DE68910215T2 - Automatische Bandmontage-Packung hoher Leistung vom Steckerstift-Typ. - Google Patents

Automatische Bandmontage-Packung hoher Leistung vom Steckerstift-Typ.

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Description

  • Diese Erfindung betrifft Chip-Packungen für integrierte Schaltungen und insbesondere automatische Bandmontage-Packungen, die für den Gebrauch mit Halbleiterchips hoher Verlustleistung ausgelegt sind.
  • Auf dem gegenwärtigen Stand der Technik häufen sich unterschiedliche Packungsanordnungen für Halbleiterchips. In den vergangenen Jahren haben die Kosten für solche Packungen die Kosten für die Chips in vielen Fällen überholt. Es entstand eine billige Packungstechnik, die als "automatische Bandmontage"-Packung ("Tape-Automated-Bonding", TAB) bekannt ist, und insbesondere zusammen mit integrierten Schaltungen geringer Kosten und Verlustleistung einsetzbar ist. TAB-Packungen verwenden ein Gewebe aus polymerem Material, das gewöhnlich als Trägerband bezeichnet wird, das streifenanschlußleiter trägt, die Verbindungen zwischen dem Chip und der Außenwelt herstellen. Das Trägerband durchläuft eine Reihe von Fertigungsstationen, von denen eine einen Chip auf einem Innenbündel von Streifenanschlüssen plaziert, wobei dieses Bündel dann mit den Anschlußpunkten auf dem Chip verbunden wird. Das Trägerband wird dann zu einer Station gebracht, bei der die aktive Fläche des Chips einschließlich der inneren Leitungskontakte mit einem passivierenden Material überzogen wird. Bei herkömmlichen Systemen wird das Band dann zu einer weiteren Station geleitet, bei der die äußeren Streifenanschlüsse Leiteranschlußpunkten auf der darunterliegenden Leiterplatte zugeordnet und mit diesen verbunden werden.
  • TAB-Packen ist naturgemäß billig. Jedoch ist seine Verwendung hauptsächlich auf Schaltkreise mit geringer Verlustleistung beschränkt, da es schwierig ist, Kühlkörper an diesen Aufbauten anzubringen, wenn die Packungen ihre Eigenschaft, geringe Kosten zu verursachen, beibehalten sollen.
  • Zusätzlich zu ihren geringen Kosten weist TAB-Packen eine wichtige Temperaturkompensationseigenschaft auf, die nicht gleich ersichtlich ist. Die herkömmliche TAB-Packung ist nur durch ihre äußeren streifenanschlüsse mit der darunterliegenden Leiterplatte verbunden. Gibt es nun bei den Ausdehnungs-/Kontraktions- Eigenschaften Unterschiede zwischen der unterliegenden Leiterplatte und dem Trägerband, befähigt die Flexibilität der Packung diese, mit diesem Phänomen fertig zu werden, wodurch Kontaktbrüche vermieden werden, die bei einem starreren Packungssystem auftreten könnten.
  • Ein Nachteil der TAB-Packung besteht darin, daß sie von Natur aus ohne wesentliche Änderungen und/oder Modifikationen an ihrem Aufbau nicht steckbar ist (d. h. sie kann in keine Buchse gesteckt werden).
  • In US-A-3 846 825 wird eine Packung beschrieben, bei der ein Halbleiterchip mit Metallmustern auf einer isolierenden, flexiblen Folie verbunden wird. Der Aufbau wird auf einen keramischen Träger aufgebracht, der eine dem Chip angepaßte Öffnung besitzt. Eine leitende Wärmeabführvorrichtung auf der Rückseite des keramischen Trägers steht mit der nicht aktiven Seite des Chips in Kontakt, wodurch sie einen Kühlkörper darstellt. Um die Packung "steckbar" zu machen, sind die metallischen Leiter auf der Folie an entsprechende metallische Leiter gelötet, die von Steckstiften herausragen, die durch den keramischen Träger laufen und dazu ausgelegt sind, in eine Buchse gesteckt zu werden. Die Verwendung von Steckstiftverbindungen und der Metallträger, der die Steckstifte trägt, stellen einen unerwünschten, zusätzlichen Kostenfaktor bei der Packung dar.
  • In US-A-4 147 889 wird ein anderer Chip-Trägeraufbau gezeigt, bei dem ein dünnes Dielektrikum mit Streifenanschlüssen darauf zu einem schalenförmigen Behälter geformt wird. Die Chip-Kontaktpunkte sind mit diesen Leitern durch "fliegende" Lötverbindungen verbunden. Der Behälter hat flexible Flansche, die dazu benutzt werden, den Aufbau auf eine Leiterplatte zu montieren. Da die Packung durch relativ dünne, metallische Flansche an ihrem Platz gehalten wird, sind ihre Wärmeabführeigenschaften beschränkt. Darüber hinaus gibt es keine Anweisung für irgendwelche Mittel, um die Packung steckbar zu machen.
  • In US-A-4 132 856 wird eine integrierte Schaltungspackung beschrieben, bei der ein Trägerband/Chip-Aufbau auf einen Kühlkörper gesetzt ist. Der Aufbau ist dann eingekapselt, wobei die äußeren Kontakten für die Zusammenschaltung zur Verfügung stehen. Die Einkapselung der Packung beseitigt die Flexibilitätseigenschaften der TAB-Packung und macht die äußeren Lötverbindungen im Fall unterschiedlicher Ausdehnung/Kontraktion zu den verbundenen Kontaktpunkten auf der Leiterplatte sehr viel bruchanfälliger.
  • Demzufolge ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, wie beansprucht eine verbesserte TAB-Packung zu liefern, die die Abführung großer Verlustleistungen vom eingebauten Chip ermöglicht.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, eine steckbare TAB-Packung zur Verfügung zu stellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, eine verbesserte TAB-Packung zu liefern, die sich an unterschiedliche Ausdehnung/Kontraktion an ihren Verbindungspunkten anpaßt.
  • Die vorliegende Erfindung liefert gemäß Anspruch 1 eine TAB- Packung, die eine flexible, dielektrische Schicht mit einer Außenkante, Rück- und Vorderseite und einer Öffnung umfaßt. Die Vorderseite ist, wie es üblich ist, mit einer Vielzahl von Streifenanschlüssen versehen, dessen Anschlußleiter sich in die Öffnung erstrecken und mit dem Halbleiterchip verbunden sind. Vorgesehen ist eine Wärmeleitkörper-Vorrichtung, in die eine Vertiefung eingearbeitet ist, wobei die Vertiefung durch eine Randwölbung definiert ist, die den Außenrand der Vorrichtung umschließt. Der Halbleiterchip ist thermisch mit der Wärmeleitkörper-Vorrichtung verbunden, und die flexible, dielektrische Schicht ist so geformt, daß sie der Oberfläche der Vertiefung angepaßt ist und über deren Rand hinausreicht, wobei sich die streifenanschlüsse ebenfalls dem Vertiefungs- und Randaufbau anpassen. Die Streifenanschlüsse stehen dadurch für elektrische Anschlüsse in der Nähe des Randes bereit. Es sind auch Vorrichtungen vorgesehen, um die Außenkante der Schicht mit der Wärmeleitkörper-Vorrichtung so zu verbinden, daß eine Biegung der Schicht im Fall unterschiedlicher Ausdehnung oder Kontraktion an den Verbindungspunkten möglich ist.
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung zusammen mit ihren weiteren Aufgaben, Vorteilen, und Fähigkeiten werden im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Abbildungen beschrieben, wobei
  • Fig. 1 eine isometrische Explosionszeichnung der Wärmeleitkörper-Vorrichtung und des TAB-Trägers/Chips vor dem Zusammenbau ist;
  • Fig. 2 ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 nach dem Zusammenbau und dem Anbringen der Packung auf einer Leiterplatte ist;
  • Fig. 3 ein Querschnitt einer steckbaren Packung ist, die die Erfindung verkörpert, wobei ein einteiliger Kühlkörper eingesetzt wird; und
  • Fig. 4 ein Querschnitt durch einen Teil der Packung ist, der eine Modifikation zeigt, die eine relative Bewegung zwischen dem wärmeleitenden Körper und dem TAB-Träger ermöglicht.
  • Unter Bezug auf Fig. 1 wird nun eine isometriche Ansicht des wärmeleitenden Körpers 10 und dem Trägerband/Chip-Aufbau vor dem Zusammenbau gezeigt. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den wärmeleitenden Körper 10 entlang der Linie 2-2, nachdem er mit dem Trägerband/Chip-Aufbau 12 zusammengesetzt ist. Der wärmeleitende Körper 10 enthält einen gerippten Kühlkörper 13, die in dem isolierenden Sockelbauteil 14 sitzt und von diesem gehalten wird. Ein Teil des Sockelbauteils 14 ist aufgeschnitten, um seinen inneren Aufbau sichtbar werden zu lassen.
  • Der Kühlkörper 13 besitzt einen nach unten hervorstehenden Teil 16, der in die Öffnung 15 durch den mittleren Bereich des Sockelbauteils 14 paßt. Das Sockelbauteil 14 besitzt eine in seine Unterseite eingearbeitete Vertiefungszone 18, so daß sein unterster Rand eine Umrandung 20 um die Vertiefungszone bildet. Die Oberseite des Sockelbauteils l4 besitzt eine Öffnung, in der der Kühlkörper 13 sitzt. Eine gerillte Wölbung 22 ist um den oberen Außenrand des Sockelbauteils 14 herumgezogen. Die Größe der Rillenöffnung 19 in der Wölbung 22 ist etwas größer als die Dicke des Trägerbands 30. An jeder Ecke des Sockelteils 14 ist eine Öffnung 23 in die Vertiefungszone 18 hinein vorgesehen. Die Öffnungen 23 bilden einen Zugang zur einfachen Reinigung von Flußmittel, wenn die Packung an eine gedruckte Leiterplatte gelötet wird.
  • An der Unterseite des Trägerbandes 30 ist eine Vielzahl von Streifenanschlüssen 31 befestigt. Die inneren Leiterteile reichen in die Öffnung 32 hinein und sind mit dem Chip 34 verbunden, wobei sie einen elektrischen Kontakt zu ihm herstellen. Die äußeren Teile der Leiter 31 enden, bevor sie den Außenrand des Trägerbandes 30 erreichen. Ein einkapselndes Material 36 bedeckt die aktive Seite des Chips 34 und passiviert seine Anschlußpunkte. Die Zwischenzonen 35 wurden aus dem Trägerband 30 entfernt, um die Biegung der Streifenanschlüsse 31 um den Außenrand 20 zu ermöglichen, wenn der wärmeleitende Körper und der Trägerband/Chip-Aufbau 12 zusammengefügt werden.
  • Vor dem Zusammenfügen des Trägerband/Chip-Aufbaus 12 mit dem wärmeleitenden Körper 10 wird eine Schicht aus wärmeleitendem Klebstoff 38 auf die Oberseite des Chips 34 aufgetragen (siehe Fig. 2). Zusätzlich wird ein Klebstoff 40 um den Rand des Trägerbandes 30 gelegt. Es ist zu beachten, daß die Randzonen des Trägerbandes 30 entfernt worden sind, so daß Stege geschaffen werden, die unabhängig voneinander gebogen bzw. geformt werden können.
  • Um die Schaltungspackung zusammenzufügen, wird ein Formgebungswerkzeug (nicht abgebildet) angehoben, um mit der Bodenseite des Trägerband/Chip-Aufbaus 12 aus der durch den Pfeil 42 gekennzeichneten Richtung in Kontakt zu treten. Wenn sich der Trägerband/Chip-Aufbau l2 nach oben bewegt, kommen die Oberseite des Chips 34 und der wärmeleitende Klebstoff 38 mit dem nach unten hervorstehenden Teil 16 des Kühlkörpers 13 in Kontakt. Gleichzeitig wird jeder der Stege des Trägerbandes 30 um eine entsprechende Randzone 20 gelegt. Der äußerste Rand jedes Stegs und seine Klebeschicht 40 werden dabei mit der Wandoberfläche 21 des Sockelbauteils 14 in Kontakt gebracht. Zusätzlich wird der Rand jedes Stegs in die jeweilige gerillte Wölbung 22 eingeführt. Der Aufbau wird solange unter Druck gehalten, bis der Klebstoff 40 dafür sorgt, daß das Trägerband 30 an den Wandflächen 21 des Sockelbauteils 14 klebt, und der Klebstoff 38 dafür sorgt, daß der Chip 34 am Teil 16 des Kühlkörpers 13 klebt.
  • Wie Fig. 2 entnommen werden kann, sind die einzigen starr verbundenen Punkte zwischen dem Trägerband/Chip-Aufbau 12 und dem wärmeleitenden Körper 10 der wärmeleitende Klebstoff 38 und der Klebstoff 40. Der Vertiefungsbereich 18 des Sockelbauteils 14 sorgt für einen Versatz 42, so daß der Chip 34 und die dazugehörigen Verdrahtungen von jeder tragenden Leiterplatte oder leitenden Kontaktpunktbereichen ferngehalten wird. In Fig. 2 wird die Schaltungspackung mit leitenden Kontaktpunkten 50 zusammengelötet gezeigt, welche wiederum auf der Leiterplatte 52 liegen. Da das Trägerband 30 nur durch den Klebstoff 40 mit dem Sockelbauteil 14 verbunden ist, kann sich das Trägerband 30 relativ zum Bauteil 14 bewegen, um jegliche Spannungen abzubauen und Brüche der Schaltungsverbindungen zu vermeiden, sollten zwischen der Leiterplatte 52 und einem beliebigen Teil der Schaltungspackung unterschiedliche thermische Ausdehnungen auftreten.
  • Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau ist nun, bezugnehmend auf Fig. 3, abgeändert, um einen einteiligen Kühlkörper 60 einzubeziehen. In diesem Beispiel besitzt der Kühlkörper 60 eine Außenform, die mit der Außenform des wärmeleitenden Körpers 10, der in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, identisch ist, allerdings besteht sie nur aus einem einzigen Metallblock. Als Folge davon ist der Kühlkörper 60 zwar etwas schwerer, bietet dafür jedoch wirksamere Wärmeabführeigenschaften. Eine zusätzliche Schicht aus isolierendem Material 55 umringt den Randbereich 20 und bewirkt daß die Leiter 31 vom metallischen Kühlkörper 60 isoliert sind. Anstatt die Leiter 31 direkt an die gedruckte Leiterplatte 52 anzuschließen, wird zusätzlich eine Buchse 61 gezeigt, die mit einer Vielzahl von Kontakten 62 versehen ist. Wenn der Schaltungspackungsaufbau in die Buchse 61 gesteckt wird, sind die Leiter 31 mit den Kontakten 62 verbunden und ermöglichen die Kommunikation mit dem Chip 34. Es ist zu beachten, daß die beiden in den Fig. 2 und 3 gezeigten Aufbauten jeweils steckbare TAB- Packungen bereitstellen.
  • In Fig. 4 ist eine Modifikation der in den Fig. 1-3 gezeigten Schaltungspackungen dargestellt, die bei größeren Relativbewegungen zwischen dem Trägerband/Chip-Aufbau 12 und dem wärmeleitenden Körper 10 vorgesehen ist. In diesem Fall ist absichtlich ein kleiner Zwischenraum 100 zwischen den streifenanschlüssen 31 und dem Rand 20 (einschließlich des isolierenden Materials 55) gelassen, wenn das Trägerband 30 und die Streifenanschlüsse 31 darüber gebogen werden. Dieser Zwischenraum erlaubt eine größere Relativbewegung zwischen den leitertragenden Elementen der Schaltungspackung und dem Kühlkörper.

Claims (8)

1. Eine TAB-Schaltungspackung, die folgendes umfaßt:
eine flexible, dielektrische Schicht (30) mit einem Außenrand, Vorder- und Rückseite und einer Öffnung (32), wobei die Vorderseite mit einer Vielzahl von daran befestigten Streifenanschlüssen (31) versehen ist, die inneren Leiterteile der Streifenanschlüsse in die Öffnung hineinragen und die äußeren Leiterteile der Streifenanschlüsse enden, bevor sie den Außenrand der flexiblen, dielektrischen Schicht erreichen;
einen Halbleiterchip (34), der sich in der Öffnung (32) befindet und eine Vorder- und Rückseite besitzt, wobei die Vorderseite mit den Streifenanschlüssen verbundene, elektrische Kontakte besitzt, wobei der Chip so ausgerichtet ist, daß seine Rückseite und die Rückseite der dielektrischen Schicht in gleicher Weise ausgerichtet sind;
eine Wärmeleitkörper-Vorrichtung (10), die eine in eine ihrer Oberflächen eingearbeitete Vertiefung (18) besitzt, wobei die Vertiefung durch einen Außenrand (20) gebildet wird, die Rückseite des Halbleiterchips in der Vertiefung mit der Wärmeleitkörper-Vorrichtung wärmeleitend verbunden ist und die Rückseite der flexiblen, dielektrischen Schicht so geformt ist, daß sie der Vertiefung und dem Außenrand angepaßt ist, wobei die Streifenanschlüsse ebenfalls der Vertiefung und dem Außenrand angepaßt sind und dabei für elektrische Verbindungen an ihren äußeren Leiterteilen in der Nähe des Außenrandes zur Verfügung stehen; und
die Außenkante der flexiblen, dielektrischen Schicht (30), die an der Wärmeleitkörper-Vorrichtung (10) an einer äußeren
Wandoberfläche (21) des Außenrandes (20) mit Hilfe eines wärmeleitenden Klebstoffs (40) befestigt ist, um die Biegung der Streifenanschlüsse (31) im Fall unterschiedlicher thermischer Ausdehnung oder Kontraktion zwischen einem elektrischen Anschlußpunkt auf den äußeren Leiterteilen und einem beliebigen Teil der Schaltungspackung zu ermöglichen.
2. Schaltungspackung aus Anspruch 1, wobei die Zwischenbereiche (35) der flexiblen, dielektrischen Schicht (30) entfernt sind, um das Biegen der Streifenanschlüsse (31) über den Außenrand (20) zu ermöglichen.
3. Schaltungspackung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeleitkörper-Vorrichtung (10) einen gerippten Kühlkörper (13, 60) enthält, der wärmeleitend mit dem Chip verbunden ist.
4. Schaltungspackung aus einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Wärmeleitkörper-Vorrichtung (10) folgendes umfaßt:
ein isolierendes Sockelbauteil (14), das die Vertiefung (18) und den Außenrand (20) bildet und in seinem mittleren Bereich eine Öffnung (15) besitzt; und
einen in das Sockelbauteil (14) eingesetzten Kühlkörper (13), der ein hervorstehendes Teil (16) besitzt, der in die Öffnung (15) im Sockelbauteil (14) paßt und wärmeleitend mit dem Chip verbunden ist.
5. Schaltungspackung aus Anspruch 4, wobei an der äußeren Wandoberfläche (21) des Außenrandes (20) des Sockelbauteils (14) eine gerillte Wölbung angebracht ist, um die Außenkante der flexiblen, dielektrischen Schicht (30) aufzunehmen.
6. Schaltungspackung aus Anspruch 2, wobei die Wärmeleitkörper-Vorrichtung (10) einen einteiligen Kühlkörper (60) enthält, der aus einem einzigen Metallblock besteht und den Außenrand (20) und die Vertiefung (18) bildet, und wobei ein isolierendes Material (55) den Außenrand (20) umschließt, um die streifenanschlüsse (31) von dem Kühlkörper (60) zu isolieren.
7. Schaltungspackung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Zwischenraum (100) zwischen den Streifenanschlüssen (31) und dem Außenrand (20) bleibt, um eine Relativbewegung zwischen ihnen zu ermöglichen.
8. Schaltungspackung aus einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die äußeren Leiterteile der Streifenanschlüsse (31) durch eine Buchse (61), die mit einer Vielzahl von Kontakten (62) ausgestattet ist, direkt mit einer Leiterplatte (52) verbunden sind.
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