Beschreibung
Halbleiterbasisbauteil mit Verdrahtungssubstrat und Zwischen¬ verdrahtungsplatte für einen Halbleiterbauteilstapel sowie Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbasisbauteil mit Ver¬ drahtungssubstrat und Zwischenverdrahtungsplatte für einen Halbleiterbauteilstapel, sowie ein Verfahren zu deren Her- Stellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verdrah- tungssubstrat und eine Zwischenverdrahtungsplatte, zwischen denen ein Halbleiterchip angeordnet ist.
Bei herkömmlichen Halbleiterbauteilen mit einem Verdrahtungs- substrat sind auf der Unterseite des Verdrahtungssubstrats Außenkontakte angeordnet und auf der Oberseite des Verdrah¬ tungssubstrats ist wenigstens ein Halbleiterchip bspw. ein Rechner wie ein DSP (digitaler Signalprozessor) oder wie ein Speicherbauteil (ein DRAM) im Zentrum des Verdrahtungssub- strats angeordnet.
Soll ein derartiges herkömmliches Bauteil als stapelbares Halbleiterbauteil für ein Halbleitermodul aus gestapelten Halbleiterbauteilen eingesetzt werden, so können nur die Randbereiche des Verdrahtungssubstrats für das Anbringen von Außenkontakten eines gestapelten Halbleiterbauteils zur Ver¬ fügung stehen, da das Zentrum des Verdrahtungssubstrats von dem Halbleiterchip selbst eingenommen wird. Die Anzahl und Anordnung von Außenkontakten des zu stapelnden Halbleiterbau- teils ist dadurch sehr eingeschränkt, sodass eine große An¬ zahl bekannter Gehäusetypen, wie BGA (Ball Grid Array) , FBGA (Fine Pitch Ball Grid Array) oder LBGA (Large Ball Grid Ar¬ ray) -Gehäuse, nicht auf einem herkömmlichen Halbleiterbauteil
mit Verdrahtungssubstrat gestapelt werden können, da die Lot¬ kugeln als Außenkontakte über die gesamte Unterseite derarti¬ ger Halbleiterbauteile verteilt angeordnet sind.
Eine Lösung dieses Stapelproblems ist aus der Druckschrift DE 101 38 278 bekannt. Zum Stapeln werden dabei herkömmliche Halbleiterbauteile mit BGA-, FBGA- oder LBGA- Gehäuse mit zu¬ sätzlichen flexiblen Verdrahtungsfolien versehen, die gro߬ flächiger sind als die zu stapelnden Halbleiterbauteile und die über den Rand der Halbleiterbauteile hinaus ragen, sodass sie in Richtung auf ein darunter oder darüber angeordnetes Halbleiterbauteil eines Halbleiterbauteilstapels gebogen und über die flexible Folie mit dem darunter bzw. darüber ange¬ ordneten Halbleiterbauteil elektrisch verbunden werden kön- nen.
Ein Halbleitermodul mit derartig gestapelten Halbleiterbau¬ teilen hat den Nachteil, dass die Halbleiterbauteile nicht mit geringst möglichem Raumbedarf gestapelt werden können, zumal die umgebogene Verdrahtungsfolie einen Mindestbiegera- dius erfordert, der nicht unterschritten werden darf, ohne Mikrorisse in den auf der Verdrahtungsfolie angeordneten Ver¬ drahtungsleitungen zu riskieren. Eine geeignete hochflexible Folie als Verdrahtungsfolie auszubilden und von der Untersei- te eines Halbleiterbauteils über eine der Randseiten des
Halbleiterbauteils auf die Oberseite des Halbleiterbauteils zu führen, sodass sowohl auf der Unterseite des Halbleiter¬ bauteils als auch auf der Oberseite des Halbleiterbauteils beliebig verteilt Außenkontaktflachen der Verdrahtungsfolie angeordnet und miteinander verbunden werden können, ist äu¬ ßerst komplex und erfordert kostenintensive Fertigungsverfah¬ ren.
Ein derart strukturiertes Halbleiterbasisbauteil hat darüber hinaus den Nachteil, dass relativ lange und außerdem unter¬ schiedlich lange Leitungswege über die Folie zwischen dem Halbleiterchip im unteren Halbleiterbasisbauteilgehäuse und dem auf dem Halbleiterbasisbauteil angeordneten gestapelten Halbleiterbauteil existieren, sodass bei nachrichtentechni¬ schem Einsatz Laufzeitunterschiede und ein Übersprechen bei der Kopplung von Hochfrequenzsignalen auftreten können.
Eine weitere Variante, um Halbleiterbauteile aufeinander zu stapeln, besteht in der Möglichkeit Interposer zu verwenden, die auf ihren Oberseiten Außenkontaktflachen aufweisen, die beliebig an der gesamten Oberfläche verteilt angeordnet sein können, wobei deren Größe und Anordnung der Größe und Anord- nung von Außenkontakten eines zu stapelnden Halbleiterbau¬ teils entspricht. Auf einer Unterseite des Interposers oder eines Zwischenverbindungsteils sind lotballbasierende 3D- Kontakte angeordnet, die einen derart großen Durchmesser auf¬ weisen, dass der Zwischenraum zwischen Interposer und einem darunter angeordneten Verdrahtungssubstrat eines Halbleiter¬ bauteils mit montiertem Halbleiterchip überbrückt werden kann und die Verbindung über diese großvolumigen 3D-Kontakte zwi¬ schen Interposer und Verdrahtungssubstrat des darunter ange¬ ordneten Halbleiterbauteils in Randbereichen des Verdrah- tungssubstrats ermöglichen.
Dazu weisen diese 3D-Kontakte einen Durchmesser auf, der grö¬ ßer ist als die Dicke des Halbleiterchips des darunter ange¬ ordneten Halbleiterbauteils, was den Nachteil hat, dass der- artige 3D-Kontakte des Interposers nicht beliebig dicht auf den Randbereichen des Verdrahtungssubstrats bzw. des Interpo¬ sers angeordnet werden können und somit nachteilig in einem weiten Anschlussrastermaß anzuordnen sind. Somit muss eine
raumgreifende, relativ hohe Schrittweite für eine Anordnung derartiger 3D-Kontakte vorgesehen werden, damit sich diese nicht berühren. Somit ergibt sich für ein Halbleiterbasisge¬ häuse aus Verdrahtungssubstrat und Interposer mit 3D- Kontakten ein nachteilig vergrößertes Basisgehäuse, wenn eine ausreichende Anzahl von elektrischen Verbindungen zwischen Interposer und dem Verdrahtungssubstrat im Randbereich des¬ selben sicherzustellen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der
Technik durch ein Halbleiterbasisbauteil mit Verdrahtungssub¬ strat und Zwischenverdrahtungsplatte für einen Halbleiterbau¬ teilstapel zu überwinden, sowie ein Verfahren zu deren Her¬ stellung anzugeben. Dabei sollen die räumliche Ausdehnung des Basishalbleiterbauteils gegenüber den oben erwähnten Lösungen und die Fertigungskosten der Zwischenverdrahtungsplatte ver¬ mindert werden. Ein derart räumlich kompaktes Halbleiterba¬ sisbauteil soll darüber hinaus auf seiner Oberseite Außenkon- taktmuster aufweisen, die an unterschiedliche Außenkontaktan- Ordnungen von zu stapelnden Halbleiterbauteilen anpassbar sind.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen An¬ sprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbasisbauteil mit einem Verdrahtungssubstrat und einer Zwischenverdrahtungsplatte für ein Halbleiterbauteil bzw. für ein Halbleitermodul geschaf- fen. Zwischen dem Verdrahtungssubstrat und der Zwischenver¬ drahtungsplatte ist ein Halbleiterchip angeordnet, der mit dem Verdrahtungssubstrat elektrisch in Verbindung steht. Wäh¬ rend der Halbleiterchip im Zentrum der Oberseite des Verdrah-
tungssubstrats angeordnet ist, weist das Verdrahtungssubstrat in seinen Randbereichen Kontaktanschlussflächen auf. Die Zwi¬ schenverdrahtungsplatte ist eine selbsttragende Verbundplat¬ te, an deren Randseiten abgewinkelte Außenflachleiter ange- ordnet sind, die mit den Kontaktanschlussflächen auf der O- berseite des Verdrahtungssubstrats elektrisch in Verbindung stehen. Die Oberseite dieser Verdrahtungsplatte setzt sich aus einer Oberseite einer Kunststoffgehäusemasse und aus O- berseiten von Innenflachleitern zusammen. Dabei sind die O- berseiten von Kunststoffgehäusemasse und Innenflachleitern koplanar zueinander ausgerichtet.
Dieses Halbleiterbasisbauteil hat den Vorteil, dass auf sei¬ ner Oberseite mit den koplanar ausgerichteten Oberseiten von Innenflachleitern und Kunststoffgehäusemasse ein Halbleiter¬ bauteil mit Außenkontakten gestapelt werden kann, dessen Grö¬ ße und Anordnung unabhängig von dem Außenkontaktmuster des Halbleiterbasisbauteils ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Zwischenverdrahtungsplatte mit den aus den Randbereichen herausragenden abgewinkelten Außenflachleitern mittels minimaler Fertigungskosten herstellbar ist, zumal Technologien eingesetzt werden können, die sich in der Ferti¬ gung von Halbleiterbauteilen auf der Grundlage von Flachlei¬ terrahmen bewährt haben.
Im Prinzip stellt die Zwischenverdrahtungsplatte ein halbier¬ tes Halbleiterbauteil mit herkömmlicher Flachleitertechnolo¬ gie bereit, wobei die Verbundplatte der Zwischenverdrahtungs¬ platte den unteren Teil eines derartigen Standardhalbleiter- bauteils darstellt. Während in einem standardisierten Halb¬ leiterbauteil auf der Basis der Flachleitertechnologie Innen- flachleiter vorhanden sind, auf die von Außen nicht zugegrif¬ fen werden kann, wird hier für die Zwischenverdrahtungsplatte
nun der Zugriff auf diese Innenflachleiter durch das Ausbil¬ den einer koplanaren Oberseite aus Kunststoffgehäusemasse und Oberseiten von Innenflachleitern in vorteilhafter Weise er¬ möglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Oberseiten der Innenflachleiter Außenkontaktanschlussflachen auf. Die Größe und Anordnung dieser Außenkontaktanschlussfla¬ chen entsprechen der Größe und Anordnung von Außenkontakten eines zu stapelnden Halbleiterbauteils. Mit dieser Anpassung der Größe und Anordnung der Außenkontaktanschlussflachen auf der Oberseite der Zwischenverdrahtungsplatte ist der Vorteil verbunden, dass im Prinzip jedes beliebige Halbleiterbauteil, insbesondere mit einem BGA-, FBGA- oder LBGA-Gehäuse, auf dem Halbleiterbasisbauteil gestapelt werden kann.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine von dem Halbleiterchip des Halbleiterbasisbauteils abgewandte Unterseite des Ver¬ drahtungssubstrats Außenkontakte des Halbleiterbasisbauteils aufweist, die auf der gesamten Unterseite verteilt angeordnet sind. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die Größe und An¬ ordnung der Außenkontakte des Halbleiterbasisbauteils an die Erfordernisse einer Norm einer übergeordneten Schaltungspla¬ tine, wie einem "motherboard" kundenspezifisch angepasst wer- den kann.
Weiterhin kann das Verdrahtungssubstrat eine selbsttragende Isolationsplatte mit einer auf seiner Unterseite und/oder auf seiner Oberseite angeordneten Verdrahtungsstruktur sein. Da- mit die Verdrahtungsstruktur von beiden Seiten des Verdrah¬ tungssubstrats elektrisch verbunden werden kann, weist das Verdrahtungssubstrat vorzugsweise Durchkontakte durch die selbsttragende Isolationsplatte auf. Derartige Durchkontakte
können auf ihren Innenwänden metallisierte Durchgangslöcher durch die Verdrahtungsplatte sein. Ein Vorteil, eines derar¬ tigen Verdrahtungssubstrats ist es, dass es in Form eines Verdrahtungsstreifens mehrere Halbleiterbasisbauteilpositio- nen aufweisen kann, sodass gleich für mehrere Halbleiterba¬ sisbauteile gemeinsame Fertigungsschritte parallel in einer Massenproduktion durchgeführt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorge- sehen, dass die Kunststoffgehäusemasse der Zwischenverdrah¬ tungsplatte einen Halbleiterchip ausweist, der in der Weise in die Kunststoffgehäusemasse der Zwischenverdrahtungsplatte eingebettet ist, dass seine Kontaktflächen koplanar mit der Oberseite der Zwischenverdrahtungsplatte ausgerichtet sind. Dieses hat den Vorteil, dass der Halbleiterchip, der in der
Zwischenverdrahtungsplatte eingebettet ist, mit den Außenkon¬ takten eines auf dem Basishalbleiterbauteil zu stapelnden Halbleiterbauteils ohne zusätzliche Fertigungsschritte ver¬ bunden werden kann. Außerdem ist es möglich, anstelle des Halbleiterchips eine passende elektronische Bauteilkomponente wie einen Widerstand, einen Kondensator oder eine Spule ein¬ zubetten, deren Elektroden koplanar mit der Oberseite der Zwischenverdrahtungsplatte ausgerichtet sind, sodass auch diese Bauteilkomponenten mit einem zu stapelnden Halbleiter- bauteil auf dem Halbleiterbasisbauteil elektrisch in Verbin¬ dung stehen.
Weiterhin ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Halbleiterchip zwischen der Zwischenverdrahtungsplatte und dem Verdrahtungssubstrat ein Speicherchip, insbesondere ein DRAM (Direct Access Memory) oder einen Flash-Speicher auf¬ weist. Diese Speichertypen sind heute weit verbreitet und stehen als Halbleiterchip mit Flipchip-Kontakten zur Verfü-
gung, sodass das Verdrahtungssubstrat die Aufgabe übernimmt, das enge Anschlussraster der Flipchip-Kontakte auf ein weites Anschlussraster eines "Motherboards" umzusetzen. Unter einem „engen" Anschlussraster wird in diesem Zusammenhang ein Mit- tenabstand p zwischen den Flipchip-Kontakten von
20 μm < p < 120 μm (Mikrometer) verstanden. Unter dem Aus¬ druck „weitem" Anschlussraster wird in diesem Zusammenhang ein Mittenabstand p von ca. 100 μm ≤ p < 1.000 μm verstanden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Halbleiterchip ein Logikbauteil, vorzugsweise einen Mikroprozessor auf. In diesem Fall ist der Halbleiterchip mit seiner Rückseite auf dem Verdrahtungssubstrat fixiert und seine auf den Randseiten angeordneten Kontaktflächen der ak- tiven Oberseite sind über Bondverbindungen mit der Verdrah¬ tungsstruktur des Verdrahtungssubstrats verbunden. Um die Flipchip-Kontakte eines DRAMs oder Flash-Speichers und/oder die Bondverbindungen eines Logikbauteils zu schützen, können vorzugsweise diese Komponenten des Halbleiterbasisbauteils in eine Kunststoffgehäusemasse derart eingebettet sein, dass auf der Unterseite des Halbleiterbasisbauteils die Außenkontakte angeordnet sind und auf der Oberseite des Halbleiterbasisbau¬ teils die Außenkontaktanschlussflachen für ein gestapeltes Halbleiterbauteil zugänglich sind und nicht von Kunststoffge~ häusemasse bedeckt sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Halbleiter¬ bauteilstapel, der als unteres Halbleiterbauteil ein wie oben beschriebenes Halbleiterbasisbauteil aufweist und über die Außenkontaktanschlussflachen der Zwischenverdrahtungsplatte des Halbleiterbasisbauteils mit einem gestapelten Halbleiter¬ bauteil elektrisch in Verbindung steht. In einer weiteren Ausführungsform eines derartigen Halbleiterbauteilstapels
kann das obere Halbleiterbauteil einen internen Halbleiter¬ chipstapel in einer Kunststoffgehäusemasse aufweisen. Über Außenkontakte auf der Unterseite des Halbleiterbauteils ist der interne Halbleiterchipstapel mit den Außenkontaktan- Schlussflächen des Halbleiterbasisbauteils bzw. mit den Au- ßenkontaktanschlussflachen der Zwischenverdrahtungsplatte des darunter angeordneten Halbleiterbasisbauteils elektrisch ver¬ bunden. Mit einem derartigen internen Halbleiterchipstapel kann die Speicherkapazität eines derartigen Halbleiterbau- teilstapels aus Speicherchips entsprechend erhöht werden.
Ferner ist es möglich, Logikbauteile in Form von Logikhalb¬ leiterchips mit Speicherhalbleiterchips im internen Halblei¬ terspeicher zu kombinieren, um die Flexibilität des Halblei¬ terbauteilstapels zu erhöhen.
Dazu kann das Halbleiterbasisbauteil einen digitalen Signal¬ prozessor als Halbleiterchip mit Flipchip-Kontakten in einem BGA-, FBGA- oder LBGA-Gehäuse zum Aufbringen auf eine überge¬ ordnete Schaltungsplatine aufweisen. Während der Halbleiter- Chip des Halbleiterbasisbauteils mit Flipchip-Kontakten aus¬ gestattet ist, kann das Halbleiterbasisbauteil auf seiner O- berseite eine Außenkontaktflächenanordnung für das Anbringen eines gestapelten Halbleiterbauteils, das ebenfalls ein BGA-, FBGA- oder LBGA-Gehäuse aufweist, besitzen.
Wenn das gestapelte Halbleiterbauteil einen internen Chipsta¬ pel aufweist, so kann dieser vorzugsweise mit SGRAM oder GRAM als einem unteren internen Halbleiterchip ausgestattet und mit einer BGA-Außenkontaktstruktur elektrisch verbunden sein und als oberen internen Halbleiterchip einen Flash-Speicher aufweisen, wobei der Flash-Speicher mit seiner Rückseite im Zentrum auf der aktiven Oberseite des unteren internen Halb¬ leiterchips angeordnet ist. Diese ist eine relativ preiswerte
Lösung um unterschiedliche Speichertypen in einem Halbleiter¬ stapel zu kombinieren.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbasisbauteils für einen Halbleiterbauteilstapel weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Verdrahtungssub¬ stratstreifen mit mehreren in Zeilen und/oder Spalten ange¬ ordneten Halbleiterbauteilpositionen hergestellt. Anschlie¬ ßend werden Halbleiterchips auf den Verdrahtungssubstrat- streifen in einzelnen Halbleiterbauteilpositionen unter Frei¬ lassung von Randbereichen des Verdrahtungssubstratstreifens auf der Oberseite des Verdrahtungssubstratstreifens fixiert. Dabei wird der Halbleiterchip mit Verdrahtungsstrukturen in den Halbleiterbauteilpositionen des Substratstreifens elekt- risch verbunden.
Zeitlich relativ unabhängig von der Herstellung des Substrat¬ streifens können die Zwischenverdrahtungsplatten mit angewin¬ kelten Außenflachleitern auf ihren Randseiten und Außenkon- taktanschlussflachen auf ihren Oberseiten hergestellt werden. Anschließend werden diese Zwischenverdrahtungsplatten in den Halbleiterbauteilpositionen des Verbindungssubstrats unter Verbinden der abgewinkelten Außenflachleiter mit Verdrah- tungsstrukturen in den Halbleiterbauteilpositionen aufge- bracht. Danach kann der Verdrahtungssubstratstreifen in meh¬ rere einzelne Halbleiterbasisbauteile aufgetrennt werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Herstellen der Zwischenverdrahtungsplatte mit abgewinkelten Außenflachlei- tern mithilfe bewährter Techniken kostengünstig durchgeführt werden kann. Darüber hinaus hat das Verfahren den Vorteil, dass ein Halbleiterbasisbauteil entsteht, das auf seiner O- berseite komplette Halbleiterbauteile aufnehmen kann, da es
möglich ist, die Anschlussstruktur der Zwischenverdrahtungs¬ platte genau auf das zu stapelnde Halbleiterbauteil und ins¬ besondere auf die Anordnung und Größe der Außenkontakte des zu stapelnden Halbleiterbauteils abzustimmen. Vor in einem Auftrennen des Verdrahtungssubstratstreifens kann dieser auf seiner Unterseite noch mit Außenkontakten in den jeweiligen Halbleiterbauteilpositionen für das zu bildende Halbleiterba¬ sisbauteil ausgestattet werden. Andererseits ist es auch mög¬ lich, die Außenkontakte in Form von Lotkugeln erst nach dem Auftrennen des Verdrahtungssubstratstreifens anzubringen.
Das Herstellen der Zwischenverdrahtungsplatte mit abgewinkel¬ ten Außenflachleitern kann mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt werden. Zunächst wird ein Flachleiterrahmen mit mehreren Positionen für Zwischenverdrahtungsplatten mit ent¬ sprechenden Innenflachleitern hergestellt. Die Innenflachlei- ter gehen in abwinkelbare Außenflachleiter über, wobei die freien Enden der Innenflachleiter Außenkontaktanschlussfla¬ chen aufweisen. Diese Außenkontaktanschlussflachen werden in Größe und Anordnung der Größe und Anordnung von Außenkontak¬ ten eines zu stapelnden Halbleiterbauteils angepasst. An¬ schließend werden die Innenflachleiter unter Freilassen der Außenkontaktanschlussflächen in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet, wobei die Außenkontaktanschlussflächen koplanar mit einer Oberseite einer Kunststoffgehäusemasse ausgerichtet werden. Nach dem Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse bspw. mittels Spritzgussverfahren kann der Flachleiterrahmen unter Abwinkein der Außenflachleiter in einzelne Zwischenverdrah¬ tungsplatten aufgetrennt werden.
Dieses Verfahren ist relativ kostengünstig herzustellen und das Spritzgusswerkzeug für das Einbringen der Kunststoffge¬ häusemasse ist lediglich an die Geometrie der Zwischenver-
drahtungsplatten anzupassen. Dabei wird der Flachleiterrahmen in die Spritzgussform eingelegt und auf dem Flachleiterrahmen werden mehrere Verbundplatten in den Positionen für Zwischen¬ verdrahtungsplatten hergestellt, die hauptsächlich aus Innen- flachleitern mit ihren Außenkontaktanschlussflachen und der Kunststoffgehäusemasse bestehen. Für ein Spritzgießen in der Spritzgussform bzw. dem Spritzgusswerkzeug werden die Außen¬ kontaktanschlussflachen der Innenflachleiter abgedeckt, um möglichst keine Spritzgussmasse in Form von Kunststoffgehäu- semasse auf die freizuhaltenden Außenkontaktanschlussflachen aufzubringen. Sollte dennoch eine teilweise oder vollständige Abdeckung der Außenkontaktanschlussflachen auftreten, so kön¬ nen die Außenkontaktanschlussflachen mittel Laserablation o- der durch entsprechende Lösungsmittel für die Kunststoffge- häusemasse von den Kunststoffgehäuseresten befreit werden.
Um einen Halbleiterbauteilstapel für ein entsprechendes Halb¬ leitermodul herzustellen, kann auf der Herstellung des Halb¬ leiterbasisbauteils aufgebaut werden. Dazu wird auf die Zwi- schenverdrahtungsplatte des Halbleiterbasisbauteils mit ihren Außenkontaktanschlussflächen ein weiteres Halbleiterbauteil unter Verbinden der Außenkontakte des zu stapelnden Halblei¬ terbauteils mit den Außenkontaktanschlussflächen der Zwi¬ schenverdrahtungsplatte verbunden.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die vorliegende Erfindung eine neuartige "lead-frame"-Konstruktion bzw. durch eine neuartige Flachleiterrahmenkonstruktion zur Montage ei¬ nes oberen Gehäuses eines zu stapelnden Halbleiterbauteils bereitgestellt wird. Diese neuartige Konstruktion besteht quasi aus einem halbseitigen gemoldeten QFP-Gehäuse (quad flat package) . Dazu sind die äußeren Kontaktbeinchen in Form von abgewinkelten Außenflachleitern auf Kontaktanschlussflä-
chen auf einem Substrat des unteren Gehäuses bzw. des Halb¬ leiterbasisbauteils montiert.
Die Innenflachleiter bzw. "leadfinger" dienen als Außenkon- taktanschlussflachen für das obere Gehäuse. Dazu ist ein Zwi¬ schenverdrahtungsträger in Form des halbseitig gemoldeten QFP-Gehäuses auf dem Substrat des unteren Gehäuses mit einem herkömmlichen SMT-Verfahren (surface mountet technic) mon¬ tiert. Für die Montage können Lötverfahren oder auch Klebe- techniken eingesetzt werden. Die gemoldete Unterseite der
Zwischenverdrahtungsplatte kann zur mechanischen Stabilisie¬ rung auf der Oberseite eines Halbleiterchips, der sich zwi¬ schen der Zwischenverdrahtungsplatte und einem Verdrahtungs¬ substrat befindet verklebt werden. Da die Zwischenverdrah- tungsplatte formstabil ist, kann sie auch freitragend auf das Verdrahtungssubstrat des Basisgehäuses montiert sein. Beim Spritzgießen des Zwischenverdrahtungsträgers werden die zu schützenden Oberflächen mit einem Klebefilm oder einer Klebe¬ folie abdichtend geschützt, bevor die Kunststoffgehäusemasse auf den Flachleiterrahmen aufgespritzt wird.
Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile der Erfindung:
1. Das untere Gehäuse kann in Standard-Technologie FCIP- (füp chip in package) oder in BGA-Technik oder mit nur geringen Modifikationen in FBGA-Technik aufgebaut werden.
Es müssen dabei lediglich entsprechende Freiflächen den notwenigen Kontaktanschlussflächen im Randbereich eines
Verdrahtungssubstrats vorgesehen sein. 2. Die Montage der Zwischenverdrahtungsplatte kann mittels herkömmlicher SMT-Prozesse, die etablierte Verfahren mit einer hohen Ausbeute sind, erfolgen.
3. Das Kontaktraster für das Topgehäuse ist weitgehend frei und flexibel wählbar. Die üblichen Designregeln der Flachleiterrahmenstrukturierung reichen für die notwendi¬ gen Kontaktabstände aus. 4. Bei Einsatz des Gegenstandes der Erfindung ist eine Vor¬ montage des gesamten Aufbaus möglich. Diese Vormontage kann aber auch erst beim Kunden durchgeführt werden, der ein Stapeln von Halbleiterbauteilen beabsichtigt.
5. Die Zwischenverdrahtungsplatte, die auch Zwischenträger genannt wird, lässt sich kostengünstig mithilfe der
Flachleiterrahmentechnik bzw. "Leadframe-Technik" her¬ stellen.
6. In der Kunststoffgehäusemasse des Zwischenverdrahtungs¬ trägers lässt sich ein zusätzlicher Baustein integrieren.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Zwi- schenverdrahtungsplatte mit abgewinkelten Außenflach- leitern;
Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halblei¬ terbasisbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halblei¬ terbauteilstapels mit einem Halbleiterbasisbauteil gemäß Figur 2;
Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halblei¬ terbasisbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halblei¬ terbasisbauteils gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Zwi¬ schenverdrahtungsplatte 6 eines Flachleiterrahmens 36 mit ab¬ gewinkelten Außenflachleitern 14 und 15. Diese Außenflachlei- ter 14 und 15 ragen aus den Randseiten 12 und 13 der Zwi- schenverdrahtungsplatte 6 heraus. Die Zwischenverdrahtungs¬ platte 6 selbst ist freitragend und aus Kunststoffgehäusemas- se 25 mittels eines Spritzgusspressverfahrens gepresst wor¬ den. Dazu wurde ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt, das gleichzeitig mehrere derartiger Zwischenverdrahtungsplatten 6, die über den Flachleiterrahmen 36 zusammenhängen, fertig gestellt werden.
Dazu sind Innenflachleiter 19 derart ausgerichtet, dass sie mit ihren Oberseiten 18 und mit der Oberseite 17 der Kunst- stoffgehäusemasse eine koplanare Fläche bilden. Die Innen- flachleiter 19 gehen in die Außenflachleiter 14 und 15 über und weisen an ihren Enden, die in der Kunststoffmasse teil¬ weise eingebettet sind, frei zugängliche Außenkontaktan- schlussflachen 20 auf, die mit der Oberseite 17 der Kunst- stoffgehäusemasse 25 koplanar ausgerichtet sind und mit der
Kunststoffgehäusemasse 25 eine Verbundplatte 11 bilden. Diese Verbundplatte 11 zeichnet sich dadurch aus, dass die Größe und Anordnung der auf der Oberseite 16 angeordneten Außenkon- taktanschlussflachen 20 jeder beliebigen Größe und Anordnung von Außenkontakten von zu stapelnden Halbleiterbauteilen an¬ passbar ist und dazu Herstellungsverfahren eingesetzt werden können, die sich in der Halbleitertechnologie bewährt haben.
Je nach der Dicke der Kunststoffgehäusemasse 25 können in der Zwischenverdrahtungsplatte 6 auch weitere Komponenten integ¬ riert sein, die mit ihren Elektroden die Außenkontaktan- schlussflachen 20 der Zwischenverdrahtungsplatte 6 bilden. Dies ist besonders interessant für das zusätzliche Einbetten von diskreten Kondensatoren oder Widerständen in die Kunst¬ stoffgehäusemasse 25 der Zwischenverdrahtungsplatte 6, bspw. zur Ausgangsimpedanzanpassung des Halbleiterbasisbauteils.
Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halblei¬ terbasisbauteils 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Er¬ findung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in Figur 1, werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Das in Figur 2 gezeigte Halbleiterbasisbauteil 1 weist die in Figur 1 gezeigte Zwischenverdrahtungsplatte 6 auf, welche mit ihrer Oberseite 16 und den dort angeordneten Außenkontaktan- schlussflächen 20 die Oberseite 16 des Halbleiterbasisbau- teils 1 bildet. Die Unterseite 23 des Halbleiterbasisbauteils 1 ist gleichzeitig auch Unterseite 23 des Verdrahtungssub¬ strats 5, wobei die Unterseite 23 Außenkontaktflecken 37 des Halbleiterbasisbauteils 1 aufweist. Diese Außenkontaktflecken 37 weisen Außenkontakte 24 des Halbleiterbasisbauteils 1 und gleichzeitig Außenkontakte 24 an dem Verdrahtungssubstrat 5 auf.
Über Durchkontakte 28 sind diese Außenkontakte 24 mit Kon¬ taktanschlussflächen 10 verbunden, die in den Randbereichen 8 und 9 der Oberseite 26 des Verdrahtungssubstrats 5 angeordnet sind. Auf diese Kontaktanschlussflächen 10 sind die Außen- flachleiter 14 und 15 der in Figur 1 gezeigten Zwischenver¬ drahtungsplatte 6 fixiert. Somit sind die Außenkontaktflachen
20 auf der Oberseite 16 des Halbleiterbasisbauteils 1 elekt¬ risch mit den Außenkontakten 24 auf der Unterseite 23 des Halbleiterbasisbauteils 1 verbunden.
Zwischen der Zwischenverdrahtungsplatte 6 und dem Verdrah¬ tungssubstrat 5 ist in dieser ersten Ausführungsform der Er¬ findung ein Halbleiterchip 7 mit Flipchip-Kontakten 34 ange¬ ordnet, die über eine Verdrahtungsstruktur 27 des Verdrah¬ tungssubstrats 5 ebenfalls mit den Außenkontakten 24 auf der Unterseite 23 des Halbleiterbasisbauteils 1 und über die Zwi¬ schenverdrahtungsplatte 6 mit den Außenkontaktanschlussfla¬ chen 20 auf der Oberseite 16 des Halbleiterbasisbauteils 1 elektrisch in Verbindung stehen.
Die Flipchip-Kontakte 34 des Halbleiterchips 7 sind durch ei¬ ne Schicht 38 aus Unterfüllmaterial einem so genannten "Un- derfiller" vor mechanischen Beschädigungen geschützt, wobei Thermospannungsbelastungen durch diesen Kunststoff abgemil¬ dert werden. Zwischen einer Unterseite 39 der Zwischenver- drahtungsplatte 6 und der Rückseite 40 des Halbleiterchips 7 ist eine KlebstoffSchicht 41 angeordnet, die dem Halbleiter¬ basisbauteil Stabilität verleiht. Mit einer gestrichelten Li¬ nie ist eine Gehäusekontur 42 angedeutet, die realisiert wer¬ den kann, wenn das gezeigte Halbleiterbasisbauteil 1 zusätz- lieh mit einer Kunststoffgehäusemasse geschützt werden soll. Der Halbleiterchip 7 ist in dieser Ausführungsform der Erfin¬ dung ein GDRAM-Speicher für eine Grafikkarte und weist eine Speicherkapazität von mehreren Gigabit auf.
Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halblei¬ terbauteilstapels 4 mit einem Halbleiterbasisbauteil 1 gemäß Figur 2. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vor-
hergehenden Figuren, werden mit gleichen Bezugszeichen ge¬ kennzeichnet und nicht extra erörtert.
Die auf der Oberseite 16 des Halbleiterbasisbauteils 1 zur Verfügung stehenden Enden der Innenflachleiter 19 sind hier zu Außenkontaktanschlussflachen 20 gestaltet und in ihrer Größe und Anordnung an die Größe und Anordnung von Außenkon¬ takten 21 auf der Unterseite 30 des gestapelten Halbleiter¬ bauteils 22 angepasst. Die Außenkontakte 21 des gestapelten Halbleiterbauteils 22 sind auf entsprechenden Außenkontakt- flächen auf der Unterseite 32 des gestapelten Halbleiterbau¬ teils 22 ausgebildet. Während der Halbleiterchip 7 des Halb¬ leiterbasisbauteils 1 ein Halbleiterchip 7 mit Flipchip- Kontakten 34 ist, weist das gestapelte Halbleiterbauteil 22 einen Halbleiterchip 43 auf, der mit seiner Rückseite 44 auf einem Verdrahtungssubstrat 45 angeordnet ist und einen Bond¬ kanal 46 auf seiner aktiven Oberseite 47 aufweist. Von dem zentralen Bondkanal 46 gehen Leiterbahnen 33 zu den Randbe¬ reichen des Halbleiterchips 43, wobei Bondverbindungen 48 den Halbleiterchip 43 mit dem Verdrahtungssubstrat 45 elektrisch verbinden. Zum Schutz der Bondverbindungen 48 und des Halb¬ leiterchips 43 ist das gestapelte Halbleiterbauteil 22 in ei¬ ner Kunststoffgehäusemasse 49 des gestapelten Halbleiterbau¬ teils 22 eingebettet. Der Halbleiterbauteilstapel kann über die Außenkontakte 24 in einer BGA-Anordnung mit einer überge¬ ordneten Schaltungsplatine 35 verbunden werden.
Mit diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Halbleiterchipstapels 4 wird gezeigt, dass mithilfe der Zwi- schenverdrahtungsplatte 6 beliebige Halbleiterbauteile in ganz unterschiedlichen inneren und äußeren Aufbauten und Ge¬ häusen mit dem Halbleiterbasisbauteil 1 zu einem Halbleiter-
bauteilstapel 4 kostengünstig und zuverlässig oder einem Halbleitermodul kombiniert werden können.
Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halblei- terbasisbauteils 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Unterschied zum Halbleiterbasisbauteil 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung, wie es in Figur 2 ge¬ zeigt wird, ist, dass die Zwischenverdrahtungsplatte 6 frei¬ tragend unter Fixieren der abgewinkelten Außenkontakte 14 und 15 auf den Kontaktanschlussflächen 10 des Verdrahtungssub¬ strats 5 angeordnet ist und nicht durch eine KlebstoffSchicht zwischen dem Verbundkörper 11 der Zwischenverdrahtungsplatte 6 und der Oberseite des darunter angeordneten Halbleiterchips verbunden ist.
Weiterhin zeigt das zweite Ausführungsbeispiel, dass anstelle eines Halbleiterchips mit Flipchip-Kontakten auch ein Spei¬ cherchip 51 mit zentralem Bondkanal 46 und einer internen Verdrahtungsstruktur 50 auf der aktiven Oberseite 47 des Halbleiterchips 51 über Bondverbindungen 48 mit dem Verdrah¬ tungssubstrat 5 des Halbleiterbasisbauteils 2 verbunden sein kann. In diesem Fall ist kein Unterfüllmaterial erforderlich, da der Halbleiterchip 51 mit seiner Rückseite 44 direkt auf dem Umverdrahtungssubstrat 5 fixiert werden kann. Jedoch sind zum Schutz der Bondverbindungen 48 und des Halbleiterchips
51, sowie des Bondkanals 46 diese Komponenten des Halbleiter¬ basisbauteils 2 in einer Kunststoffgehäusemasse 49 eingebet¬ tet.
Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halblei¬ terbasisbauteils 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform der Erfindung unter¬ scheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen der
Erfindung dadurch, dass in der Verbundplatte 11 und dort ins¬ besondere in der Kunststoffgehäusemasse 25 eine weitere Bau¬ teilkomponente 29 eingebettet ist, die mit ihren Elektroden 30 Außenkontaktanschlussflächen 20 für ein zu stapelndes Halbleiterbauteil bildet. Wird als zusätzliche Bauteilkompo¬ nente 29 ein Halbleiterchip eingesetzt, so können seine Kon¬ taktflächen 31 mit den Innenflachleitern 19 der Zwischenver¬ drahtungsplatte 6 verbunden sein. Diese dritte Ausführungs¬ form der Erfindung wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn pas- sive Schaltungselemente, wie Kondensatoren, Widerstände oder Spulen zusätzlich in das Basishalbleiterbauteil, bspw. zur Impedanzanpassung, eingebaut werden sollen.