Beschreibung
Zwischenträger für ein Halbleitermodul sowie Anordnung eines mit einem solchen Zwischenträger gebildeten Moduls auf einem Schaltungsträger
Die Erfindung betrifft einen Zwischenträger für ein Halbleitermodul mit einem flachen Trägerkörper aus Kunststoff, der Innenanschlüsse für die Kontaktierung der Anschlußelemente mindestens einer Halbleiterkomponente und zumindest auf einer Seite Außenanschlüsse in Form von aus Kunststoff angeformten Kontakthöckern aufweist, die über integrierte Leiterbahnen mit den Innenanschlüssen verbunden sind.
Durch die zunehmende Miniaturisierung integrierter Schaltkreise besteht das Problem, immer mehr elektrische Verbindungen zwischen dem eigentlichen Halbleiter und einem Schaltungsträger, also einer Leiterplatte, auf engstem Raum unterzubringen. Je feiner aber die Strukturen des Halbleiterchips und der Verbindungsleiter sind, um so mehr sind sie durch unterschiedliche Ausdehnungen der beteiligten Materialien, insbesondere des Halbleiterkörpers einerseits und der aus Kunststoff bestehenden Leiterplatte andererseits, gefährdet.
Eine wesentliche Rolle bei der Kontaktierung von Halbleiterchips spielt der Zwischenträger oder Interposer, mit dem ein oder mehrere Chips zu einem Modul verbunden werden, das dann auf dem Schaltungsträger kontaktiert wird.
Bei der sogenannten BGA (Ball Grid Array) -Technik wird ein Zwischenträger an seiner Unterseite flächig mit Lothöckern versehen, die eine Oberflächenmontage auf einer Leiterplatte ermöglichen. Die Lothöcker dienen dabei einerseits als elektrische Anschlüsse und andererseits als Abstandshalter für den Ausdehnungsausgleich zwischen den verschiedenen Materialien, nämlich dem Zwischenträger und der Leiterplatte. Auf
der Oberseite des Zwischenträgers kann der Halbleiterchip be¬ festigt und beispielsweise mit Bonddrähten kontaktiert sein.
Bei der sogenannten PSGA (Polymer Stud Grid Array) - Technologie wird als Zwischenträger ein spritzgegossenes, dreidimensionales Substrat aus einem elektrisch isolierenden Polymer verwendet, auf dessen Unterseite beim Spritzgießen mitgeformte Polymerhöcker flächig angeordnet sind (EP 0 782 765 Bl); dieser entspricht dem eingangs genannten Stand der Technik. Neben dem Spritzgießen kommen aber auch andere Fertigungsmethoden in Betracht, etwa das Heißprägen einer Kunststoffolie oder die Strukturierung der Höcker mittels Laser. Die Polymerhöcker sind mit einer lötbaren Endoberfläche versehen und bilden so Außenanschlüsse, die über integrierte Leiterzüge mit Innenanschlüssen für eine auf dem Substrat angeordnete Halbleiterkomponente verbunden sind. Die Polymerhöcker dienen als Abstandshalter des Moduls gegenüber einer Leiterplatte und sind so in der Lage, unterschiedliche Ausdehnungen zwischen Leiterplatte und Zwischenträger auszuglei- chen. Die Halbleiterkomponente kann auf der Oberseite des
Zwischenträgers über Bonddrähte kontaktiert sein; möglich ist aber auch eine Kontaktierung, bei der die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten analog über Polymerhöcker auf der Oberseite des Zwischenträgers ausgeglichen werden.
Aus der US 50 69 626 A ist ferner ein Single-Chip-Modul bekannt, bei welchem das spritzgegossene, dreidimensionale Substrat aus einem elektrisch isolierenden Polymer auf der Unterseite angeformte Polymerhöcker trägt, die in einer oder mehreren Reihen entlang dem Umfang des Substrats angeordnet sind. Ein Chip ist auf der Oberseite des Substrats angeordnet; seine Kontaktierung erfolgt über feine Bonddrähte und Leiterbahnen, die dann ihrerseits über Durchkontaktierungen mit den auf den unterseitigen Höckern ausgebildeten Außenan- Schlüssen verbunden sind. Der Zwischenträger besitzt bei dieser Gestaltung eine verhältnismäßig große Ausdehnung.
Generell gilt, daß bei Modulen mit Polymerhockern die thermo- mechanische Zuverlässigkeit sehr stark von der Geometrie ab¬ hangt, nämlich der Große des Moduls, der Große des Halblei- terchips, der Art und Anzahl der Lotverbindungen usw. Bei großen Modulabmessungen und starken Temperaturschwankungen sind vor allem die Polymerhocker im Randbereich und in den Ecken sehr großen Spannungen unterworfen und dadurch stark gefährdet .
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Zwi¬ schenträger für ein Halbleitermodul der eingangs genannten Art auf einfache und kostengünstige Weise unter Verwendung der angewandten Technologien so auszugestalten, daß die ther- o-mechanische Zuverlässigkeit wesentlich verbessert wird.
Erfmdungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Tragerkorper in der Ebene der Kontakthocker zusätzliche Stutzhocker aufweist, die aus dem Material des Tragerkorpers angeformt sind, etwa die gleiche Hohe wie die Kontakthocker aufweisen und deren Langsausdehnung in einer zu der sie tragenden Seite des Tragerkorpers parallelen Richtung ein Mehrfaches des Durchmessers eines Kontakthockers betragt. Die er- fmdungsgemaß vorgesehenen zusätzlichen Stutzhocker werden im Herstellungsablauf des Zwischenträgers in einem Schritt mit den Kontakthockern gebildet, so daß nahezu kein zusatzlicher Aufwand erforderlich ist. Die Gesamtdicke des Moduls muß nicht erhöht werden, trotzdem ist mit diesen zusätzlichen Stutzhockern eine Steigerung und Optimierung der thermo- mechamschen Zuverlässigkeit leicht möglich, da die Anzahl und Gestaltung dieser Stutzhocker in Abhängigkeit von der Geometrie des gesamten Moduls gewählt werden können. Die Stutzhocker werden vorzugsweise als Langsstege oder Winkelstege bzw. m gekrümmter Form an den Seiten- bzw. Eckenbereichen des Zwischenträgers angeordnet. Die Verbindung mit der Leiterplatte erfolgt im gleichen Arbeitsgang wie die der Kontakthocker, also in der Regel über Reflow-Loten; denkbar ist aber auch ein Klebevorgang. Die Stutzhocker können auch eine
zusätzliche Funktion erfüllen, beispielsweise als Kontaktie¬ rung von Masseanschlüssen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an- hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Zwischenträger, in per¬ spektivischer Ansicht auf die Unterseite,
Figur 2 eine Schnittansicht auf den in Figur 1 gezeigten Zwischenträger, allerdings mit einem aufgesetzten Halbleiterchip und auf einer Leiterplatte montiert,
Figur 3 eine schematische Darstellung der Höcker- Konfiguration des Zwischenträgers von Figur 1, Figur 4 und 5 zwei gegenüber Figur 3 abgewandelte Ausführungsformen der Anschlußkonfiguraton eines derartigen Zwi- schenträgers .
Der in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Zwischenträger 2, der zur Kontaktierung eines in Figur 2 gezeigten Halbleiterchips 1 auf einer Leiterplatte 3 dient, besteht aus einem flachen Trägerkörper 21 aus einem thermoplastischem Kunststoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient nach Möglichkeit nicht allzu sehr unterschiedlich von dem Halbleiterkörper des Chips 1 sein sollte. Auf der Unterseite des Trägerkörpers 21 sind Kontakthöcker 22 in bekannter Weise angeformt, die in einem Flächenraster über die Unterseite verteilt sind. Die Herstellung dieser Kontakthöcker erfolgt beispielsweise durch Spritzgießen des gesamten Trägerkörpers. Möglich ist aber auch das Heißprägen einer Folie, die aus LCP (Liquid Chrystal Polymer) oder einem anderen Kunststoff mit vergleichbaren Ei- genschaften bestehen kann. Auch die Gestaltung mittels Laser- strukturierung ist möglich. Die einzelnen Kontakthöcker 22 sind zumindest teilweise mit einer leitenden Oberfläche zur Bildung von Außenkontakten 23 versehen, welche über leitende Verbindungen 24 (in Figur 1 nur schematisch angedeutet), mit Innenkontakten 25 auf der Oberseite verbunden sind, die ihrerseits zur Kontaktierung der Halbleiteranschlüsse 11 des Chips 1 dienen. Die leitenden Verbindungen zwischen der Un-
terseite und der Oberseite des Tragerkorpers 21 kann bei¬ spielsweise über metallisierte Durchgangslocher (nicht ge¬ zeigt) erfolgen.
Erfmdungsgemaß sind, wie anhand von Figur 1 und 2 beispiel¬ halber gezeigt, an den Ecken des Tragerkorpers zusatzliche Stutzhocker 26 im gleichen Herstellungsprozeß wie die Kon¬ takthocker 22 angeformt, die im gezeigten Beispiel als Winkelstege ausgehend von einer Ecke parallel zu zwei Langssei- ten des Tragerkorpers 21 verlaufen. In diesem Beispiel liegt der Winkelsteg 26 außerhalb des Rasterfeldes der Kontakthok- ker 22. Die Stutzhocker besitzen die gleiche Hohe wie die Kontakthocker 22 und werden beim Verlöten des Moduls auf einer Leiterplatte 3 in gleicher Weise wie diese über eine Me- tallisierung 26a und eine Lotschicht 27 auf der Leiterplatte verlotet .
Die Stutzhocker 26, die vorzugsweise jeweils an allen Ecken des Tragerkorpers und bei Bedarf auch zusatzlich in Zwischen- bereichen angeordnet werden, schützen besonders die äußeren
Kontakthocker vor mechanischer Überlastung. So ist beispielsweise m der schematischen Konfiguration von Figur 3 der äußerste Kontakthocker 22a am stärksten gefährdet. Er wird bei diesem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 3 durch den winkelfor- igen Stutzhocker 26 vor Überlastung geschützt.
Anstelle der winkelförmigen Gestalt kann der Stutzhocker aber auch teilweise abgerundet sein, wie der Stutzhocker 28 in Figur 4 zeigt. Weitere Abwandlungen sowohl m der Anordnung als auch in der Form sind möglich, beispielsweise kann ein Stutzhocker 29 m das Rasterfeld der Kontakthocker einbezogen werden und dabei beispielsweise den Platz von drei Kontakthok- kern 22b einnehmen (Fig. 5) .