DE19808516A1 - Unterfüllmaterial für Flip-Chip-bestückte Leiterplatten, damit ausgerüstete Leiterplatte sowie Verfahren zur Füllgradüberprüfung von damit unterfüllten Chips - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen von Unregelmäßig­ keiten wie Lufteinschlüssen, ungleichmäßigem Füllgrad und dergleichen in Un­ terfüllmaterialien (Underfill-Materials), die beim oder nach dem Auflöten von Chips auf ein Substrat zur mechanischen Unterstützung und Abstützung von Lötbumps zwischen den Flip-Chip und das Substrat eingebracht werden. Die Er­ findung betrifft weiterhin spezielle für das Verfahren geeignete Unterfüllmateria­ lien sowie mit elektronischen Mikrochips bestückte Leiterplatten, bei denen sol­ che mechanisch stabilisierenden Unterfüllmaterialien verwendet werden.

Unterfüllmaterialien werden eingesetzt, um ICs, die durch das sogenannte Flip- Chip-Verfahren auf Substraten festgelötet werden, mechanisch zu unterstützen beziehungsweise abzustützen. Durch meist relativ hohe Unterschiede der Aus­ dehnungskoeffizienten zwischen dem Siliziummaterial der Chips und den zur Verdrahtung verwendeten Substraten beziehungsweise Leiterplatten werden die dabei auftretenden Kräfte nicht mehr von den Lötstellen ausreichend übertragen und der Einsatz sogenannter Unterfüll-Materialien ist erforderlich. Dabei han­ delt es sich in den meisten Fällen um härtbare Epoxydharzmassen, die mit Füll­ stoffen wie Siliziumdioxid, Berylliumoxid und/oder anderen Füllmaterialien ver­ setzt sind, die gute Wärmeleitung gewährleisten, andererseits aber eine hohe elektrische Isolation ermöglichen. Die auch als Unterfüllkleber bezeichneten Ma­ terialien werden nach dem Auflöten der Chips auf die Substrate beziehungsweise Leiterplatten durch seitliches Anbringen und dann aufgrund der wirkenden Ka­ pillarkräfte unterfüllt. Dabei kommt es prozeßbedingt öfters zum Eintrag von Luftblasen beziehungsweise ein vollständiges Umfließen und Einschließen der Lötbumps ist nicht gewährleistet. In anderen Worten: der Füllgrad ist unbefrie­ digend. Dadurch kann es zu mechanischen Zuverlässigkeitsproblemen kommen, da an den nicht oder nur ungenügend unterfüllten Stellen eine Krafteinleitung beispielsweise bei Temperaturänderungen erfolgen kann.

Zur zerstörungsfreien Prüfung ist es bekannt, mittels Ultraschallmikroskopie Lufteinschlüsse durch Reflektion der Schallwellen an den Grenzflächen zu er­ kennen. Dieses bekannte Prüfverfahren hat seine Grenzen durch die mögliche Auflösung beziehungsweise es reagiert auch auf alle anderen Grenzflächen, wel­ che die von einer Schallquelle abgegebene Schallwelle reflektieren. Außerdem ist dieses bekannte Verfahren in der Regel nicht als Inline-Verfahren, also während des Herstellungsprozesses geeignet; es erfordert überdies einen besonderen Zeit­ aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Er­ fassen von Unregelmäßigkeiten wie Lufteinschlüssen und ungleichmäßigen Füll­ graden in Unterfüllmaterialien besser und möglichst während des Herstellungs­ prozesses von mit ICs zu bestückenden Substraten beziehungsweise Leiterplat­ ten zu schaffen.

Die Erfindung ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsge­ mäß dadurch gekennzeichnet, daß Unterfüllmaterialien verwendet werden, in die zur Verbesserung der Markierung der Unregelmäßigkeiten bei der Qualitätskon­ trolle mittels Röntgeninspektion mindestens ein Hilfsstoff eingearbeitet ist, der Röntgenstrahlen absorbiert.

Für dieses Verfahren geeignete Unterfüllmaterialien zur mechanischen Unter­ stützung von auf einem Substrat aufzulötenden Chips sind gekennzeichnet durch mindestens einen Hilfsstoffanteil oder ein -anteilsgemisch mit erhöhtem Absorbtionsvermögen für Röntgenstrahlen.

Die aufgezeigten Probleme beim Stand der Technik werden also mit der Erfin­ dung dadurch beseitigt, daß Hilfsstoffe verwendet oder mitverwendet werden, die Röntgenstrahlen absorbieren können, so daß die Qualität des Unterfüllens, also insbesondere der Füllgrad durch die in der Herstellung von Elektronikprodukten übliche Methode der mit Mikroröntgenanalyse gleichzeitig mit anderen Inspekti­ onszielen oder überhaupt erfaßbar und meßbar machen.

Bei Versuchen ergab sich, daß durch die Einarbeitung von geeigneten Hilfsstof­ fen oder Füllstoffanteilen wie Bariumsulfat und anderer bekannter Stoffe eine Markierung für Röntgenstrahlen und damit eine Erfassung der erwähnten Unre­ gelmäßigkeiten möglich ist. Bei Verwendung derartiger Unterfüllmaterialien ist also eine Inline- aber auch eine nachträgliche Qualitätskontrolle durch Röntgen­ inspektion möglich.

Als Füllstoffe kommen - außer dem erwähnten Bariumsulfat - anorganische be­ ziehungsweise organische Jodverbindungen in Frage sowie Verbindungen aus Elementen hoher Ordnungszahl, die sich prinzipiell dazu eignen, Röntgenstrah­ len in ausreichendem Maße zu absorbieren.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erfassen von Unregelmäßigkeiten wie Lufteinschlüssen, ungleichmäßigem Füllgrad und dergleichen in Unterfüllmaterialien, die beim oder nach dem Auflöten von Chips auf ein Substrat zur mechanischen Unter­ stützung und Abstützung von Lötbumps zwischen den Chip und das Substrat eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß Unterfüllmaterialien ver­ wendet werden, in die zur Verbesserung der Markierung und damit zur Erfas­ sung der Unregelmäßigkeiten bei der Qualitätskontrolle mittels Röntgeninspek­ tion mindestens ein Hilfsstoff eingearbeitet ist, der Röntgenstrahlen absorbiert.

2. Unterfüllmaterial zur mechanischen Unterstützung von auf ein Substrat aufzulötenden Chips, gekennzeichnet durch mindestens einen Hilfsstoffanteil oder ein -anteilsgemisch mit erhöhtem Absorbtionsvermögen für Röntgenstrah­ len.

3. Unterfüllmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstoffanteil oder das -anteilsgemisch Bariumsulfat und/oder eine Jodverbin­ dung enthält.

4. Unterfüllmaterial nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoffanteil oder das -anteilsgemisch Verbindung aus Elementen hoher Ordnungszahl enthält.

5. Mit elektronischen, durch Unterfüllmaterialien mechanisch stabilisierten Chips bestücktes Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß in das Unterfüllma­ terial ein Röntgenstrahlen verstärkt absorbierender Hilfs- oder Füllstoff eingela­ gert ist.