DE19741437A1 - Elektronisches Bauteil mit verbesserter Gehäusepreßmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit einem Halbleiter-Chip, der zusammen mit Anschlußelementen von einem Gehäuse aus Preßmasse umgeben ist, wobei der Halbleiter-Chip zumindest auf einer Seite eine Schutzschicht aufweist.

Bei der Weiterentwicklung von elektronischen Bauelementen mit einem Kunststoffgehäuse, das den Halbleiter-Chip und elektro­ nische Anschlüsse aufnimmt, ergeben sich aufgrund verschiede­ ner Längen- oder Volumenausdehnungskoeffizienten von ver­ schiedenen darin enthaltenen Materialien regelmäßig Probleme. Um die elektronischen Bauelemente zu testen, werden sie ver­ schiedenen Temperatur- und Temperaturwechselbelastungen aus­ gesetzt und mit Feuchtigkeit beaufschlagt. Ein kritischer Be­ reich innerhalb eines elektronischen Bauelementes ist die Zo­ ne, an der eine Passivierungsschicht auf dem Halbleiter-Chip mit der umgebenden das Bauelementgehäuse darstellenden Kunst­ stoffmasse zusammentrifft. In dieser Zone sollte eine optima­ le Haftung zwischen den verschiedenen Schichten vorliegen, da hier sehr große mechanische Spannungen auftreten können. Die größten Spannungen treten beispielsweise an den Chipkanten auf. Beschädigungen der Halbleiterbauelemente können durch Brüche, Deliminationen, Verbiegung oder durch Abreißen von Bonddrähten sowie Korrosion auftreten.

Ein fertig strukturierter Halbleiter-Chip weist fast aus­ nahmslos eine erste Passivierungsschicht auf, die aus einem anorganischen Material besteht. Dies kann beispielsweise Si­ liziumnitrid sein. Zur Beherrschung der genannten mechani­ schen Spannungen bzw. zum Ausgleich derselben werden mittler­ weile zusätzliche Passivierungsschichten darüber aufgetragen. Polyimid kann relativ gut verarbeitet werden und weist auf­ grund seiner relativ elastischen Eigenschaften eine puffernde Wirkung auf.

Die im Zusammenhang mit einem elektronischen Bauelement ohne Funktionsausfall zu ertragenden Belastungen sind in verschie­ denen Normen niedergelegt. Die dort zu findenden Kategorien, beispielsweise für die Funktionsfähigkeit beim Einsatz in ei­ ner feuchten Umgebung und anschließende Lötsimulation in Ver­ bindung mit verschiedenen Temperaturwechselbelastungen, sind jeweils verknüpft mit unterschiedlichen Belastungstests, die elektronische Bauelemente für den Betrieb überstehen müssen, bevor sie mit der entsprechenden Klassifizierung angeboten werden. Eine derartige Klassifizierung gibt je nach Level an, wie lange ein solches Bauelement ohne Trockenverpackung gela­ gert werden kann. Diese Angabe ist aus den folgenden Gründen notwendig.

Die Preßmasse nimmt mit der Zeit Feuchtigkeit auf, die sich dann insbesondere an der Grenzfläche zum Halbleiter-Chip ab­ lagert. Beim Einbau des Bauelementes wird dieses in der Regel mittels eines Lötverfahrens auf einer Leiterplatte befestigt. Dabei wird das Bauelement in erheblichem Maße erhitzt, wobei es dann nicht nur zu Verspannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten kommt, sondern ebenfalls durch Dampfdruck, der von der in das Bauteil eingedrungenen Feuch­ tigkeit ausgeht, zu einem Innendruck. Dieser Innendruck kann zu Bauteil-Cracks bzw. dem sogenannten Popcorn-Effekt führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die in einem elektronischen Bauelement mit Kunststoffgehäuse notwendige Haftung zwischen Preßmasse und Chip-Passivierungsschicht wei­ ter zu optimieren.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben. Erfindungsgemäß ist ein elektronisches Bau­ teil mit einem Halbleiter-Chip vorgesehen, der zusammen mit Anschlußelementen von einem Gehäuse aus Preßmasse umgeben ist. Dabei weist der Halbleiter-Chip zumindest auf einer Sei­ te eine Schutzschicht auf, wobei diese Schutzschicht aus Po­ lybenzoxazol (PBO) besteht. Diese PBO-Schicht ersetzt somit das bisher übliche Polyimid und dient nunmehr als Puffer­ schicht zwischen dem Halbleiter-Chip, der beispielsweise an seiner Oberfläche eine Siliziumnitridschicht aufweist, und der Preßmasse.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, daß Preßmasse Biphenylpreßmasse verwendet wird, bei der das Basis(-Epoxid-)harz auf Biphenylstruktur aufbaut. Diese zeichnet sich durch hohen Füllstoffgehalt, ge­ ringe Wasseraufnahme und eine niedrige Glasübertragungstempe­ ratur (Tg) aus. Bei dieser Preßmasse hat sich herausgestellt, daß es nunmehr möglich ist, im Zusammenhang mit der PBO-Schicht zu erreichen, daß derartige Bauteile minimal 168 h bis 1 Jahr unverpackt vor der Verarbeitung mittels Lötverfah­ ren in normaler Umgebung aufbewahrt werden können. Eine der­ artige Eigenschaft ermöglicht es, daß zukünftig eventuell ganz auf eine Trockenverpackung verzichtet werden kann. Die Versuche haben gezeigt, daß nur bei der Verwendung einer PBO-Schicht als Pufferschicht in Verbindung mit Biphenyl als Preßmasse ein Bauteil erhältlich ist, das auch nach einem Test im Dampfdrucktopf, dem sogenannten Pressure-Cooker-Test nach 500 Stunden keinerlei Deliminationen der Grenzschicht zwischen dem Halbleiter-Chip und der Preßmasse auftreten. Die Biphenylpreßmasse hingegen weist im Vergleich mit bisher üb­ lichen Preßmassen eine deutlich geringere Wasseraufnahme auf.

In vorteilhafter Weise wird mindestens eine Oberfläche des Halbleiter-Chips, nämlich die Seite die nicht auf einem Tra­ geteil ruht, mit der Schutzschicht aus PBO versehen.

Ein Herstellungsverfahren für das beschriebene elektronische Bauteil ist derart vorgesehen, daß der Halbleiter-Chip zumin­ dest auf einer Seite mit der Schutzschicht aus Polybenzoxazol versehen ist. Dies geschieht am einfachsten noch solange, wie der Halbleiter-Chip als Teil eines Wafers besteht. An­ schließend wird der Halbleiter-Chip vereinzelt und in einem Systemträger, dem sogenannten Leadframe in geeigneter Weise angeordnet. Danach erfolgt die Verbindung zwischen Kontakt­ flächen, den sogenannten Pads, des Halbleiter-Chips und An­ schlußkontakten des Bauteils, den Leads. Anschließend wird das derart vormontierte elektronische Bauteil von der Preß­ masse umgeben, wobei bevorzugt Biphenylpreßmasse verwendbar ist. Nach dem Aushärten der Preßmasse ist es schließlich in der Regel noch notwendig Verbindungsstege zwischen den ein­ zelnen Außenkontakten bzw. Leads zu entfernen, wodurch ein einzelnes elektronisches Bauteil entsteht.

Claims (6)

1. Elektronisches Bauteil mit einem Halbleiter-Chip, der zu­ sammen mit Anschlußelementen von einem Gehäuse aus Preßmasse umgeben ist, wobei der Halbleiter-Chip zumindest auf einer Seite eine Schutzschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Polybenzoxazol besteht.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßmasse, aus der das Gehäuse besteht, aus Biphenyl besteht.

3. Bauteil nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip auf einem Systemträger befestigt ist, wobei die Schutzschicht aus Polybenzoxazol auf einer Seite des Halblei­ ter-Chip angeordnet ist, die vom Trageteil abgewandt ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauteils nach Anspruch 1, bei dem:

• - ein Halbleiter-Chip mit Anschlußelementen verbunden wird,
• - auf zumindest einer Seite des Halbleiter-Chip eine Schutz­ schicht aus Polybenzoxazol aufgetragen wird, und
• - der Halbleiter-Chip und Abschnitte der Anschlußelemente von einer Preßmasse umgeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine Biphenylpreßmasse verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Halbleiter- Chip auf einem Systemträger befestigt wird, bevor auf einer Seite, die vom Systemträger abgewandt ist, die Schutzschicht aus Polybenzoxazol aufgetragen wird.