DE4337675A1 - Halbleitergehäuse und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Halbleitergehäuse und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitergehäuse und ein Verfahren zu dessen Herstellung, und insbesondere ein Halbleitergehäuse mit Anschlußelementen und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Beschreibung des Standes der Technik
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein herkömmliches Halbleiter­ gehäuse erläutert. Wie in Fig. 1 gezeigt, weist das Halblei­ tergehäuse einen Anschlußrahmen 11 auf, der durch eine Viel­ zahl von inneren Anschlüssen 3, eine Vielzahl von äußeren Anschlüssen 4, und ein mit den Anschlüssen 3 und 4 einstük­ kiges Tragplättchen 2 gebildet ist. Auf dem Tragplättchen 2 des Anschlußrahmens 11 sind mittels eines Klebstoffes Halb­ leiterchips fest angeordnet. Diese Befestigung der Halbleiter­ chips 1 wird durch Anwenden eines Schneidevorgangs erreicht. Die inneren Anschlüsse 3, die symmetrisch an beiden Seiten der Halbleiterchips verlaufen, sind elektrisch mit Verbindungsanschlüssen des Halbleiterchips 1 durch Verwendung von Metalldrähten 5 verbunden, die jeweils aus Gold oder Aluminium bestehen. Die Verbindung der inneren Anschlüsse 3 wird durch Anwenden eines Draht-Bondverfahrens hergestellt. Die sich so ergebende Struktur wird in einer Form unter Verwendung eines Gießharzes 6 gegossen. Das Eingießen wird so ausgeführt, daß die äußeren Anschlüsse 4 nach außen aus der eingegossenen Struktur heraus­ ragen. Die herausragenden äußeren Anschlüsse 4 werden dann einem Trimm-Vorgang, einem Form-Vorgang und einem Beschich­ tungs-Vorgang unterworfen. Auf diese Weise wird ein in Fig. 1 gezeigtes Halbleitergehäuse hergestellt.
Bei der Herstellung eines derartigen Halbleitergehäuses wird zuerst ein Gießklebeverfahrensschritt ausgeführt, um einzelne Halbleiterchips 1 auf dem Tragplättchen 2 des Anschlußrahmens 11 mit Hilfe eines Klebstoffs durch Verwendung eines Säge­ oder Schneidevorgangs fest anzukleben. Danach wird ein Draht- Bondverfahrensschritt ausgeführt, um Anschlußflecken des Halbleiterchips 1 mit den entsprechenden inneren Anschlüssen 3 des Anschlußrahmens 11 jeweils elektrisch zu verbinden. Ein Gieß-Verfahrensschritt wird dann ausgeführt, um einen vorbe­ stimmten Anteil der sich ergebenden Struktur, die die Halb­ leiterchips 1 und die inneren Anschlüsse 3 des Anschlußrahmens 11 aufweist, durch eine Gießmasse 6 einzuschließen. Durch dieses Vergießen wird ein Gehäuse hergestellt. Danach wird das Gehäuse einem Trimm-Verfahrensschritt, einem Form-Verfahrens­ schritt und einem Plattier-Verfahrensschritt unterworfen.
Bei den Trimm- und Form-Verfahrensschritten werden (nicht gezeigte) Verbindungsstäbe, die das Tragplättchen 2 und (nicht gezeigte) Abstandsstäbe, die die Anschlüsse tragen, abge­ schnitten. Bei diesen Schritten werden die äußeren Anschlüsse 4 gebogen, um eine vorbestimmte Gestalt zu haben. Die Trimm- und Form-Verfahrensschritte werden einzeln ausgeführt. Ent­ sprechend der gebogenen Gestalt der äußeren Anschlüsse 4 können so unterschiedliche Typen von Oberflächenmontagegehäu­ sen, z. B. ein kleines außenliegendes J-Anschluß-Gehäuse und ein Dual-in-line-Gehäuse, erhalten werden. Wenn eine Speicher­ erweiterung gewünscht ist, wird das hergestellte Halbleiter­ gehäuse elektrisch mit einer gedruckten Leiterplatte 8 unter Verwendung von leitenden Kügelchen 7 verbunden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
Das in der oben beschriebenen Weise zusammengebaute Halblei­ tergehäuse wird verwendet, nachdem es einem elektrischen Eigenschaftstest unterworfen worden ist. Das Halbleitergehäuse wird in einer Oberflächenmontage-Weise oder in einer Einsetz­ weise an einer Leiterplatte unterschiedlicher Anwendungen oder Sätze montiert, je nach dem Typ, um eine gewünschte Betriebs­ art auszuführen.
Allerdings ist das vorstehend beschriebene herkömmliche Halbleitergehäuse, aufgrund der Verwendung komplexer Herstel­ lungsverfahrensschritte teuer. Da das metallische Tragplätt­ chen 2 in dem Gehäuse angeordnet ist, kann ein Bruch des Gehäuses aufgrund eines Unterschiedes in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Tragplättchen 2 auftreten, wenn das Gehäuse einem Wiederauf­ schmelz-Lötverfahren (Reflowsoldering) unterworfen wird. Des weiteren können die langgestreckten Metalldrähte 5 die elek­ trischen Eigenschaften des Halbleiterchips verschlechtern.
Bei diesem Halbleitergehäuse wird ein größeres Montagefeld benötigt, wenn das Halbleitergehäuse auf einer gedruckten Leiterplatte angebracht wird. Dies liegt daran, daß die Anschlüsse des Anschlußrahmens sehr weitgehend nach außen aus einem Gießabschnitt des Gehäuses abstehen. Darüber hinaus ist es unmöglich, die Halbleitergehäuse in einer gestapelten Weise zu montieren, da die Anschlüsse entlang der unteren Oberfläche jedes Halbleitergehäuses angeordnet sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung besteht daher darin, ein Halbleiterge­ häuse bereitzustellen, das Anschlußelemente anstelle eines Anschlußrahmens aufweist, wodurch es möglich ist, die Montage­ fläche zu verringern.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Halbleiter­ gehäuse bereitzustellen, das in der Lage ist, die Verwendung von Trimm- und Form-Verfahrensschritten zu erübrigen, wodurch die Gesamtverfahrensschritte vereinfacht werden und sich die Herstellungskosten verringern.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Halbleitergehäuses, das Anschlußelemente hat, die an unteren und oberen Oberflächen des Gehäuses nach außen hin freiliegen, um so eine gestapelte Montage und eine Speicherer­ weiterung zu ermöglichen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können diese Ziele durch Bereitstellen eines Halbleitergehäuses erreicht werden mit: einem Halbleiterchip, der eine Vielzahl von Anschlußflecken aufweist; einer Vielzahl von Anschlußele­ menten, die dazu eingerichtet sind, eine elektrische Verbin­ dung des Halbleiterchips mit einem externen Schaltkreis herzustellen, wobei jedes der Anschlußelemente eine gestufte (stufenförmige) Oberfläche oder Gestalt hat; Anschlußeinrich­ tungen zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips mit den Anschlußelementen; und einem Gießharz, das dazu eingerichtet ist, den Halbleiterchip und die Anschlußelemente zu umhüllen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele und Gesichtspunkte der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezug­ nahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen Halbleiter­ gehäuses zeigt;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Zustandes zeigt, in dem das herkömmliche Halbleitergehäuse auf einer gedruckten Leiterplatte montiert ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Halbleitergehäuses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zeigt, die einen Zustand erläutert, in dem das Halbleitergehäuse von Fig. 3 an einem Klebstreifen angebracht ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht zeigt, die einen Zustand erläutert, in dem das Halbleitergehäuse von Fig. 3 auf einer gedruckten Leiterplatte montiert ist; und
Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines Halbleitergehäuses gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung, die ein Halbleitergehäuse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, weist das Halbleitergehäuse eine Vielzahl von Anschlußelementen 20 auf, die an der oberen Oberfläche eines Polyimid-basierten Klebstreifens 10 ange­ bracht sind. Die Anschlußelemente 20 sind in zwei Reihen in einer einander gegenüberliegenden Weise an beiden Seiten des Polyimid-basierten Klebstoffstreifens 10 angeordnet. Jedes Anschlußelement 20 hat eine gestufte Gestalt, die eine erste Stufe 20a und eine zweite Stufe 20b aufweist, die auf einem höheren Niveau als die erste Stufe 20a angebracht ist. An den ersten Stufen 20a der Anschlußelemente 20 ist ein Halbleiter­ chip 1 mit Hilfe von isolierenden Bändern 30 befestigt. Der Halbleiterchip 1 ist mit all den zweiten Stufen 20b der Anschlußelemente 20 mit Hilfe von Metalldrähten 5 elektrisch verbunden. Das Halbleitergehäuse weist des weiteren eine gegossene Struktur auf, die durch Verwendung einer Gießzu­ sammensetzung 6 erhalten worden ist. In dem Halbleitergehäuse sind die oberen und unteren Oberflächen der Anschlußelemente 20 nach außen von der gegossenen Struktur freigelegt, die eine Höhe hat, die zwischen den oberen und unteren Oberflächen der Anschlußelemente 20 bestimmt ist.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Anschlußelemente 20, die an dem polyimid-basierten Klebstoffstreifen 10 befes­ tigt sind und mit dem Halbleiterchip 1 verbunden sind. Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines fortgesetzten (erweiterten) Zustandes von Halbleiterchips, die auf einer gedruckten Leiterplatte in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Das Anordnen der Halbleitergehäuse, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind auf einer gedruckten Leiterplatte wird durch lei­ tende Kügelchen (bumps) realisiert, die aus Blei (Pb) oder einer Blei-Zinn-Legierung (PbSn) hergestellt sind.
Bei der Herstellung des Halbleitergehäuses mit der obenstehend beschriebenen Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung, wird zuerst ein Befestigungsschritt einer Vielzahl von beab­ standeter Anschlußelemente 20 auf dem Polyimid-basierten Klebstoffstreifen 10 ausgeführt. Die Anschlußelemente 20 sind in zwei Reihen in einer einander gegenüberstehenden Weise auf beiden Seiten des Polyimid-basierten Klebstoffstreifens 10 angeordnet. Danach wird ein Klebeschritt ausgeführt, um an allen ersten Stufen 20a der Anschlußelemente 20 durch Ver­ wenden eines isolierenden Klebstoffs oder isolierenden Bändern anzukleben. Ein Verdrahtungs-Bond-Schritt wird dann ausge­ führt, um die zweiten Stufen 20b der Anschlußelemente 20 elektrisch mit den Anschlußflecken des Halbleiterchips 1 durch Verwendung von Metalldrähten 5 jeweils zu verbinden. Danach wird ein Gießschritt ausgeführt, um die erhaltene Struktur durch Verwendung einer Gießharzzusammensetzung 6 zu vergießen, um eine vergossene Struktur zu erhalten, die eine Höhe hat, die zwischen den oberen und den unteren Oberflächen der Anschlußelemente 20 definiert ist. Schließlich wird ein Schritt ausgeführt, um den Polyimid-basierten Klebstoffstrei­ fen 10 zu entfernen, der an den unteren Oberflächen der Anschlußelemente 20 befestigt ist.
Wenn die Kapazität des Halbleiterchips 1 zu erweitern ist, werden Halbleitergehäuse mit dem obenstehend beschriebenen Aufbau vertikal übereinandergestapelt. In diesem Fall werden leitfähige Kügelchen (bumps) 7 an der unteren Oberfläche jedes Anschlußelementes 20 jedes Halbleitergehäuses angebracht. Obwohl die Kapazität des Halbleiterchips 1 in der obenstehend beschriebenen Weise erweitert wird, tritt ein schlechter Kontakt beim Löten nur selten auf, da die untere Oberfläche jedes Anschlußelementes 20 eine größere Oberflächenabmessung hat als die obere Oberfläche jedes Anschlußelementes 20, wodurch ein größerer Rand bereitgestellt wird, um das leit­ fähige Kügelchen 7 anzubringen.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Halbleitergehäuses in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung. In Fig. 6 sind Elemente, die mit denen in Fig. 3 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen verse­ hen. Wie in Fig. 6 gezeigt, weist das Halbleitergehäuse eine Vielzahl von L-förmigen Anschlußelementen 20 auf, die an der oberen Oberfläche eines polyimid-basierten Klebstoffstreifens 10 angebracht sind. Jedes Anschlußelement 20 hat einen Halb­ leiterchip-Verbindungsabschnitt 20c. Die Anschlußelemente 20 sind in zwei Reihen in einander gegenüberliegender Weise an beiden Seiten des polyimid-basierten Klebstoffstreifens 10 angebracht. Mit den Verbindungsabschnitten 20c der Anschluß­ elemente 20 ist ein Halbleiterchip 1 elektrisch mit Hilfe von leitfähigen Kügelchen 7 verbunden. Das Halbleitergehäuse weist des weiteren eine vergossene Struktur auf, die durch Verwen­ dung einer Gießzusammensetzung 6 erhalten wird. In dem Halb­ leitergehäuse sind die oberen und unteren Oberflächen der Anschlußelemente 20 nach außen aus der vergossenen Struktur freigelegt, die eine Höhe hat, die durch die oberen und unteren Oberflächen der Anschlußelemente 20 definiert ist. In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist der Halbleiter­ chip 1 elektrisch mit den Anschlußelementen 20 durch leit­ fähige Kügelchen 7 in direkter Weise ohne Verwendung eines Draht-Bond-Prozeßschrittes verbunden. Dementsprechend ist es möglich, die Anzahl der Prozeßschritte und die Montagefläche durch die vorstehend beschriebene Ausführungsform zu ver­ ringern.
Bei der Herstellung des Halbleitergehäuses mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau von Fig. 6 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Schritt ausgeführt, bei dem eine Vielzahl von beabstandeten Anschlußelementen 20 auf dem polyimid-basierten Klebstoffstreifen 10 angebracht wird. Die Anschlußelemente 20 werden in zwei Reihen in einander gegenüberstehender Weise auf beiden Seiten des Polyimid-ba­ sierten Klebstoffstreifens 10 befestigt. Danach wird ein Schritt ausgeführt, um die Anschlußflecken, die an der unteren Oberfläche des Halbleiterchips 1 vorgesehen sind, mit dem jeweiligen Halbleiterchip-Verbindungsabschnitt 20c der Anschlußelemente 20 durch Verwendung der leitfähigen Kügelchen 7 elektrisch zu verbinden. Dann wird ein Gießschritt ausge­ führt, um die so erhaltene Struktur durch Verwendung einer Gießzusammensetzung 6 zu vergießen, um eine vergossene Struk­ tur zu erhalten, die eine Höhe hat, die zwischen den oberen und unteren Oberflächen der Anschlußelemente 20 definiert ist. Schließlich wird ein Schritt ausgeführt, um den Polyimid-ba­ sierten Klebstoffstreifen 10 zu entfernen, der an den unteren Oberflächen der Anschlußelemente 20 befestigt ist.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, stellt die vorliegende Erfindung ein Halbleitergehäuse mit Anschluß­ elementen dar, die in der Lage sind, äußere Anschlüsse überflüssig werden zu lassen, die nach außen von dem Gehäuse wegstehen, wenn das Gehäuse auf einer Leiterplatte montiert ist, wodurch sich die Montagefläche verringert. Da gemäß der vorliegenden Erfindung kein Tragplättchen verwendet wird, kann die Ausschußrate stark verringert werden. Die Packungsdichte des Halbleiterchips in dem Gehäuse ist ebenfalls verringert. Des weiteren verbessern sich die elektrischen Eigenschaften, da der Abstand zwischen dem Halbleiterchip und jedem Anschluß­ flecken verringert ist. Die vorliegende Erfindung macht auch die Verwendung von Trimm- und Form-Verfahrensschritten über­ flüssig. Als ein Ergebnis hiervon ist es möglich, einen Mikro-Spalt zu eliminieren, der während des Form-Verfahrens­ schrittes durch Kräfte hervorgerufen wird. Dies bedeutet auch eine Verbesserung der Gehäuse-Abdichtungseigenschaften. Die Anschlüsse sind nach außen an den oberen und unteren Ober­ flächen des Gehäuses freigelegt, so daß sie als Wärmeablei­ tungen dienen, um Wärme aus dem Gehäuse nach außen abzuführen. Wenn die Kapazität des Halbleiterchips ausgedehnt werden soll, kann die Vergrößerung der Kapazität dadurch erreicht werden, daß Halbleitergehäuse vertikal übereinander gestapelt werden und leitende Kügelchen aus Blei oder Blei-Zinn zur Verbindung verwendet werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann eine hochdichte Packung erzielt werden, da Anschlüsse beim Montieren des Gehäuses auf einer gedruckten Leiterplatte nicht abstehen. Wenn Halbleitergehäuse auf beiden Oberflächen einer gedruckten Leiterplatte oder einer Speicher­ karte angebracht werden, ist die Anbringung des Halbleiterge­ häuses und das Stapeln von Halbleitergehäusen für eine Spei­ chererweiterung auf beiden Seiten der gedruckten Schaltungs­ platine obere Oberfläche oder untere Oberfläche oder der Speicherkarte möglich, da die Anschlußelemente nach außen sowohl an der oberen als auch an der unteren Oberfläche des Halbleitergehäuses freiliegen. In anderen Worten ist ein oberes und unteres Konzept für das Halbleitergehäuse der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Zusätzlich ist kein nachfolgender Verarbeitungsschritt nach dem Gieß-Verfahrens­ schritt gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig. Dement­ sprechend ist es möglich, eine Wirkung verringerter Arbeits­ aufwendungen und verringertem Montageraum für eine Gehäuse­ montage zu erwarten.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zu erläu­ ternden Zwecken beschrieben worden sind, sind für Fachleute unterschiedliche Veränderungen, Zusätze und Ersetzungen möglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (13)

1. Halbleitergehäuse mit:
  • - einem Halbleiterchip (1) mit einer Vielzahl von An­ schlußflecken;
  • - einer Vielzahl von Anschlußelementen (20), die dazu eingerichtet sind, eine elektrische Verbindung des Halb­ leiterchips mit einem externen Schaltkreis herzustellen, wobei jedes der Anschlußelemente (20) eine gestufte Oberfläche aufweist;
  • - einer Verbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden des Halbleiterchips (1) mit den Anschlußelementen (20); und
  • - einem Gießharz (6), das dazu eingerichtet ist, den Halbleiterchip (1) und die Anschlußelemente (20) zu umhül­ len.
2. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, bei dem jedes der Anschlußelemente (20) eine stufenförmige Gestalt hat.
3. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, bei dem jedes der Anschlußelemente (20) eine L-förmige Gestalt aufweist.
4. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, bei dem jedes der Anschlußelemente (20) an seiner oberen und seiner unteren Oberfläche gegenüber dem Gießharz (6) freiliegt.
5. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, bei dem die Verbin­ dungseinrichtung eine Vielzahl von metallischen Drähten (5) aufweist.
6. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, bei dem die Verbin­ dungseinrichtung eine Vielzahl von leitfähigen Kügelchen (7) aufweist.
7. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, bei dem das Halbleiter­ gehäuse mit dem externen Schaltkreis durch leitfähige Kügelchen (7) verbunden ist und an dem externen Schalt­ kreis in einer gestapelten Weise angebracht ist.
8. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, bei dem die leitfähigen Kügelchen aus Blei (Pb) hergestellt sind.
9. Halbleitergehäuse nach Anspruch 7, bei dem die leitfähigen Kügelchen aus Blei-Zinn (PbSn) hergestellt sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitergehäuses, mit den Schritten:
  • - Anbringen einer Vielzahl von Anschlußelementen (20), die in zwei Reihen einander gegenüberstehen, an einer oberen Oberfläche eines Klebebandes (10), wobei jedes der Anschlußelemente eine erste Stufe (20a) und eine zweite Stufe (2 Ob) aufweist, die auf einem höheren Niveau als die erste Stufe (20a) angeordnet ist;
  • - Anbringen eines Halbleiterchips (1) an den ersten Stufen (20a) der Anschlußelemente (20) durch einen isolie­ renden Kleber;
  • - Verbinden der Anschlußflecken des Halbleiterchips (1) mit den zweiten Stufen (2 Ob) der Anschlußelemente (20) durch Metalldrähte (5) mit Hilfe eines Draht-Bond-Ver­ fahrens; und
  • - Vergießen der Anschlußelemente (20), des Halbleiter­ chips (1) und der Metalldrähte (5) durch eine Gießzusammen­ setzung (6), unter der Bedingung, daß die unteren und oberen Oberflächen der Anschlußelemente (20) gegenüber der Gießzusammensetzung (6) nach außen hin freiliegen.
11. Verfahren nach Anspruch 5, das des weiteren den Schritt aufweist, Entfernen des Klebstreifens (10) nach dem Gießschritt.
12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergehäuses mit den Schritten:
  • - Anbringen einer Vielzahl von Anschlußelementen (20) in zwei Reihen in einander gegenüberliegender Weise an einer oberen Oberfläche eines Klebstreifens (10), wobei jedes der Anschlußelemente (20) einen Halbleiterchip-Verbin­ dungsabschnitt (20c) aufweist;
  • - elektrisches Verbinden der Anschlußflecken des Halblei­ terchips (1) mit den jeweiligen Halbleiterchip-Verbin­ dungsabschnitten (20c) der Anschlußelemente (20) durch leitfähige Kügelchen (7); und
  • - Vergießen der so erhaltenen Struktur mit einer Gießzu­ sammensetzung (6) unter der Bedingung, daß die oberen und unteren Oberflächen der Anschlußelemente (20) gegenüber der Gießzusammensetzung (6) nach außen freigelegt sind.
13. Verfahren nach Anspruch 12, das des weiteren den Schritt des Entfernens des Klebstreifens (10) nach dem Gießschritt umfaßt.
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