DE202005014073U1

DE202005014073U1 - Chipträgerbaugruppe

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Publication number: DE202005014073U1
Application number: DE202005014073U
Authority: DE
Original assignee: IC Haus GmbH
Current assignee: IC Haus GmbH
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: WO2007028541A1

Abstract

Chipträgerbaugruppe umfassend
einen Träger (20; 90) und wenigstens einen auf dem Träger montierbaren Chip (10; 80, 85),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Träger (20; 90) und/oder der Chip (10; 80, 85) wenigstens eine mechanische Positionierungseinrichtung (12, 14; 30, 40; 92, 94) aufweist, die eine präzise Montage des wenigstens einen Chips auf dem Träger ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipträgerbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche einen Träger und wenigstens einen auf dem Träger montierbaren Chip aufweist.
Es sind Chipmontageverfahren bekannt, bei denen ein Chip mit der Rückseite auf einem Träger aufgeklebt oder daran festgelötet wird, oder bei denen die Befestigung über Kontaktflächen an der Oberseite in Flip-Chip-Technik erfolgt. Ein Nachteil dieser herkömmlichen Chipmontageverfahren ist darin zu sehen, dass Chips nur mit einer Absetzgenauigkeit von etwa 10 μm auf den Träger aufgesetzt werden können. Wird der Chip mittels eines Klebstoffs an dem Träger befestigt, können beim Aushärten des Klebers weitere Verschiebungen des Chips bezüglich des Trägers erfolgen, so dass der Chip bei der Montage 20 bis 30 μm gegenüber dem vorbezeichneten Platz auf dem Träger verschoben sein kann. Bei der Flip-Chip-Technik erfolgt eine Verschiebung beim Aufschmelzen der Lotverbindungen oder beim Aushärten des leitfähigen Klebers. Diese Verschiebeungenauigkeiten lassen sich auch durch den Einsatz bekannter Bildverarbeitungsmechanismen und Präzisionsmaschinen nicht vermeiden.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Chipträgerbaugruppe zu schaffen, bei der ein zu montierender Chip mit einer höheren Präzision, d. h. Platzierungsgenauigkeit, auf einem Träger montiert werden kann, als dies mit herkömmlichen Techniken möglich war. Höhere Präzision oder Platzierungsgenauigkeit bedeutet, dass der Chip in seiner Endposition relativ zu einer vorbestimmten Referenz der Trägerfläche reproduzierbar um weniger als 20 μm, vorzugsweise sogar nur um wenige μm versetzt ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, mit Hilfe mechanischer Führungen, die zumindest an der Oberfläche des Trägers und/oder zu montierenden Chips ausgebildet sind, eine sehr hohe Platzierungsgenauigkeit bei der Montage eines Chips auf dem Träger zu erreichen.
Das oben genannte technische Problem wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist eine Chipträgerbaugruppe vorgesehen, die einen Träger und wenigstens einen auf dem Träger montierbaren Chip aufweist. Bei dem Chip kann es sich um herkömmliche elektronische, optoelektronische oder magnetische Schaltkreise handeln.
Der Träger und/oder der Chip weist wenigstens eine mechanische Positionierungseinrichtung auf, die eine präzise Montage des wenigstens einen Chips auf dem Träger ermöglicht. Wie bereits oben ausgeführt, bezieht sich der Ausdruck „präzise Montage" auf die endgültige Lagegenauigkeit, mit der ein Chip auf einem vorbestimmten Bereich des Trägers platziert werden kann. Dank der Erfindung kann eine deutliche höhere Platzierungsgenauigkeit als bei herkömmlichen Montageverfahren erzielt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zunächst werden Ausführungsbeispiele angeführt, bei denen lediglich der Träger eine mechanische Positionierungseinrichtung aufweist, die wenigstens einen Rand des aufzunehmenden Chips fixiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Positionierungseinrichtung des Trägers wenigstens eine Erhebung auf, die bei der Montage des Chips dessen Rand führt. Wenn der Chip beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, kann die Positionierungseinrichtung einen ringförmiger Steg, drei um 120° versetzte Erhebungen oder mehrere bogenförmige Erhebungen darstellen, wobei die bogenförmigen Erhebungen an den kreisförmigen Querschnitt des Chips angepasst sind.
Alternativ kann die Positionierungseinrichtung auch eine Aussparung in der Oberfläche des Trägers bilden, deren Fläche der Querschnittsfläche des Chips im Wesentlichen entspricht. Bei der Montage des Chips führt die Innenfläche der Aussparung die Außenfläche des Chips.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Querschnittsfläche des Chips viereckig sein. In diesem Fall kann die Positionierungseinrichtung des Trägers mindestens zwei in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnete Erhebungen aufweisen, die bei der Montage des Chips jeweils eine Chipkante führen.
Diese Erhebungen können einen kreisförmigen, elliptischen oder viereckigen Querschnitt, d. h. Grundfläche aufweisen. Beliebig andere Grundflächen sind denkbar.
Nunmehr werden Ausführungsbeispiele erwähnt, bei denen sowohl der Träger als auch der Chip Positionierungseinrichtungen aufweisen.
Um zu vermeiden, dass der Sägeprozess beim Aussägen der Chips aus einer Siliziumscheibe Einfluss auf die Positioniergenauigkeit hat, weist auch der Chip eine Positionierungseinrichtung auf, die zu der Positionierungseinrichtung des Trägers komplementär ausgebildet ist. Die höhere Absetzgenauigkeit wird dadurch erreicht, dass die Führung und Ausrichtung des Chips nicht über dessen Chipkanten an der Positionierungseinrichtung des Trägers, sondern über eigene Positioniermittel erfolgt.
Vorzugsweise enthält die wenigstens eine Positionierungseinrichtung des Trägers wenigstens einen Hohlraum und die Positionierungseinrichtung des Chips wenigstens eine zum Hohlraum komplementäre Erhebung, die im montierten Zustand in den Hohlraum eingreift.
Alternativ ist es denkbar, dass die wenigstens eine Positionierungseinrichtung des Trägers wenigstens eine Erhebung und die Positionierungseinrichtung des Chips wenigstens einen dazu komplementären Hohlraum aufweist, der im montierten Zustand die Erhebung des Trägers aufnimmt.
Der Hohlraum kann entweder in oder auf der Oberfläche des Trägers oder des Chips angeordnet sein.
Soll beispielsweise ein Hohlraum an der Oberfläche des Trägers oder des Chips gebildet werden, so können jeweils vier viereckförmige Erhebungen einen solchen Hohlraum bilden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Positionierungseinrichtungen des Trägers und/oder des Chips wenigstens teilweise elektrisch oder optisch leitfähig ausgebildet, um auf diese Weise zusätzlich als Leiteranschluss dienen zu können.
Um eine zuverlässige und präzise Positionierung eines Chips auf einem Träger ermöglichen zu können, sind die Erhebungen vorzugsweise 20 bis 40 μm hoch. Die Erhebungen weisen vorzugsweise steile Kanten oder Seitenflächen auf.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform können die auf die Chips und/oder den Träger aufgebrachten höcker- oder ballförmigen Kontakte, die aus Gold oder schmelzbaren Legierungen bestehen können und auch als Bumps oder Balls bekannt sind, welche unter Verwendung der für Herstellung von elektrischen Verbindungen oder Kontakten verwendeten herkömmlichen Techniken aufgebracht werden sind, als mechanische Positionierungseinrichtungen genützt werden.
Die Erfindung wird an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Chipträgerbaugruppe, wobei Träger und Chip voneinander getrennt dargestellt sind,
2 eine Schnittansicht der in 1 dargestellten Chipträgerbaugruppe entlang der Linien A-A' und B-B', bei der die Positionierungseinrichtung des Chips in die Positionierungseinrichtung des Trägers eingeführt wird, und
3 eine alternative Chipträgerbaugruppe, bei der lediglich der Träger eine Positionierungseinrichtung aufweist.
2 zeigt eine allgemein mit 5 bezeichnete Chipträgerbaugruppe, die einen Chip 10 sowie einen Träger 20 aufweist. Die in 2 dargestellte Baugruppe zeigt den Chip 10 kurz vor dem Aufsetzen auf den Träger 20. Der Träger 20 kann aus Silizium, Glas oder aus einem Material hergestellt sein, dessen Temperaturkoeffizient an den Temperaturkoeffizient des Chiphalbleitermaterials angepasst ist.
Bei der in 2 gezeigten Chipträgerbaugruppe 5 weisen sowohl der Chip 10 als auch der Träger 20 Positionierungseinrichtungen auf. Die Positionierungseinrichtung des Chips 10 wird durch Erhebungen 12 und 14 an einer Oberfläche des Chips gebildet. Der Querschnitt der Erhebungen 12 und 14 ist beispielsweise rechteckig, wie es in 1 perspektivisch dargestellt ist. Vorzugsweise sind wenigstens zwei Erhebungen 12 und 14 auf dem Chip 10 vorgesehen. Wie in 1 dargestellt, befinden sich die beiden Erhebungen 12 und 14 an gegenüberliegenden Seiten des Chips 10, allerdings mit einem Abstand zur jeweiligen Chipkante. Auf einer Oberfläche des Trägers 20 befinden sich zu den Erhebungen 12 und 14 des Chips 10 komplementäre rechteckförmige Hohlräume 30 und 40, wie in 1 gezeigt. Die Hohlräume werden jeweils durch vier Erhebungen gebildet, die jeweils vorzugsweise rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. So wird beispielsweise der Hohlraum 40 durch die Erhebungen 41 bis 44 gebildet, wie dies insbesondere in 1 dargestellt ist, wohingegen der Hohlraum 30 durch die vier Erhebungen 31 bis 34 gebildet wird.
Wie insbesondere 1 zeigt, weisen die Hohlräume 30 und 40 im Wesentlichen den gleichen Querschnitt auf, wie die Erhebungen 12 und 14 auf dem Chip 10. Die Hohlräume 30 und 40 sind im Querschnitt geringfügig größer als die Querschnitte der Erhebungen 12 und 14 bemessen, so dass die Erhebungen 12 und 14 mit geringem Spiel in die Hohlräume 30 und 40 eingeführt werden können. Mit Hilfe derartig hergestellter Positionierungseinrichtungen ist es möglich, die Platzierungsgenauigkeit des Chips 10 auf dem Träger 20 drastisch gegenüber herkömmlichen Montageverfahren zu erhöhen, d. h. bis in den μm-Bereich.
Der Chip 10 kann beispielsweise mittels eines vorzugsweise elektrisch leitfähigen Klebers, welcher in die Hohlräume 30 und 40 eingefüllt wird, auf dem Träger 20 verklebt werden. Denkbar ist auch, die Erhebungen 12 und 14 des Chips mit den die Hohlräume 30 und 40 bildenden Erhebungen zu verlöten.
In dem vorliegenden Beispiel ist die Erhebung 41, welche Bestandteil des Hohlraums 40 ist, aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Die Erhebung 41 kann somit als Leiteranschluss für einen Leiter, der im vorliegenden Beispiel als Flachband 50 dargestellt ist, dienen. In ähnlicher Weise können die Erhebungen 12 und 14, die als Positionierungseinrichtungen des Chips 10 dienen, aus elektrisch oder optisch leitfähigem Material bestehen, um Anschlussflächen für externe und/oder interne Chipleitungen zu bilden.
Auf dem Chip 10 ist beispielsweise ein optischer Sensor 60, der mehrere Fotodetektoren enthält, ausgebildet. Der Sensor 60 und die Erhebungen 12 und 14 sind auf der gleichen Oberfläche des Chips 10 angeordnet. Wie 2 zeigt, ist zwischen den Hohlräumen 30 und 40 und/oder auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers 20 eine Struktur, Blende und/oder ein Filter 70 (in 1 nicht dargestellt) auf der Oberfläche des Trägers aufgebracht, die dank der verwendeten Positionierungstechnik präzise gegenüber dem Sensor 60 des Chips positioniert werden kann.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der mit mechanischen Positionierungseinrichtungen ausgestattete Chip 10 sowohl manuell als auch in entsprechend ausgebildeten automatisierten Bestückungsanlagen sehr präzise auf dem Träger 20 montiert werden kann, und zwar unabhängig von der Absetzgenauigkeit der verwendeten Bestückungsanlage.
Wie 1 weiter zeigt, können auf dem Träger 20 auch mehrere Hohlräumen und auf dem Chip mehrere dazu komplementäre Erhebungen ausgebildet sein. Ebenfalls ist es denkbar, auf einem Träger mehrere Chips nebeneinander anzuordnen.
3 zeigt eine alternative Chipträgerbaugruppe 100, bei der beispielsweise ein Chip 80 und ein Chip 85 auf einem Träger 90 montiert sind. Im Unterschied zu der in den 1 und 2 dargestellten Chipträgerbaugruppe sind lediglich auf einer Oberfläche des Trägers 90 Positionierungseinrichtungen 92 und 94 angeordnet. Vorzugsweise sind vier Erhebungen auf dem Träger 90 angeordnet, die eine seitliche Führung eines beispielsweise im Querschnitt rechteckförmigen Chips 80 bilden. Im vorliegenden Beispiel sind in 3 zwei Erhebungen 92, 94 dargestellt. Die Erhebung 94 dient im vorliegenden Beispiel sowohl als seitliche Führung einer Chipkante des Chips 80 als auch als Führung einer Kante des weiteren Chips 85.
Beispielsweise ist auf den Chips 80 und 85 jeweils eine Fotodiode mit Blende und/oder Filter 110 beziehungsweise 112 angeordnet. Die Höhe der Erhebungen 92 und 94 ist beispielsweise 20 bis 40 μm.
Für den Fall, dass der Querschnitt des Chips 80 kreisförmig ist, kann die dazu komplementäre Positionierungseinrichtung auf dem Träger 90 durch einen ringförmigen Steg gebildet werden. Ferner ist denkbar, dass in der Oberfläche des Trägers 90 eine kreisförmige Aussparung vorgesehen sein kann, in die der kreisförmige Chip eingesetzt werden kann.

Claims

Chipträgerbaugruppe umfassend einen Träger (20; 90) und wenigstens einen auf dem Träger montierbaren Chip (10; 80, 85), dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (20; 90) und/oder der Chip (10; 80, 85) wenigstens eine mechanische Positionierungseinrichtung (12, 14; 30, 40; 92, 94) aufweist, die eine präzise Montage des wenigstens einen Chips auf dem Träger ermöglicht.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungseinrichtung (92, 94) des Trägers (90) wenigstens eine Erhebung aufweist, die bei der Montage des Chips dessen Rand führt.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungseinrichtung des Trägers (90) eine Aussparung in der Oberfläche des Trägers ist, deren Innenfläche die Außenfläche des Chips führt.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (90) einen viereckförmigen Querschnitt aufweist und die Positionierungseinrichtung des Trägers mindesten zwei in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnete Erhebungen (92, 94) aufweist, die bei der Montage des Chips jeweils eine Chipkante führen.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen einen kreisförmigen, elliptischen, viereckigen oder kreisbogenförmigen Querschnitt haben.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (10) eine Positionierungseinrichtung (12, 14) aufweist, die zu der Positionierungseinrichtung (30, 40) des Trägers (20) komplementär ausgebildet ist.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Positionierungseinrichtung (30, 40) des Trägers wenigstens einen Hohlraum enthält und dass die Positionierungseinrichtung (12, 14) des Chips (10) wenigstens eine komplementäre Erhebung aufweist, die im montierten Zustand in den Hohlraum (30, 40) eingreift.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Positionierungseinrichtung des Trägers (20) wenigstens eine Erhebung aufweist und dass die Positionierungseinrichtung des Chips (10) wenigstens einen komplementären Hohlraum aufweist, der im montierten Zustand die Erhebung aufnimmt.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (30, 40) in oder auf der Oberfläche des Trägers (20) oder des Chips (10) angeordnet ist.
Chipträgerbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils vier viereckförmige Erhebungen (31–34; 41–44) einen Hohlraum (30, 40) auf der Oberfläche des Trägers (20) oder Chips (10) bilden.
Chipträgerbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungseinrichtung des Trägers und/oder des Chips wenigstens teilweise elektrisch oder optisch leitfähig sind und als Leiteranschluss dienen.
Chipträgerbaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen 20 bis 40 μm hoch sind.
Chipträgerbaugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Chip und/oder dem Träger aufgebrachte höcker- oder ballförmige Kontakte als mechanische Positionierungseinrichtungen dienen.