge betragen sollte (der elementare oder ursprüngliche Radius 988 des RDL-Pads 976 nicht eingeschlossen). Die Breite einer beispielhaften inneren oder äußeren RDL-Flügelerweiterung 974, 975 sollte mit dem Durchmesser oder der Breite (2 × RDL-Pad-Radius 988) des elementaren oder ursprünglichen RDL-Pads +/– ca. 10 μm gleich sein. Die Breite kann größer sein oder kann sich beispielsweise mit Vergrößerung des Abstands von der Mitte der Lötstelle verbreitern oder auffächern. Wenn in der Lötkugelgitteranordnung des Chips Platz ist, kann eine Ausführungsform umfangsseitige Flügel haben, die sich radial mit ca. 42 μm +/– 28 μm um den Durchmesser des RDL-Pads oder des UBM-Pads herum erstrecken. Die radiale Erweiterung um ein Pad muss nicht in jeder radialen Richtung denselben Abstand haben.
Bei einigen Ausführungsformen, bei denen eine äußere RDL-Flügelerweiterung 974 an den äußersten Lötkugelstellen erwünscht ist, kann eine maximal (W_M) erlaubte äußere RDL-Flügelerweiterung 974 mit der folgenden Berechnung berechnet werden: W_M = D-RDL_R-O wobei W_M gleich der maximalen radialen Flügelerweiterungsstrecke ist. D ist der Abstand zwischen der Mitte des RDL-Pads, der Mitte des UBM-Pads oder der Mitte der Lötstelle 984 und dem Chiprand 986, der mit der maximal möglichen Breite der Straße 962 zusammenfällt. Somit ist D der Abstand zwischen der Mitte eines UBM-Pads, RDL-Pads oder der Lötstelle 984 und dem maximalen Straßenrand oder dem minimalen Chiprand 986. RDL_R ist der Abstand 988, der gleich der radialen Länge oder der Hälfte der Breite (Durchmesser) des RDL-Pads, oder bei einigen Ausführungsformen, des UBM-Pads 990 ist.
12 zeigt eine Finite-Elemente-Computersimulation von Belastungsverteilung auf einer WLP-Lötstellengitteranordnungsoberfläche bei Temperaturzyklus- und Falltests. Es wurde sowohl durch den tatsächlichen Temperaturzyklustest als auch durch die Computersimulation herausgefunden, dass Belastungen aufgrund von Temperaturveränderungen neben jeder Löthöckerstelle 852 am äußeren Rand auftreten, wobei sich die maximale Zugbelastungskraft sowohl radial von der Mitte der Lötstelle entfernt als auch radial von der Mitte 854 des WLP 856 entfernt befindet. Es wurde des Weiteren festgestellt, dass die Zugbelastung 850, die mit dem Temperaturzyklustest und mit der Simulation assoziiert ist, nahe den Lötstellen am äußeren Rand (d. h. den Lötstellen, die an den Stellen 852 zentriert sind) und nicht an den inneren Lötstellen (d. h. den Lötstellen 858) am größten ist. Es wurde weiter festgestellt, dass mit den Eck-Lötstellen 860 des WLP 856 größere Zugkräfte 850a assoziiert waren, als andere Zugkräfte 850 anderer Lötstellen 852 des äußeren Rands. Die den Temperaturzyklus betreffenden Zugkräfte 859, die mit den inneren Lötstellen 858 assoziiert sind, waren kleiner, als die den Temperaturzyklus betreffenden Zugkräfte 850, die mit Lötkugelstellen 852 und 860 des äußeren Rands assoziiert sind.
Es wurde auch ermittelt, dass Zugkräfte, die mit dem Falltest assoziiert sind, nahe einer Lötkugelstelle 852 und in radialer Richtung nach innen zur Mitte 854 eines WLP 856 hin maximal waren. Die den Falltest betreffenden Zugkräfte 862 um die Lötkugelstellen 852 herum am äußeren Rand des WLP 856 waren größer, als die den Falltest betreffenden Zugkräfte 864, die mit einer inneren Lötstelle, beispielsweise den Lötstellen 858, assoziiert sind. Die maximalen den Falltest betreffenden Zugkräfte 860a wurden nahe den Eck-Lötkugelstellen 860 auf dem WLP 858 gefunden. Es wird angemerkt, dass sich beim Temperaturzyklustest und beim Falltest die Zugkräfte auf radial gegenüberliegenden Seiten einer Lötstelle befinden.
Obwohl es in 12 nicht ausdrücklich gezeigt ist, zeigen die Temperaturzyklus- und Falltests und die Computersimulation von Ausführungsformen des Weiteren an, dass die Zugkräfte um eine Lötstelle herum abnehmen, wenn sich die Lötstelle in einer Reihe oder Spalte befindet, die von der Kante oder dem äußeren Rand der WLP-Lötstellenanordnung weiter innen liegt. Somit sind, wie bereits unter Bezug auf 9 erläutert und durch die tatsächlichen Tests und die Computersimulation der Position und der Stärke von Zugkräften, die mit dem Temperaturzyklustest und dem Falltest assoziiert sind, untermauert wurde, beispielhafte RDL-Erweiterungsflügel, entweder innere oder äußere Flügel (oder erweiterte RDL-Geometrien) zum Verteilen von Zugkräften und zum Verringern des Produktausfalls, der mit Temperatur- oder Fallbelastungen einhergeht, von Nutzen, wenn sie in die Eck- und/oder die randnahen Eck-Lötstellen von WLPs, die eine Lötkugelgitteranordnung von 9 × 9 oder kleiner haben, eingebaut sind. Des Weiteren verringern RDL-Erweiterungsflügel oder erweiterte Geometrien gemäß Ausführungsformen der Erfindung den Produktausfall aufgrund von Temperaturzyklus- oder Falltest-Belastungen, wenn sie ein Teil jeder Lötstelle um den äußeren Rand einer WLP-Lötkugelgitteranordnung herum sind, die eine Lötkugelgittergröße von 10 × 10 bis 20 × 20 hat. Außerdem wird eine längere mittlere Zeit zwischen Ausfällen erreicht und/oder kann eine Resistenz gegenüber höheren Temperaturzyklustestdifferenzen oder größeren Kräften, die einem Falltest unterliegen, erreicht werden, indem beispielhafte RDL-Pad-Flügel oder erweiterte Pad-Geometrien gemäß Ausführungsformen der Erfindung sowohl an Lötkugeln am äußeren Rand eines WLP als auch an Lötkugeln nahe den Lötkugeln am äußeren Rand (den Lötkugeln, die sich in den Reihen und Spalten der Kugelgitteranordnung befinden, die den Lötstellen am äußeren Rand benachbart sind) eingebaut werden. Wenn der Einbau solcher inneren, äußeren oder äußeren und inneren Flügel an den Lötstellen, die sich nahe den Lötstellen am äußeren Rand befinden, den Bedarf, bestimmte Signalspuren auf dem WLP zwischen Lötkugeln einzufügen, negativ beeinflusst, dann können einige Ausführungsformen der Erfindung beispielhafte RDL-Erweiterungen (innere Flügel, äußere Flügel oder sowohl innere als auch äußere Flügel) oder RDL-Erweiterungsgeometrien selektiv an den Lötstellen am äußeren Rand platzieren, und an anderen Lötstellen in Reihen und Spalten der WLP-Kugelgitteranordnung, die den Lötkugeln am äußeren Rand benachbart sind, mit Betonung auf Lötkugeln, die sich neben den Ecken des WLP befinden. Auch kann die Form der erweiterten RDL-Geometrien geändert werden, um Signalspuren zwischen bestimmten Lötstellen aufzunehmen.
RDL-Pads und -Geometrien gemäß verschiedenen Ausführungsformen können einfach in WLP-Vorrichtungen vorgesehen werden, da die RDL eine der Schichten in einer integrierten Schaltung ist, die durch Maskieren des Chips und Sputtern oder Sprühen des RDL-Metalls auf die unmaskierten Teile des Chips hergestellt werden. Das Layout der RDL-Maske für Ausführungsformen der Erfindung erfolgt ähnlich der momentan verwendeten Technik zum Herstellen einer RDL-Maske, mit der Ausnahme, dass Flügelerweiterungen um ausgewählte oder vorgegebene RDL-Pad-Stellen herum eingebaut werden.
Bei einigen Ausführungsformen hängt die Größe der Flügelerweiterung von der Position der Lötstelle vom Rand des Chips ab. Des Weiteren müssen nicht alle RDL-Flügel (innere Flügel, äußere Flügel oder sowohl innere als auch äußere Flügel) dieselbe Größe oder denselben Bereich auf einem WLP haben. Die Größe, der Bereich oder die Geometrie der RDL-Flügelerweiterung kann gemäß der Position des bestimmten RDL-Pads in der Gitteranordnung, dem Bedarf an Signalspuren zwischen RDL-Pad-Stellen und den erwarteten Zugkräften aufgrund von Temperaturveränderungen oder Fallenlassen oder Rütteln des WLP angepasst werden, wenn es in ein Endprodukt oder eine Endvorrichtung eingebaut wird. Wichtig ist, dass ein Teil des RDL-Flügelerweiterungsbereichs oder der erweiterten RDL-Geometrie so angeordnet wird, dass er wenigstens eine Region nahe einer Lötstelle bedeckt, die radial sowohl von der Mitte des Chips als auch von dem assoziierten UBM-Pad entfernt ist, um zusätzlichen Schutz vor Temperaturbelastung zu gewähren. Des Weiteren ist es wichtig, dass der RDL-Erweiterungsbereich oder die erweiterte RDL-Geometrie so angeordnet wird, dass wenigstens eine Region nahe einer Lötstelle bedeckt wird, die sich zwischen der Mitte des Chips und dem assoziierten UBM-Pad befindet, um zusätzlichen Schutz vor Rütteln und Stoßbelastungen beim Falltest zu gewähren.
Während der tatsächlichen Temperaturzyklus-Funktionssicherheitstests von Ausführungsformen der Erfindung umfasste der Temperaturzyklustest das Verändern der Temperatur bei einer beispielhaften WLP-Vorrichtung (und einer assoziierten gedruckten Leiterplatte) von –40°C bis 125°C, wobei jeder Zyklus eine Stunde dauerte. Für WLPs des Stands der Technik mit RDL-Pads, die ungefähr dieselbe Größe haben wie das UBM-Pad oder geringfügig kleiner sind, wurden drei Tests durchgeführt. Jeder Test bestand aus 77 neuen WLPs des Stands der Technik, die 500 Temperaturzyklen durchliefen. Die drei Temperaturzyklustests der Vorrichtungen des Stands der Technik ergaben für jedes der 77 Testmuster 26, 9 und 14 Ausfälle.
WLPs gemäß Ausführungsformen der Erfindung wurden in ähnlicher Weise bei einem Temperaturzyklustest von –40°C bis 125°C pro Zyklus getestet, wobei jeder Zyklus eine Stunde dauerte. Es wurden ebenfalls drei Tests durchgeführt, wobei jeder Test 77 neue beispielhafte WLPs enthielt. Nach 500 aufeinander folgenden Temperaturzyklen war keines der beispielhaften WLPs, die Ausführungsformen der Erfindung aufwiesen, in einem der drei Sätze von 77 neuen Vorrichtungen ausgefallen. Die drei Sätze von 77 Vorrichtungen wurden dann weiteren 500 aufeinander folgenden Temperaturzyklen unterworfen, was insgesamt 1.000 Temperaturzyklustests ergab. Nach den 1.000 Temperaturzyklen war keines der beispielhaften WLPs, die beispielhafte RDL-Erweiterungsflügel oder Erweiterungsgeometrien aufweisen, beim Temperaturzyklustest ausgefallen.
Eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung ist es, progressiv kleinere Flügelerweiterungen (innere, äußere oder innere und äußere Flügel) oder RDL-Erweiterungsgeometrien zu haben, die sich entweder radial nach innen, nach außen, oder beides an einigen oder allen der RDL-Pad-Stellen in jeder nächsten Reihe und Spalte erstrecken, während sich die Lötstelle vom äußeren Rand des Chips nach innen zur Mitte hin bewegt. Diese Ausführungsform verbessert die mittlere Zeit zwischen dem Ausfall und der Funktionssicherheit von WLPs weiter, während die Größe der Lötkugelgitteranordnung von 10 × 10 bis zu Anordnungen von 20 × 20 Lötstellen wächst. Das Hinzufügen erweiterter RDL-Geometrien gemäß dieser Ausführungsform kann auch WLPs bereitstellen, die höhere Temperaturveränderungen und raue Umgebungsbedingungen aushalten können.
Vorrichtungen, die vom Einbau von WLPs gemäß Ausführungsformen der Erfindung profitieren können, sind in der Hand zu haltende Verbraucherprodukte wie Mobiltelefone, Videorecorder, tragbare DVD-Player, tragbare Spielgeräte, in der Hand zu haltende GPS-Geräte, Laptops, Minicomputer, Organizer und im Wesentlichen alle anderen in der Hand zu haltenden Geräte, die entweder fallen gelassen werden können oder in Umgebungen mit variierender Temperatur verwendet werden können. Militärausrüstung und militärische Geräte können ebenfalls davon profitieren, dass sie eine höhere Funktionssicherheit haben, wenn sie Ausführungsformen der Erfindung enthalten. Ebenso können Rechnersysteme, die keine falltestartigen Bedingungen aushalten müssen, von beispielhaften RDL-Flügelerweiterungen oder Erweiterungsgeometrien auf WLPs profitieren, um sie dabei zu unterstützen, mit Temperaturveränderungen und nachteiligen Umgebungsbedingungen zurecht zu kommen.
Für den Fachmann, der aus der vorliegenden Offenbarung Nutzen zieht, ist es selbstverständlich, dass die RDL-Verbesserung gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung die Funktionssicherheit von WLP-Vorrichtungen verbessert.

Claims

Wafer Level Package mit: einem Chip mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; einer Anordnung von Lötstellen auf der ersten Seite des Chips, wobei die Anordnung in Reihen und Spalten vorliegt; einer Umverdrahtungsschicht (Redistribution Layer; RDL) mit einer RDL-Pad-Stelle an jeder Lötstelle, wobei jede RDL-Pad-Stelle einen Pad-Durchmesser hat; und wobei Eck-RDL-Pad-Stellen, die mit Eck-Lötstellen der Anordnung zusammenfallen, eine erweiterte RDL-Geometrie aufweisen; wobei jede erweiterte RDL-Geometrie im Wesentlichen um eine Linie zentriert ist, die sich radial von einer Mittelstelle auf der ersten Seite durch eine Mittelstelle der Lötstelle, die damit zusammenfällt, erstreckt.
Wafer Level Package nach Anspruch 1, wobei RDL-Pad-Stellen am äußeren Rand, die mit Lötstellen um den äußeren Rand der Anordnung herum zusammenfallen, erweiterte RDL-Geometrie aufweisen, die im Wesentlichen um eine Linie zentriert ist, die sich radial von der Mittelstelle auf der ersten Seite durch die Mittelstelle der Lötstelle, die damit zusammenfällt, erstreckt.
Wafer Level Package nach Anspruch 2, wobei wenigstens eine erweiterte RDL-Geometrie nicht im Wesentlichen um die Linie zentriert ist, wenn eine solche erweiterte RDL-Geometrie sich nahe einer Signalspur befindet.
Wafer Level Package nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von RDL-Pad-Stellen, die mit verschiedenen Lötstellen um die Anordnung herum zusammenfallen, erweiterte RDL-Geometrie aufweisen, die im Wesentlichen um eine Linie zentriert ist, die sich radial von der Mittelstelle auf der ersten Seite durch die Mittelstelle der Lötstelle, die damit zusammenfällt, erstreckt.
Wafer Level Package nach Anspruch 4, wobei wenigstens eine erweiterte RDL-Geometrie nicht im Wesentlichen um die Linie zentriert ist, wenn sich eine solche erweiterte RDL-Geometrie nahe einer Signalspur befindet.
Wafer Level Package nach Anspruch 1, wobei jede erweiterte RDL-Geometrie eine Breite aufweist, die senkrecht zu der Linie ist, wobei die Breite gleich dem Pad-Durchmesser plus 0 bis ca. 20 μm ist.
Wafer Level Package nach Anspruch 1, wobei jede erweiterte RDL-Geometrie eine Länge aufweist, die parallel zu der Linie ist, wobei die Länge in eine innere Länge und eine äußere Länge geteilt ist, wobei die innere Länge von der Mittelstelle der Lötstelle zur Mitte hin gemessen wird und gleich dem halben Pad-Durchmesser plus null bis 70 um ist, und wobei die äußere Länge von der Mittelstelle der Lötstelle von der Mitte weg gemessen wird und gleich dem halben Pad-Durchmesser plus 14 bis 70 μm ist.
Wafer Level Package nach Anspruch 1, wobei die Anordnung von Lötstellen größer/gleich einer 8 × 8 Anordnung und kleiner/gleich einer 20 × 20 Anordnung ist.
Siliziumwafer mit: einem Chip, der auf jeder Seite durch Straßen auf dem Wafer begrenzt ist, wobei der Chip eine erste Seite und eine zweite Seite hat, wobei der Chip des Weiteren aufweist: eine Anordnung von RDL-Pads (Redistribution Layer; RDL), die jeweils einem UBM-Pad (Under-Ball-Metal; UBM), das eine UBM-Mittelstelle hat, entspricht, wobei eine erste Vielzahl der RDL-Pads, die Mittelpositionen in der Anordnung haben, jeweils eine kreisförmige Geometrie mit einem RDL-Pad-Durchmesser haben, und wobei eine zweite Vielzahl der RDL-Pads, die Positionen um den äußeren Rand der Anordnung herum haben, jeweils eine Geometrie mit einer Länge haben, die entlang einer ersten Linie gemessen wird, die sich radial von einer Mittelstelle der ersten Seite durch die Mittelstelle des UBM, die dieser entspricht, erstreckt, und eine Breite, die entlang einer zweiten Linie gemessen wird, die senkrecht zur ersten Linie ist, und die sich durch die UBM-Mittelstelle erstreckt; wobei die Breite gleich dem RDL-Pad-Durchmesser plus null bis ca. 20 μm ist, und wobei die Länge gleich dem RDL-Pad-Durchmesser plus 14 bis ca. 140 μm ist.
Siliziumwafer nach Anspruch 9, wobei jede Länge nicht zwingend um die entsprechende UBM-Mittelstelle zentriert ist.
Siliziumwafer nach Anspruch 9, wobei der Chip des Weiteren eine oder mehrere dielektrische Schichten aufweist, die wenigstens den äußeren Rand jedes RDL-Pads in der Anordnung bedecken.