WO2002069386A1 - Halbleiterchip und herstellungsverfahren für ein gehäuse - Google Patents

Halbleiterchip und herstellungsverfahren für ein gehäuse Download PDF

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Hans-Georg Mensch
Thomas SPÖTTL
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor chip which is intended to be partially provided with a covering of the connection contact surfaces and / or the bonding wires, which is referred to as the housing, after mounting on a chip carrier, certain active regions of the upper side remaining free, and a production method for a such housing.
  • connection contact surfaces of semiconductor chips are usually connected to a chip carrier, on which the semiconductor chip is mounted, via the connection contact surfaces referred to as bond pads.
  • Common connection methods are e.g. B. wire bonding, in which the connection contact surfaces of the semiconductor chip and the connection contact surfaces of the chip carrier are connected to one another in pairs by soldered wires, and flip-chip bonding, in which the upper-side contacts of the semiconductor chip are attached directly to assigned contact surfaces of the chip carrier become.
  • the semiconductor chip is therefore usually enclosed in a so-called housing by injecting it into a casting compound or covering it with an encapsulating compound. All connections between the chip and the chip carrier and at least the entire active area of the chip are encased.
  • this barrier prevents the encapsulation compound or encapsulation compound from flowing into those active chip areas that are to remain free. The barrier can then be removed. The additional attachment of such a barrier requires additional effort and thus additional costs; in special cases, a selective encapsulation of the semiconductor chip can thus only be implemented with difficulty or not at all.
  • the object of the present invention is to provide an improved possibility for a selective encapsulation of a semiconductor chip.
  • the selective encapsulation is achieved by a specially designed semiconductor chip with a selectively adapted surface or by a method for applying the encapsulation compound or encapsulation compound, in which the encapsulation compound or encapsulation compound is prevented from flowing onto the portions of the chip surface to be left free.
  • a semiconductor chip according to the invention has a first portion of the upper side, which is intended to be covered by a potting compound or encapsulating compound of a housing, and a second portion of the upper side, which is intended to remain free of the encapsulating compound or encapsulating compound. The surface of the semiconductor chip in the first portion and in the second portion of the upper side are thus unrelated to one another.
  • the proportions can be differentiated from one another by a flat selective adaptation of the respective surfaces to the different requirements or by a structural limitation by means of a barrier formed on the surface of the semiconductor chip.
  • a selective adaptation of the chip surface can be brought about by the fact that different materials and / or structures on the chip surface in the portion to be covered by the encapsulation compound or encapsulation compound and the portion of the top side of the semiconductor chip to be left free provide different wettability or different adhesion properties of the encapsulation compound used or coating mass can be achieved. Flowing of the potting compound or encapsulating compound can thus be limited to part of the surface of the semiconductor chip.
  • the other possibility mentioned of differentiating the portions of the chip surface by means of a structural limitation consists in delimiting the area of the upper side of the chip to be covered by the housing by means of a barrier which is structured directly on the chip surface and is in particular designed as a dam or trench.
  • connection contact areas 3 bond pads
  • connection contact areas 4 on the carrier 2 via bond wires 5.
  • the connection contact surfaces and bonding wires are to be mechanically protected, which is done here with a suitable cover made of a sealing compound or encapsulating compound.
  • This contact surface 6 is part of a fingerprint sensor, for which part of the circuit integrated in the semiconductor chip is provided.
  • a covering of the bonding wires 5 by a potting compound or encapsulation compound 8 may therefore not cover this contact surface 6.
  • the figure shows that the potting compound or encapsulation compound 8 covers the connection contact surfaces 3, 4 and the bonding wires 5 in a protected area 12 on the top side of the semiconductor chip 1 and thus protects, but not the entire semiconductor chip 1 from the encapsulation compound or encapsulation compound 8 is covered.
  • the surface of the portion to be left free from the potting compound or encapsulating compound can be designed according to the invention in such a way that wetting, flowing or adhering to the encapsulating compound or encapsulating compound is prevented or at least made more difficult there.
  • This is achieved in particular by a locally limited coating of the surface of the semiconductor chip with a suitable material or by a flat structuring, such as for example roughening, of the surface of the semiconductor chip in the relevant portion of the top side of the semiconductor chip.
  • a structural limitation of the portions of the upper side of the semiconductor chip to be covered or left free by a barrier applied to the surface of the semiconductor chip is, for example, a dam or trench.
  • the dam 7 shown in the figure, which surrounds the bearing surface ⁇ to be left free in the example shown, can be provided according to the invention to stop the pouring of the potting compound or encapsulating compound.
  • the edge 10 of the sealing compound or encapsulant present on the upper side of the semiconductor chip then runs along this dam.
  • a trench which is sufficient, particularly in the case of an already moderate lack of sealing of the encapsulation compound or encapsulation compound, to provide a precisely defined edge as a limitation of the encapsulation compound or encapsulation compound along a predetermined limit of the portion of the top side of the semiconductor chip that is to be left free to create. This can be the case, for example, if only a small amount of the casting compound or coating compound is applied or injected and / or if the surface of the semiconductor chip is selectively adapted according to the invention. ) M t » ⁇ »

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Abstract

Es wird eine selektive Umhüllung hergestellt, die die Anschlusskontaktflächen (3, 4) und Bonddrähte (5) mit einer Vergussmasse (8) bedeckt und aktive Bereiche, insbesondere eine Auflagefläche (6) für einen Finger bei einem Fingerabdrucksensor frei lässt, indem die Chipoberfläche selektiv durch unterschiedliche Rauhigkeit oder Beschichtung angepasst wird und/oder durch eine Bestrahlung der Vergussmasse deren Viskosität verändert wird.

Description

Beschreibung
Halbleiterchip und Herstellungsverfahren für ein Gehäuse
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterchip, der dafür vorgesehen ist, nach einer Montage auf einem Chipträger partiell mit einer als Gehäuse bezeichneten Umhüllung der Anschlusskontaktflächen und/oder der Bonddrähte versehen zu werden, wobei bestimmte aktive Bereiche der Oberseite frei bleiben, sowie ein Herstellungsverfahren für ein solches Gehäuse.
Die aktiven Schaltungen von Halbleiterchips werden üblicherweise über die als Bondpads bezeichneten Anschlusskontaktflä- chen mit einem Chipträger verbunden, auf dem der Halbleiterchip montiert wird. Gängige Anschlussverfahren sind z. B. Drahtkontaktierung (wire bonding) , bei dem die Anschlusskontaktflächen des Halbleiterchips und die Anschlusskontaktflächen des Chipträgers paarweise durch aufgelötete Drähte mit- einander verbunden werden, und Flip-Chip-Bonding, bei dem die oberseitigen Kontakte des Halbleiterchips direkt auf zugeordneten Kontaktflächen des Chipträgers angebracht werden.
Diese Verbindungen sind normalerweise elektrisch ausreichend gut, aber mechanisch nicht ausreichend stabil. Aus diesem
Grund wird üblicherweise ein mechanischer Schutz des Halbleiterchips, insbesondere für die elektrischen Anschlüsse, vorgesehen. Daher wird der Halbleiterchip zumeist durch Einspritzen in eine Vergussmasse oder Abdecken mit einer Umhüll- masse in ein so genanntes Gehäuse eingeschlossen. Dabei werden alle Verbindungen zwischen dem Chip und dem Chipträger und mindestens der gesamte aktive Bereich des Chips umhüllt .
Falls bestimmte aktive Bereiche des Halbleiterchips aus Grün- den der Funktionsweise nicht umhüllt werden dürfen, z. B. die Auflägefläche für einen Finger bei einem Fingerabdrucksensor, kann das Gehäuse auf die übrigen Bereiche der Oberseite des Halbleiterchips begrenzt werden. Da sich die Bondpads in der Regel nahe bei den aktiven Bereichen auf den Chips befinden und die Bondpads in jedem Fall umhüllt werden müssen, ist ein
Einschluss des Chips in ein Gehäuse erforderlich, bei dem na- he benachbarte Bereiche der Oberseite des Chips teils frei gelassen und teils von dem Gehäuse umhüllt werden.
Das kann dadurch geschehen, dass auf dem mit dem Chip versehenen Chipträger eine Barriere zwischen denjenigen Anteilen der Oberseite des Chips, die abgedeckt werden sollen, und den übrigen Anteilen der Oberseite des Chips, die frei bleiben sollen, angebracht wird. Diese Barriere verhindert beim Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse auf die Bondpads und Drahtverbindungen, dass die Vergussmasse oder Umhüllmasse in diejenigen aktiven Chipbereiche verfließt, die frei bleiben sollen. Die Barriere kann anschließend entfernt werden. Das zusätzliche Anbringen einer derartigen Barriere erfordert aber Mehraufwand und somit Mehrkosten; in besonderen Fällen kann eine selektive Umhüllung des Halbleiterchips damit nur schwer oder gar nicht realisiert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Möglichkeit für eine selektive Umhüllung eines Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Halbleiterchip mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. mit dem Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für einen Halbleiterchip mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst . Ausgestaltungen ergeben sich aus den ab- hängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird die selektive Umhüllung durch einen in besonderer Weise ausgebildeten Halbleiterchip mit einer selektiv angepassten Oberfläche erreicht oder durch ein Verfah- ren zum Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse, bei dem ein Verfließen der Vergussmasse oder Umhüllmasse auf die frei zu lassenden Anteile der Chipoberfläche verhindert wird. Ein erfindungsgemäßer Halbleiterchip besitzt einen ersten Anteil der Oberseite, der dafür vorgesehen ist, von einer Vergussmasse oder Umhüllmasse eines Gehäuses bedeckt zu werden, und einen zweiten Anteil der Oberseite, der dafür vorgesehen ist, von der Vergussmasse oder Umhüllmasse frei zu bleiben. Die Oberfläche des Halbleiterchips in dem ersten Anteil und in dem zweiten Anteil der Oberseite sind so voneinander un- . terschieden, dass ein Aufbringen der Vergussmasse oder Um- hüllmasse ausschließlich auf den ersten Anteil begünstigt wird. Die Anteile können durch eine flächige selektive Anpassung der jeweiligen Oberflächen an die unterschiedlichen Anforderungen voneinander unterschieden sein oder durch eine strukturelle Begrenzung mittels einer auf der Oberfläche des Halbleiterchips ausgebildeten Barriere.
Eine selektive Anpassung der Chipoberfläche kann dadurch bewirkt sein, dass durch unterschiedliche Materialien und/oder Strukturen an der Chipoberfläche in dem von der Vergussmasse oder Umhüllmasse zu bedeckenden Anteil und dem frei zu lassenden Anteil der Oberseite des Halbleiterchips unterschiedlich gute Benetzbarkeit oder unterschiedliche Haftungseigenschaften der verwendeten Vergussmasse oder Umhüllmasse erreicht werden. Damit kann ein Verfließen der Vergussmasse oder Umhüllmasse auf einen Teil der Oberfläche des Halbleiterchips begrenzt werden. Die andere genannte Möglichkeit einer Unterscheidung der Anteile der Chipoberfläche durch eine strukturelle Begrenzung besteht in der Abgrenzung des mit dem Gehäuse abzudeckenden Bereichs der Oberseite des Chips mit- tels einer direkt auf der Chipoberfläche strukturierten Barriere, die insbesondere als Damm oder Graben ausgebildet ist.
Zusätzlich oder anstelle der selektiven Anpassung oder strukturellen Begrenzung der Anteile der Oberfläche des Halblei- terchips kann bei der Herstellung des Gehäuses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer bereichsweisen und/oder zeitweisen Bestrahlung zumindest bereichsweise ) ω t t μ1 H
LΠ o LΠ o LΠ O LΠ
<; fD ρJ
H- p fr fD
H r
Z fD
H
D- fD
P
Figure imgf000006_0001
Es folgt eine genauere Beschreibung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Halbleiterchips und des Herstellungsverfahrens für ein selektiv umhüllendes Gehäuse anhand der beigefügten Figur.
In der Figur ist im Schema ein Halbleiterchip 1 mit einer integrierten Schaltung eingezeichnet, der auf einem Träger 2 montiert ist. Der Halbleiterchip besitzt Anschlusskontaktflä- chen 3 (Bondpads) , die mit Anschlusskontaktflächen 4 auf dem Träger 2 über Bonddrähte 5 elektrisch leitend verbunden sind. Die Anschlusskontaktflächen und Bonddrähte sollen mechanisch geschützt werden, was hier mit einer geeigneten Abdeckung aus einer Vergussmasse oder Umhüllmasse geschieht.
Auf dem Halbleiterchip 1 befindet sich jedoch ein aktiver Bereich, der nicht abgedeckt werden darf, weil er für eine Funktion des Halbleiterchips von außen zugänglich sein muss . Das ist in dem in der Figur dargestellten Beispiel eine Auf- lagefläche 6 für einen Finger, die von einem. Damm 7 umrandet ist . Diese Auflagefläche 6 ist Teil eines Fingerabdrucksensors, für den ein Teil der in dem Halbleiterchip integrierten Schaltung vorgesehen ist. Eine Abdeckung der Bonddrähte 5 durch eine Vergussmasse oder Umhüllmasse 8 darf daher diese Auflagefläche 6 nicht abdecken.
In der Figur ist andeutungsweise gezeigt, dass die Vergussmasse oder Umhüllmasse 8 zwar die Anschlusskontaktflächen 3 , 4 und die Bonddrähte 5 in einem geschützten Bereich 12 der Oberseite des Halbleiterchips 1 abdeckt und somit schützt, dass aber nicht der gesamte Halbleiterchip 1 von der Vergussmasse oder Umhüllmasse 8 abgedeckt ist . Auf den Oberseiten des Halbleiterchips 1 und des Trägers 2 befinden sich daher Ränder 9, 10, 11 der aufgebrachten Vergussmasse oder Umhüll- masse 8, längs deren die Grenze zwischen dem bedeckten Anteil der Oberseiten des Halbleiterchips und des Trägers und dem frei gelassenen Anteil der Oberseiten des Halbleiterchips und
Figure imgf000008_0001
CQ i rt Φ
Φ CQ μ4 μ-1 H p H p P= Q LQ ra φ ti
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P φ tr ti ii
Φ P= p P
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Φ μ- rt φ
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Φ μ- rt
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Figure imgf000008_0002
Bei einer selektiven Anpassung der Oberfläche des Halbleiterchips kann in dem von der Vergussmasse oder Umhüllmasse frei zu lassenden Anteil die Oberfläche erfindungsgemäß so beschaffen sein, dass ein Benetzen, Verfließen oder Anhaften der Vergussmasse oder Umhüllmasse dort verhindert oder zumindest erschwert ist . Das wird insbesondere durch eine lokal begrenzte Beschichtung der Oberfläche des Halbleiterchips mit einem geeigneten Material oder durch eine flächige Strukturierung, wie zum Beispiel eine Aufrauhung, der Oberfläche des Halbleiterchips in dem betreffenden Anteil der Oberseite des Halbleiterchips erreicht. Beim Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse wird als Folge der selektiven Anpassung von selbst nur der zu bedeckende Anteil der Oberseite des Halbleiterchips abgedeckt, in dem die Oberfläche des Halbleiter- chips ein Benetzen, Verfließen oder Anhaften der Vergussmasse oder Umhüllmasse begünstigt oder zumindest nicht erschwert.
Eine strukturelle Begrenzung der zu bedeckenden bzw. frei zu lassenden Anteile der Oberseite des Halbleiterchips durch ei- ne auf die Oberfläche des Halbleiterchips aufgebrachte Barriere ist beispielsweise ein Damm oder Graben. Der in der Figur eingezeichnete Damm 7, der in dem dargestellten Beispiel die frei zu lassende Auflagefläche β rings umgibt, kann erfindungsgemäß dafür vorgesehen werden, das Verfließen der Vergussmasse oder Umhüllmasse zu stoppen. Der auf der Oberseite des Halbleiterchips vorhandene Rand 10 der Vergussmasse oder Umhüllmasse verläuft dann längs dieses Dammes. Statt eines Dammes kann ein Graben vorhanden sein, der insbesondere im Fall eines ohnehin nur mäßigen VerfHeßens der Verguss- asse oder Umhüllmasse genügt, um einen präzise definierten Rand als Eingrenzung der Vergussmasse oder Umhüllmasse längs einer vorgesehenen Grenze des frei zu lassenden Anteils der Oberseite des Halbleiterchips zu erzeugen. Das kann zum Beispiel der Fall sein, wenn nur eine geringe Menge der Verguss- masse oder Umhüllmasse aufgetragen oder eingespritzt wird und/oder wenn die Oberfläche des Halbleiterchips erfindungs- gemäß selektiv angepasst ist. ) M t » μ»
LΠ o LΠ o LΠ o LΠ tT ?r tr d= P φ
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Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterchip, mit einer Oberseite mit einer Oberfläche, einem ersten Anteil der Oberseite, der dafür vorgesehen ist, von einer Vergussmasse oder Umhüllmasse (8) eines Gehäuses bedeckt zu werden, und einem zweiten Anteil der Oberseite, der dafür vorgesehen ist, von der Vergussmasse oder Umhüllmasse frei zu bleiben, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Oberfläche in dem ersten Anteil der Oberseite und die Oberfläche in dem zweiten Anteil der Oberseite so voneinander unterschieden sind, dass ein Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse ausschließlich auf den ersten Anteil begünstigt wird.
2. Halbleiterchip nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche des Halbleiterchips in dem zweiten Anteil der Oberseite eine Beschaffenheit aufweist, die im Vergleich zu einer Beschaffenheit der Oberfläche des Halbleiterchips in dem ersten Anteil der Oberseite ein Benetzen, Verfließen oder Anhaften der Vergussmasse oder Umhüllmasse erschwert.
3. Halbleiterchip nach Anspruch 2, bei dem die Oberfläche des Halbleiterchips in dem zweiten Anteil der Oberseite ihre Beschaffenheit auf Grund eines dort aufgebrachten Materiales oder einer dort vorhandenen flächigen Struktur besitzt.
4. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Oberflächen der Anteile der Oberseite des Halbleiterchips durch eine auf der Oberfläche des Halbleiterchips ausgebildete Barriere unterschieden sind.
5. Halbleiterchip nach Anspruch 4, bei dem die Barriere ein Damm (7) oder ein Graben ist.
6. Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der erste Anteil der Oberseite des Halbleiterchips Anschlusskontaktflächen (3) und/oder Bonddrähte (5) umfasst und der zweite Anteil der Oberseite des Halbleiterchips mindes- 5 tens ein aktives Bauelement umfasst .
7. Halbleiterchip nach Anspruch 6, bei dem der zweite Anteil der Oberseite des Halbleiterchips eine Auflagefläche (6) für einen Finger umfasst. • 10
8. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für einen Halbleiterchip, bei dem eine Vergussmasse oder Umhüllmasse (8) auf eine Oberseite des Halbleiterchips aufgebracht wird und dabei
15 ein erster Anteil der Oberseite von der Vergussmasse oder Um- hüllmasse bedeckt wird und ein zweiter Anteil der Oberseite von der Vergussmasse oder Umhüllmasse frei bleibt, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
20 vor dem Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse die
Oberfläche in dem ersten Anteil der Oberseite und die Oberfläche in dem zweiten Anteil der Oberseite so voneinander unterschieden werden, dass das Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse ausschließlich auf den ersten Anteil begünstigt
25 wird, und diese Unterscheidung beim Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse ausgenutzt wird, um zu verhindern, dass die Vergussmasse oder Umhüllmasse den zweiten Anteil der Oberseite bedeckt .
30
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem vor dem Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse die Oberfläche des Halbleiterchips in dem zweiten Anteil der Oberseite des Halbleiterchips durch Beschichten mit einem Ma- 35 terial und/oder eine flächige Strukturierung mit einer Beschaffenheit versehen wird, die ein Benetzen, Verfließen oder Anhaften der Vergussmasse oder Umhüllmasse erschwert.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem vor dem Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse die Oberflächen der Anteile der Oberseite des Halbleiterchips durch Ausbilden einer Barriere auf der Oberfläche des Halb- leiterchips unterschieden werden und diese Barriere so ausgebildet wird, dass sie ein Verfließen der Vergussmasse oder Umhüllmasse stoppt oder zumindest erschwert .
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Barriere als Damm (7) ausgebildet wird.
12. Verfahren: nach Anspruch 10, bei dem die Barriere als Graben ausgebildet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der zweite Anteil der Oberseite des Halbleiterchips vor dem' Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse mit einem Material bedeckt wird, das eine chemische Reaktion mit der Ver- gussmasse oder Umhüllmasse eingeht oder eine chemische Reaktion eines weiteren aufgebrachten Materials mit der Vergussmasse oder Umhüllmasse auslöst und/oder begünstigt, derart, dass mit dieser chemischen Reaktion ein Verfließen der Vergussmasse oder Umhüllmasse auf diesem Anteil der Oberseite gestoppt wird oder ein Anhaften der Vergussmasse oder Umhüll- masse auf diesem Anteil der Oberseite erschwert wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für einen Halbleiterchip, bei dem eine Vergussmasse oder Umhüllmasse (8) auf eine Oberseite des
Halbleiterchips aufgebracht wird und dabei ein erster Anteil der Oberseite von der Vergussmasse oder Um- hüllmasse bedeckt wird und ein zweiter Anteil der Oberseite von der Vergussmasse oder Umhüllmasse frei bleibt, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Aufbringen der Vergussmasse oder Umhüllmasse verhindert wird, dass die Vergussmasse oder Umhüllmasse den zweiten Anteil der Oberseite bedeckt, indem mittels einer zeitweisen und/oder bereichsweisen Bestrahlung die Viskosität der Vergussmasse oder Umhüllmasse erhöht wird und/oder die Adhäsion der Vergussmasse oder Umhüllmasse auf der Oberfläche des Halbleiterchips vermindert wird.
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