JP2005514846A - 構造高の小さいカプセル化された構成素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の構成素子の概略的横断面を示す。
図2は、種々の変形実施例での概略的横断面の一部を示す。
図3は、チップを載置する前の支持体基板を示す。
図4は、チップとハンダフレームが載置された支持体基板を示す。
図5は、ハンダ付け可能な端子面を有する切欠部の種々の実施例を示す。
図6は、チップを支持体基板上に載置する間の種々の方法ステップを概略的横断面で示す図である。
図7は、ハンダフレームを接続するためのさらなる金属化部の横断面を示す図である。
図8は、金属化部の上に取り付けられたハンダフレームの概略的横断面である。
図9は、ビーム法によりチップの層厚と支持体基板の層厚をチップ間の領域でどのように低減するかを概略的横断面に示す図である。
図10は、チップが斜め切りされたエッジにより直接ハンダフレームにどのように載置されるかを概略的横断面に示す図である。
図11は、単層支持体基板を有する本発明の実施例を概略的横断面に示す図である。
多層支持体基板TSはセラミックのグリーンシートから作製される。グリーンシートには所要の金属化部がプリントされ、この金属化部は後で多層基板の個々の層の間に来る。このためには例えばAg/Pd含有ペーストが適する。貫通接触接続のための開口部(ビア)と、バンプBUを収容するための切欠部ANは例えば打ち抜きによりすでにグリーンシートに形成しておくことができる。電極パターンの設けられたグリーンシートは引き続きラミネートされ、焼成される。実施例ではすでにグリーンシートに取り付けられたビアを充填剤により閉鎖し、この充填剤を焼成後に再び除去することができる。このために以下の方法コンビネーションが可能である。
a)ビアに酸化アルミニウムを充填し、焼成後に酸化アルミニウムをビームプロセスにより除去する。
b)ビアに酸化鉛を充填し、焼成後に酸化鉛を酢酸による溶解によって除去する。
c)ビアに炭素含有物質を充填し、焼成後にこの物質または残留物を酢酸による溶解によって除去する。
構成素子構造体BSの設けられたチップCHはすでに、ハンダ付け可能な金属化部およびアース被覆部も含めて、構成素子構造体BSの材料でもある物質から予め形成されている。この物質はとりわけアルミニウム、アルミニウム含有合金またはアルミニウムと銅層を含む多層構造体である。ハンダ付け可能な金属化部LMをチップの上に作製するため、予め形成された構造体そのために設けられた個所で補強され、このために有利にはまずフォトラッカーマスクが被着され、構造化される。続いてハンダ付け可能な金属化部LMが層構造体Ti/Pt/Auの形態で例えばスパッタリングまたは蒸着により被着される。ハンダ付け可能な金属化部LMの全体構造は続いて例えば400nmの層厚を有する。これはその下にある、構成素子構造体に対するアルミニウム含有金属化部と同じ厚さである。
a)金属化部を取り付ける前にチップ表面をハンダ付け可能な金属化部の領域で粗化する。
b)金属化部を構造化して、ハンダ付け可能な金属化部に打ち抜き構造、ストライプ構造、格子構造、またはふるい状構造が発生するように取り付け、それらの亀裂部にチップの表面が露出されるようにする。
実施例の一部分で設けられるフレームRAは支持体へのチップ間隔h2を保証する。このフレームRAはチップCHの表面または支持体基板TSの上側層OSの表面に取り付けることができる。チップに取り付けられるフレームは有利にはプラスチックフレームとして構成され、支持体基板に構成されるフレームは有利には金属化部またはスクリーンプリントペーストの形態で実現される。スクリーンプリントペーストは導電性とすることができる。支持体基板上のこの金属化部に対しては、ハンダ付け可能な端子金属化部に対して適する前記の金属層シーケンスが有利である。薄いチタン層を介して無電流で銅を約1〜2μmの厚さで被着することができる。銅を電解的に補強することも可能である。これは10〜20μmの厚さの銅層および/または10μmまでの厚さの中間層により行われる。
ハンダ付け可能な端子面AFは上側層OSの切欠部の底部に作製される。ベース金属化部は銀/パラジウムペーストを用いてプリントされた導体路、ないしは上側層と下側層との間の配線構造体とすることができる。または択一的に下側層USを通る貫通接触接続部DKの上側端子から形成することもできる。貫通接触接続部DKは通常、同じように銀/パラジウムペーストにより閉鎖されている。ハンダ付け可能な端子面AFは次に金属化部の露出後に、切欠部へ電解的にまたは無電流で、銅/金層またはニッケル/金層により補強して作製される。金属化部の補強は切欠部ANを貫通して行うことができる。
バンプは上側層OSの切欠部に形成することができる。この場合、以下の方法ステップが適する:
a)SnPb,SnAg,SnCu,SnAgCu,SnAuを電解的に析出し、引き続き溶解する。このとき相応の合金が発生する。
b)ハンダペーストをスクリーンプリントまたはステンシルプリントし、引き続きリフロープロセスによりハンダを溶解する。
c)ハンダペーストをドクターで均すことによりハンダを充填することのできる切欠部をステンシルとして使用し、これを引き続きリフロープロセスで溶解する。
d)適切な大きさのハンダボールを振動圧縮し、引き続きリフロープロセスを実行する。このときハンダボールは、溶解されたハンダボールが切欠部ANの底部まで降下し、そこに存在する端子面に接触接続するように選定される。
e)レーザバンピングする。
f)ハンダシートからシリンダを切欠部の上に配向して直接打ち抜く。
a)すでに上に述べたハンダ塊を電解的に析出し、続いて溶解する。
b)ハンダデポをハンダ付け可能な金属層LMにステンシルプリントし、引き続き溶解する。このとき他の金属化部(構成素子構造体)の電極パッシブ化をハンダストップマスクとして用いる。
c)レーザバンピングする。
チップまたは支持体基板上でのバンプの配置に応じて、バンプされたチップは、このバンプが切欠部に配置されるように支持体基板の上に載置される。択一的にチップを切欠部に存在するバンプに載置し、これによりバンプがハンダ付け可能な金属化部と接触するようにする。続いてリフロープロセスが実行される。このときバンプ容積とUBMの面積(ハンダ付け可能な金属化部LMおよび/または切欠部AN)との比は、ハンダ付けがバンプの収縮を引き起こし、この収縮がチップを支持体基板ないしフレームに載置するのに十分であるように調整する。支持体基板ないしフレームに載置した後、チップは安定化され、チップ、バンプおよび支持体基板の種々異なる熱膨張によるバンプの負荷が格段に低減され、バンプ直径が縮小される。その際にハンダ付けおよび構成素子の安定性が損なわれることはない。同様に有利にはフレームの厚さと上側層OSの厚さは、2つの層が共に1つの熱膨張特性を生じるように相互に整合されており、この熱膨張特性はバンプの熱膨張特性とほぼ同じである。このようにしてさらにバンプの有害な引っ張り負荷が回避される。
チップを支持体基板上にハンダ付けした後、チップ裏側の全面および支持体基板の表面に金属化部が例えばスパッタリングにより取り付けられる。このためにとりわけ厚さ100〜200μmのチタンが適する。この層は引き続き銅および/またはニッケルにより約2〜20μmの厚さに補強される。耐酸化性があり、ハンダと良好に濡れる表面層としてここでは薄い金層を閉鎖層として取り付けることができる。これは例えば蒸着またはスパッタリングにより行われる。続いてこの金属化部を構造化することができ、これにより金属化部はハンダフレームに当接すべき個所にだけ残る。
ハンダ付けの後、チップを薄くして全体でさらに低い構造高を達成することができる。取り扱いの理由から構成素子機能に対して不要な250μmの大きな厚さを有するチップ(圧電結晶)を50〜100μmまでの厚さに薄くすることができる。薄化のためにはとりわけ直径<50μmの酸化アルミニウム粒子による粒子流が適する。チップを研磨することも可能である。フレームまたは支持体基板上のチップの確実な載置は、薄化の間にチップの損傷が発生しないことを保証する。なぜならチップはフレームによって十分に安定化されているからである。粒子流により処理する前に、柔らかいレジストマスク、例えばフォトラッカーマスクにより除去を阻止すべき領域を覆うことができる。しかしチップの薄化と同時に支持体基板の領域を取り除くか、またはこの領域をビーム法によって完全に分離することも可能である。この場合はチップを前もって同様にマスクにより覆うことができる。
Claims (26)
- 構成素子構造体を支持するチップ(CH)と、支持体基板(TS)とを有し、
前記チップは、表面で構成素子構造体(BS)と接続されたハンダ付け可能な金属化部(LM)を有し、
前記支持隊基板は下側表面に端子面(AF)を、チップの構成素子構造体および導体路との導電接続のために有し、
該導体路は端子面(AF)と接続されており、
前記端子面はそれぞれ少なくとも部分的に支持体基板(TS)にある切欠部(AN)の底部に露出されている形式の構成素子において、
チップ(CH)はフリップチップ構成で、切欠部(AN)に配置されたバンプ接続部(BU)によって取り付けられており、
該バンプ接続部は、チップ上のハンダ付け可能な金属化部(LM)と支持体基板(TS)上の端子面(AF)を電気的に接続し、
チップは少なくとも部分的に支持体基板上に載置されている、
ことを特徴とする構成素子。 - 多層支持体基板(TS)を有し、該多層支持体基板は少なくとも1つの上側層(OS)および下側層(US)を有し、
端子面(AF)は下側層の表面に配置されている、請求項1記載の構成素子。 - 支持体基板(TS)の切欠部(AN)は下方からハンダ付け可能なコンタクト(KO)により閉鎖されており、
該コンタクトは、支持体基板の下側で切欠部の上に配置されている、請求項1記載の構成素子。 - チップ(CH)は圧電基板上で、SAW構成素子、FBABレゾネータ、BAWレゾネータ、またはSCFフィルタとして構成されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の構成素子。
- チップ(CH)または支持体基板(TS)の上にはフレーム(RA)が設けられており、
構成素子構造体(BS)の一部は中空空間に配置されており、
該中空空間は、フレームおよび相互に向き合うチップと支持体基板の2つの表面により取り囲まれており、
フレームはチップと支持体基板に対する窪みを形成し、
支持体基板とチップとの間の接触面は閉鎖されたハンダフレーム(LR)により周回されて密閉されている、請求項4記載の構成素子。 - フレーム(RA)はプラスチックまたは金属化部から形成されており、該金属化部はチップ(CH)または支持体基板(TS)に設けられている、または
フレームは、支持体基板(TS)に設けられた凹部(VT)への境界であり、該凹部の深さ(h2)は中空空間に配置された構成素子構造体の高さに少なくとも相当する、請求項5記載の構成素子。 - フレーム(RA)は支持体基板(TS)の表面に金属化部として構成されており、支持体基板を指すチップエッジに沿ってかつその下方に周回して配置されており、
フレームとチップ(CH)との間の境界面は閉鎖されたハンダフレーム(LR)により周回されて密閉されている、請求項5または6記載の構成素子。 - 支持体基板(TS)の下側層(US)には貫通接触接続部(DK)が設けられており、
該貫通接触接続部には導電物質が充填されており、
貫通接続部の表面は端子面(AF)を形成する、請求項1から7までのいずれか1項記載の構成素子。 - 支持体基板(TS)は反りの小さいLTCCセラミックである、請求項1から8までのいずれか1項記載の構成素子。
- 支持体基板(TS)の下側にはSMD機能を有する端子金属化部(KO)が設けられており、
該端子金属化部は貫通接触接続部(DK)を介して、少なくとも2層の支持体基板の2つの層(US,OS)の間に配置された配線部と個々の端子面(AF)の間で接続されているか、または端子面と直接接続されている、請求項1から9までのいずれか1項記載の構成素子。 - チップ(CH)は少なくともその下側エッジの領域で金属化されており、支持体基板(TS)は少なくともチップの下側エッジ下方のストライプにおいて金属化されており、
当該金属化部は、金属Al,Ni,Cu,Pt,またはAuの少なくとも1つを含む、請求項1から10までのいずれか1項記載の構成素子。 - チップ(CH)の裏側にラッカー層が全面で被着されており、該ラッカー層は文字を形成するために選択的に除去される、請求項1から11までのいずれか1項記載の構成素子。
- ラッカー層の下方には、該ラッカー層に対して光学的にコントラストを形成する付加的層が設けられている、請求項12記載の構成素子。
- チップ(CH)の外側エッジは斜め切りされており、チップは支持体基板8TS)に向かって先細になっている、請求項1から13までのいずれか1項記載の構成素子。
- カプセル化された構成素子の製造方法において、
・多層の支持体基板(TS)を設け、該多層支持体基板は深さ(h1)のある切欠部(AN)を有し、当該切欠部内にハンダ付け可能な端子面(AF)が露出されており、
・構成素子構造体の表面に、これと接続されたハンダ付け可能な金属化部(LM)を有するチップ(CH)を設け、
・チップまたは支持体基板の表面に深さh2のある凹部(VT)を、高さh3のある構成素子構造体を収容するために形成し
・ハンダ付け可能な端子面またはハンダ付け可能な金属化部に高さh4のあるバンプを形成し、ここで
h4>(h1+h2) であり、
・チップ(CH)をフリップ築港湖Usウェイで支持体基板(TS)に載置し、ハンダ付けし、ハンダ付け可能な端子面(AF)がバンプ(BU)を介してハンダ付け可能な金属化部(LM)と接続されるようにし、
ここでチップは、溶融に起因してバンプが高さh1+h2に焼成される際に支持体基板まで降下し、そこに当接し、
構成素子構造体(BS)は、凹部(VT)により形成され、チップまたは支持体基板により覆われた高さh2の中空空間内に配置されている、
ことを特徴とする製造方法。 - 支持体基板(TS)上には第1のコンタクト金属化部(M)がチップ下側エッジの領域に形成され、
チップ(CH)上には載置面とチップ端面との間の領域に第2のコンタクト金属化部が形成され、
チップを周回するハンダフレーム(LR)が第1のコンタクト金属化部と第2のコンタクト金属化部を接続するために形成される、請求項15記載の方法。 - 構成素子構造体との表面に向かって先細になっており、斜め切りされた側面エッジを有するチップを使用し、
ハンダフレームを、チップを支持体基板に載置する前に形成し、
ハンダ付けの際にチップの側面エッジをそこに存在する金属化部と共にハンダフレームに載置し、該ハンダフレームとハンダ付けする、請求項15または16記載の方法。 - バンプ(BU)をチップ(CH)のハンダ付け可能な金属化部(LM)の上、または支持体基板(TS)のハンダ付け可能な端子面(AF)の上に形成し、当該形成は
a)電解的析出、
b)スクリーンプリントまたはステンシルプリント、
c)ハンダペーストを支持体基板の切欠部に均す、
d)ハンダボールを切欠部へ振動圧縮する、
e)レーザバンピング、
f)ハンダシートを切欠部の上に打ち抜く、
により行う、請求項15から17までのいずれか1項記載の方法。 - 少なくとも1つの上側層(OS)と下側層(US)を有する支持体基板(TS)を使用し、ハンダ付け可能な端子面(AF)に対して下側層に切欠部を形成し、該切欠部に導電物質を充填し、ないしはハンダ付け可能な被覆を設け、該ハンダ付け可能な被覆はハンダ付け可能な端子面(AF)であり、該端子面を上側層(OS)の切欠部(AN)に露出させる、請求項15から18までのいずれか1項記載の方法。
- 上側層における切欠部(AN)の底面積は、下側層(US)の表面上のハンダ付け可能な端子面(AF)の面積よりも大きく選択されており、
バンプ(BU)の断面積は切欠部(AN)の断面積よりも小さく選択されている、請求項15から19までのいずれか1項記載の方法。 - ハンダ付けし、ハンダフレーム(LR)を形成した後、チップ(CH)の裏側から粒子流法を用い、または研磨により材料を除去し、チップを薄くする、請求項15から20までのいずれか1項記載の方法。
- チップ(CH)を面積の大きな支持体基板(TS)に取り付け、続いて支持体基板をチップ間で分離することにより構成素子またはモジュールに個別化する、請求項15から21までのいずれか1項記載の方法。
- 個別化をビーム法によって行い、その際にハンダフレーム(LR)をマスクとして用いる、請求項22記載の方法。
- 支持体基板(TS)として多層セラミックを使用し、
切欠部を多層セラミックの上側層(OS)に、焼成前に形成し、充填剤を充填し、
充填剤を焼成後に再び除去する、請求項15から23までのいずれか1項記載の方法。 - 切欠部(AN)に充填剤を充填し、再び除去するために以下の方法コンビネーションを選択する:
a)Al2O3を充填し、ビームプロセスによりAl2O3を除去する、
b)PbOを充填し、酢酸による溶解によってPbOを除去する、
c)炭素含有物質を充填し、酢酸による溶解によって炭素含有物質を除去する、
請求項24記載の方法。 - ハンダ付け可能な金属化部(LM)上でのバンプ(BU)の付着性を次のステップaまたはbにより改善する:
a)金属化部を取り付ける前に、チップ表面をハンダ付け可能な金属化部の領域で粗化する、
b)金属化部を構造化して、ハンダ付け可能な金属化部に打ち抜き構造、ストライプ構造、格子構造、またはふるい状構造が発生するように取り付け、それらの亀裂部にチップの表面が露出されるようにする、
請求項15から25までのいずれか1項記載の方法。
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