DE10005494A1 - Electronic component used in semiconductor device comprises semiconductor chip having integrated circuits and metallic contact surfaces, and housing from which contact humps protrude - Google Patents
Electronic component used in semiconductor device comprises semiconductor chip having integrated circuits and metallic contact surfaces, and housing from which contact humps protrudeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung des Bauteils.The invention relates to an electronic component and a Method of manufacturing the component.
Es sind elektronische Bauteile bekannt, die einen Halbleiter chip mit Kontaktflächen sowie Kontakthöcker aufweisen, die über Leiterbahnen mit den Kontaktflächen verbunden sind. Die bekannten elektronischen Bauteile sind aufwendig herzustel len.Electronic components are known which are a semiconductor Have chip with contact areas and bumps that are connected to the contact surfaces via conductor tracks. The Known electronic components are expensive to manufacture len.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfach herzustellendes elektronisches Bauteil bereitzustellen und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.It is an object of the invention to provide an easy to manufacture Provide electronic component and a method to indicate its manufacture.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprü che gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This task is accomplished with the features of the independent claims che solved. Preferred developments of the invention result themselves from the dependent claims.
Gemäß der Erfindung sind die Leiterbahnen mit Kontakthöckern bei dem elektronischen Bauteil als einstückige integrale Bau elemente aus einer vorgefertigten metallischen Folie mit ein seitig integral auf der metallischen Folie angeordneten Kon takthöckern ausgebildet. Darin bedeutet "einstückig inte gral", daß die Leiterbahnen eine komplexe Struktur aus einer strukturierten metallischen Folie und darauf angeordneten Kontakthöckern bilden, die kompakte, nur unter Zerstörung ih rer komplexen Struktur in ihre Einzelteile zerlegbare Bauele mente darstellen. In diesem Zusammenhang bedeutet ferner "einseitig integral", daß die metallische Folie auf einer ih rer beiden Seiten eine integrale Struktur mit Kontakthöckern bildet. According to the invention, the conductor tracks are with bumps in the electronic component as a one-piece integral construction elements made of a prefabricated metallic foil side integrally arranged on the metallic foil Kon bumps trained. Therein means "one piece inte grail "that the conductor tracks are a complex structure from a structured metallic foil and arranged on it Form contact bumps, the compact, only with destruction ih Complex structure that can be dismantled into its individual parts represent ment. In this context also means "one-sided integral" that the metallic foil on an ih an integral structure with contact bumps on both sides forms.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist die gegenseitige Posi tionierung der Kontakthöcker vorgefertigt und vorgegeben und nicht von einem sonst notwendigen Lötvorgang abhängig. Auch ist damit der Werkstoff der Kontakthöcker frei wählbar und kann aus dem gleichen Material wie die Leiterbahnen bestehen. Ferner ist es möglich, noch vor dem Einsatz der einstückigen integralen Bauelemente in ein Gehäuse für das elektronische Bauteil die Position und die Kontaktgabe der Kontakthöcker auf der metallischen Folie zu prüfen, noch bevor eine Montage oder Verbindung mit einem Halbleiterchip erfolgt ist, was wiederum die Risiken bei der Herstellung minimiert und damit auch den Ausschuß vermindert. Ferner ist die Form der Kon takthöcker frei wählbar. Die aus dem Gehäuse herausragenden Kontakthöcker des elektronischen Bauteils können folglich ku gelförmig, stiftförmig als Kontaktkugeln oder in der Form von Kontaktstiften konstruiert sein.The solution according to the invention is the mutual posi the contact bumps are prefabricated and specified and not dependent on an otherwise necessary soldering process. Also the material of the contact bumps is freely selectable and can consist of the same material as the conductor tracks. It is also possible to use the one-piece before integral components in a housing for the electronic Component the position and the contact of the contact bumps Check on the metallic foil even before assembly or connection to a semiconductor chip is what again minimizes the risks in manufacturing and thus also reduced the committee. Furthermore, the shape of the Kon bumps freely selectable. The protruding from the housing Contact bumps of the electronic component can therefore ku gel-shaped, pin-shaped as contact balls or in the form be constructed by contact pins.
Mit der Erfindung wird ein elektronisches Bauelement geschaf fen, bei dem die Position und die Kontaktgabe zwischen Kon takthöcker und metallischer Schicht aus metallischen Leiter bahnen nicht von den Zufälligkeiten eines Anbringens von Löt kugeln in Öffnungen einer Trägerschicht abhängig ist und bei dem die Möglichkeit einer verminderten Kontaktgabe zwischen Kontakthöcker und metallischer Schicht vermieden wird. Dar über hinaus vermindert die Erfindung, die Risiken des An schmelzens der Lötkugeln zu Kontakthöckern und unterbindet ein Verschieben der Position der Kontakthöcker.With the invention, an electronic component is created fen, where the position and contact between Kon bumps and metallic layer of metallic conductor do not clear the accidentalities of applying solder balls in openings of a support layer and is dependent the possibility of reduced contact between Contact bumps and metallic layer is avoided. Dar In addition, the invention reduces the risks of the melting of the solder balls to contact bumps and prevents shifting the position of the bumps.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist die vor gefertigte metallische Folie mit einer Trägerschicht aus iso lierendem Kunststoff zu einem Verbundbauteil laminiert. Die ses Verbundbauteil ist formstabil und kann als selbsttragen des Bauteil als Bestandteil des Gehäuses eingesetzt werden. Während die leiterbahntragende erste Fläche des Verbundbau teils vollkommen eben ist, ragen aus der zweiten isolierenden Fläche des Verbundbauteils die Kontakthöcker heraus, wobei sich die beiden Flächen gegenüberliegen. In a possible embodiment of the invention, the front manufactured metallic foil with a carrier layer made of iso laminating plastic laminated to a composite component. The This composite component is dimensionally stable and can be self-supporting of the component can be used as part of the housing. While the first surface of the composite structure carrying the conductor track partly completely flat, protrude from the second insulating Surface of the composite component, the bumps out, wherein the two surfaces face each other.
Die Kontakthöcker auf der isolierenden Seite sind in einem vorgegebenen Muster auf einer gemeinsamen Oberfläche der Schicht metallischer Leiterbahnen angeordnet. Das vorgegebene Muster der Kontakthöcker korrespondiert mit Kontaktanschluß flächen einer Leiterplatte oder eines Leiterbandes, mit denen das elektronische Bauteil elektrisch zu verbinden ist. Um diese Verbindung des elektronischen Bauteils auf einer Lei terplatte herzustellen, werden die Kontaktanschlußflächen der Leiterplatte mit einer Lötschicht in einem Lötschwallbad ver sehen, so daß anschließend das elektronische Bauteil mit sei nen Kontakthöckern auf den Kontaktanschlußflächen der Leiter platte positioniert werden kann und unter Erwärmen mit den Kontaktanschlußflächen verbunden wird.The contact bumps on the insulating side are in one given pattern on a common surface of the Layer of metallic conductor tracks arranged. The default Pattern of the contact bump corresponds to the contact connection surfaces of a circuit board or a conductor strip with which the electronic component is to be electrically connected. Around this connection of the electronic component on a lei Manufacture terplatte, the contact pads of the Circuit board with a solder layer in a solder wall bath see, so that the electronic component is then with NEN bumps on the contact pads of the conductor can be positioned and heated with the Contact pads is connected.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung sind die Leiterbahnen und die Kontakthöcker aus gleichem Ma terial, möglicherweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Dieses hat den Vorteil, daß sich beim Anlöten der Kontakthöc ker an eine Leiterplatte die Form und Position der Kontakt höcker nicht ändert und dennoch eine zuverlässige elektrische Verbindung ermöglicht wird.In a further possible embodiment of the invention are the conductor tracks and the contact bumps of the same size material, possibly made of copper or a copper alloy. This has the advantage that when soldering the Kontakthöc ker on a circuit board the shape and position of the contact hump does not change and still a reliable electrical Connection is made possible.
Die Kontakthöcker können als auf ein Metallband aufgeprägte Erhebungen ausgebildet sein. Derartige Erhebungen oder Ver dickungen können kostengünstig und sehr präzise lokalisiert beim Auswalzen eines Kupferbandes in eine dünne metallische Folie durch Aussparungen in einer Profilwalze aufgeprägt wer den.The contact bumps can be stamped on a metal band Elevations should be formed. Such surveys or ver Thickenings can be localized inexpensively and very precisely when rolling a copper strip into a thin metallic one Who stamped film through recesses in a profile roller the.
In einer anderen möglichen Ausführungsform sind die Kontakt höcker in eine metallische Folie eingebrachte Auswölbungen. Dieses hat den Vorteil, daß eine Dickenänderung der metalli sche Folie nicht erforderlich ist und somit auf relativ ein fache Weise Leiterbahnen mit Kontakthöckern realisierbar wer den. In another possible embodiment, the contacts are Bulges in a metallic foil. This has the advantage that a change in the thickness of the metalli cal foil is not required and therefore on a relatively simple way to realize conductor tracks with contact bumps the.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung sind die Kontakthöcker auf eine metallische Folie aufgalvani sierte Erhebungen. Diese Erhebungen haben den Vorteil, daß sie aus massivem Metall bestehen, während die metallische Fo lie äußerst dünn ausgeführt werden kann und somit der Mate rialbedarf minimiert werden kann.In a further possible embodiment of the invention the contact bumps are electroplated onto a metallic foil based surveys. These surveys have the advantage that they are made of solid metal, while the metallic fo lie can be made extremely thin and thus the Mate material requirements can be minimized.
Die Kontakthöcker können auch Vorsprünge einer auf Leiter bahndicke dünngeätzten Metallplatte oder eines dünngeätzten Metallbandes sein. Beim Ätzen wird jedoch ein großer Teil des Materials der Metallplatte abgetragen und kann nur durch auf wendige Rückgewinnungsverfahren aus einem Ätzbad zurückgewon nen werden.The bumps can also have protrusions on conductors web-thick thin-etched metal plate or a thin-etched Metal strip. When etching, however, a large part of the Material of the metal plate removed and can only by on agile recovery process from an etching bath be.
Die Trägerschicht kann aus einem Polyimid, das einseitig mit einer Klebeschicht versehen ist und Öffnungen aufweist, durch die die vorgefertigten Kontakthöcker hindurchgesteckt werden können, bestehen, so daß die Klebeschicht und die metallische Schicht zu einem Verbundbauteil zusammengefügt werden können. Dieses Verbundbauteil ist selbsttragend aufgrund der selbst tragenden Trägerschicht aus Polyimid und verleiht dem zusam mengebauten elektronischen Bauteil eine hohe Formstabilität.The carrier layer can be made of a polyimide, which is coated on one side is provided with an adhesive layer and has openings through which the prefabricated contact bumps are inserted through can exist, so that the adhesive layer and the metallic Layer can be assembled into a composite component. This composite component is self-supporting due to the self load-bearing carrier layer made of polyimide and gives it together built electronic component a high dimensional stability.
Der Halbleiterchip kann mittels einer isolierenden Abstands schicht auf der leiterbahntragenden ersten Fläche des Ver bundbauteils fixiert sein. Dazu wird der Halbleiterchip so ausgerichtet, daß seine Kontaktflächen mit den Durchbrüchen in der Trägerschicht korrespondieren. Auch die Abstands schicht muß Durchbrüche an den Stellen der Kontaktflächen des Halbleiterchips aufweisen, damit dem Anschlußbereich der Lei terbahnen ein Zugriff auf die Kontaktflächen des Halbleiter chips bereitgestellt wird.The semiconductor chip can by means of an insulating distance layer on the conductor-carrying first surface of the ver be fixed to the federal component. This is what the semiconductor chip does aligned that its contact surfaces with the breakthroughs correspond in the carrier layer. Even the distance Breakthroughs must be made at the points of contact of the layer Have semiconductor chips so that the connection area of the Lei lanes access to the contact areas of the semiconductor chips is provided.
Anstelle einer Abstandsschicht kann das elektronische Bauteil auch Abstandshalter aufweisen, die so positioniert sind, daß sie keinen der Durchbrüche des Verbundbauteils abdecken, so daß der Zugriff der Anschlußbereiche der Leiterbahnen auf die Kontaktflächen des Halbleiterchips gewährleistet bleibt.Instead of a spacer layer, the electronic component also have spacers positioned so that they do not cover any of the breakthroughs of the composite component, so that the access of the connection areas of the conductor tracks on the Contact areas of the semiconductor chip remains guaranteed.
Der Anschlußbereich der Leiterbahn kann mit einer diffusions hemmenden Schicht und einer Bondschicht beschichtet sein, wo bei die Bondschicht aus einem Material bestehen kann, das mit dem Material der Kontaktflächen auf der Oberfläche des Halb leiterchips intermetallische und/oder eutektische Verbindun gen im gebondeten Zustand ergibt.The connection area of the conductor track can be diffused inhibiting layer and a bond layer where the bond layer can consist of a material that with the material of the contact surfaces on the surface of the half conductor chips intermetallic and / or eutectic connections conditions in the bonded state.
Die Bondschicht kann Gold oder eine Goldlegierung und die Kontaktflächenschicht kann Aluminium oder eine Aluminiumle gierung aufweisen, da diese beiden Metalle gut haftende in ternetallische und/oder niedrigschmelzende eutektische Ver bindungen miteinander eingehen. Um eine Diffusion des Grund materials der Leiterbahnen, das Kupfer aufweisen kann, durch das Gold der Bondschicht an die Bondoberfläche zu verhindern, wird möglichst vor dem Aufbringen der Bondschicht eine diffu sionshemmende Schicht aus Nickel oder aus einer Nickellegie rung auf das Grundmaterial aufgebracht. Dies hat den Vorteil, daß kein Kupfer die Bondfähigkeit herabsetzt oder gar verhin dert. Eine ausreichende Diffusionshemmung kann auch durch ei ne Goldschicht erreicht werden, die vorzugsweise über 1 µm dick ist.The bond layer can be gold or a gold alloy and the The contact surface layer can be aluminum or an aluminum alloy have alloy, since these two metals adhere well in ternetallic and / or low melting eutectic ver form bonds with each other. To diffuse the reason materials of the conductor tracks, which may have copper, by to prevent the gold of the bond layer from reaching the bond surface if possible, a diffuse before the bonding layer is applied sion-inhibiting layer made of nickel or a nickel alloy tion applied to the base material. This has the advantage that no copper reduces or prevents bonding different. Adequate diffusion inhibition can also be achieved by ei ne gold layer can be achieved, preferably over 1 micron is thick.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung weisen die Anschlußbereiche der Leiterbahnen mindestens einen Übergangsbereich, einen Bondbereich und mindestens einen Ab rißbereich auf. In dem Übergangsbereich wird der Anschlußbe reich von dem Niveau der metallischen Schicht auf das Niveau der Halbleiteroberfläche gebogen und im Bondbereich, der sich daran anschließt, ist ein Bonden mit der Kontaktfläche des Halbleiterchips möglich.In a further possible embodiment of the invention the connection areas of the conductor tracks have at least one Transition area, a bond area and at least one Ab tear area. In the transition area, the Anschlussbe rich from the level of the metallic layer to the level the semiconductor surface is bent and in the bond area, which is followed by a bond with the contact surface of the Semiconductor chips possible.
Das Bonden wird vorzugsweise erst dann ausgeführt, wenn die Leiterbahn im Anschlußbereich von der weiterführenden Leiter bahn abgerissen ist. Dazu wird ein Abrißbereich als Teil des Anschlußbereichs vorgesehen, der durch einen verminderten Querschnitt der Leiterbahn ein schnelles und sicheres Abrei ßen kurz vor dem Bonden gewährleistet. Durch Anwenden von Ul traschall auf den Anschlußbereich der Leiterbahn kann eine ultraschallgebondete Verbindung zwischen der Kontaktfläche und dem Anschlußbereich erzeugt werden. Durch den Einsatz von Druck und Erwärmung kann anstelle einer ultraschallgebondeten Verbindung eine thermokompressionsgebondete Verbindung zwi schen dem Anschlußbereich einer Leiterbahn und der Kontakt fläche des Halbleiterchips erfolgen.The bonding is preferably only carried out when the Conductor in the connection area of the continuing conductor web is torn off. For this purpose, a demolition area is part of the Connection area provided by a diminished Cross-section of the conductor track a quick and safe wiping guaranteed shortly before bonding. By applying Ul one can have a sound on the connection area of the conductor track ultrasound bonded connection between the contact surface and the connection area are generated. Through the use of Pressure and heating can be used instead of an ultrasound bond Connection a thermocompression bonded connection between the connection area of a conductor track and the contact area of the semiconductor chip.
Zur Komplettierung des Gehäuses kann das Verbundbauteil bis auf die herausragenden Kontakthöcker mit einer Vergußmasse umgeben werden. Diese Vergußmasse bedeckt auch den Halblei terchip mindestens auf der dem Verbundbauteil zugewandten Fläche, soweit diese nicht von Abstandshaltern oder einer Ab standsschicht bedeckt ist. Ferner umgibt die Vergußmasse min destens in Teilbereichen die Ränder des Halbleiterchips. Mit dieser Ausführungsform des Gehäuses entsteht ein elektroni sches Bauteil, das über eine präzise Anordnung der Kontakt höcker verfügt und bei dem eine gesicherte Kontaktierung der Kontakthöcker zu den Leiterbahnen innerhalb des Gehäuses ge währleistet ist.To complete the housing, the composite component can be up to on the outstanding contact bumps with a sealing compound be surrounded. This potting compound also covers the half lead terchip at least on the facing the composite component Area, insofar as this is not covered by spacers or an ab layer is covered. Furthermore, the potting compound surrounds min at least in parts of the edges of the semiconductor chip. With this embodiment of the housing creates an electronic cal component that has a precise arrangement of the contact Höcker has a reliable contact with the Contact bumps to the conductor tracks within the housing is guaranteed.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfah
rensschritte auf:
Herstellen einer metallischen Folie mit Kontakthöckern in ei
nem vorgegebenen Muster als einstückiges integrales Bauele
ment,
Herstellen einer selbsttragenden Trägerschicht mit Öffnungen
für die Kontakthöcker und Durchbrüchen, deren Anordnung und
Größe den Kontaktflächen auf dem Halbleiterchip angepaßt ist,
Verbinden der metallischen Folie mit Kontakthöckern und der
selbsttragenden Trägerschicht zu einem Verbundbauteil,
Strukturieren der metallischen Folie zu einem Leiterbahnmu
ster, das Leiterbahnen mit Kontakthöckern und Anschlußbereichen
zum elektrischen Verbinden mit den Kontaktflächen auf
weist.The inventive method has the following procedural steps:
Production of a metallic foil with contact bumps in a given pattern as a one-piece integral component,
Producing a self-supporting carrier layer with openings for the contact bumps and openings, the arrangement and size of which is adapted to the contact areas on the semiconductor chip, connecting the metallic foil with contact bumps and the self-supporting carrier layer to form a composite component,
Structuring the metallic foil to a Leiterbahnmu ster, the conductor tracks with bumps and connection areas for electrical connection to the contact surfaces.
Anstelle der Ausbildung von Kontakthöckern mit Hilfe von Löt bällen in einem letzten Schritt beim Herstellen eines elek tronischen Bauteils kann bei dem erfindungsgemäßen elektroni schen Bauteil und dem Verfahren zur Herstellung desselben das Positionieren, Anbringen, Prüfen und Überwachen der Kontakt höckerherstellung unmittelbar am Anfang mit einem Vorferti gungsschritt durchgeführt werden. Dadurch wird das Montageri siko vermindert, da kein Anschmelzen von Lötbällen erfolgen muß. Es ist auch keine Einpassung von Lötbällen in vorgefer tigte Öffnungen erforderlich, aus denen sie sich leicht ver schieben können. Außerdem wird kein Erwärmen des Halbleiter chips auf eine Lotanschmelztemperatur benötigt.Instead of forming bumps with the help of solder balls in a final step when manufacturing an elec tronic component can in the electronics according to the invention component and the method for producing the same Positioning, attaching, checking and monitoring the contact Bump production right at the beginning with a prefabricated machine step. This will make the Montageri Risk is reduced since there is no melting of solder balls got to. It is also not a fitting of solder balls in prefabricated required openings from which they can easily move can push. In addition, there is no heating of the semiconductor chips to a solder melting temperature.
An diese Verfahrensschritte können sich folgende Herstel
lungsschritte anschließen,
Beschichten der Anschlußbereiche der Leiterbahnen,
Aufbringen einer abstandshaltenden Schicht oder einzelner Ab
standshalter auf der Leiterbahnseite des Verbundbauteils un
ter Freilassen von Durchbrüchen,
Aufbringen eines Halbleiterchips auf der abstandshaltenden
Schicht bzw. den Abstandshaltern,
Verbinden der Anschlußbereiche der Leiterbahnen und der Kon
taktflächen des Halbleiterchips im Bereich der Durchbrüche
der Trägerschicht, und
Vergießen der Zwischenräume zwischen Verbundbauteil und Halb
leiterchip, der Durchbrüche und mindestens teilweise der Rän
der des Halbleiterchips mit einer Vergußmasse zu einem Gehäu
se. Dadurch ergibt sich auf einfache Weise ein einsatzferti
ges elektronisches Bauteil.The following manufacturing steps can follow these process steps,
Coating the connection areas of the conductor tracks, application of a spacing layer or individual spacers on the conductor track side of the composite component and leaving openings free,
Applying a semiconductor chip to the spacing layer or the spacers,
Connecting the connection regions of the conductor tracks and the contact surfaces of the semiconductor chip in the region of the openings in the carrier layer, and
Potting the gaps between the composite component and the semiconductor chip, the openings and at least partially the edges of the semiconductor chip with a potting compound to form a housing. This results in a ready-to-use electronic component in a simple manner.
Das Herstellen einer metallischen Folie mit Kontakthöckern in einem vorgegebenen Muster als einstückiges integrales Bauele ment kann auch mittels Prägetechnik erfolgen. Dazu wird eine Metallplatte, deren Dicke geringfügig größer als die Dicke der endgültigen metallischen Folie ist, unter Druck und Wärme in ein Formwerkzeug gepreßt und auf die endgültige Foliendic ke gebracht, wobei sich gleichzeitig die Kontakthöcker aus bilden.Making a metallic foil with bumps in a predetermined pattern as a one-piece integral component Menting can also be done using embossing technology. This will be a Metal plate, the thickness of which is slightly larger than the thickness the final metallic foil is under pressure and heat pressed into a mold and onto the final foil dic ke brought, at the same time the bumps from form.
In einer weiteren möglichen Durchführungsform des Verfahrens wird die metallische Folie mit Kontakthöckern in einem vorge gebenen Muster als einstückiges integrales Bauelement mittels Walzenprägung durchgeführt. Dazu wird eine Metallplatte, die geringfügig dicker als die metallische Folie ist, zwischen einer formgebenden Walze und einer Andruckwalze gepreßt, wo bei die endgültige Dicke der metallischen Folie entsteht und gleichzeitig in vorgegebenem Abstand und in vorgegebener An ordnung die Kontakthöcker gebildet werden. Anstelle einer Walzenprägung oder der oben angegebenen Prägetechnik kann auch ein Gesenkschmieden erfolgen, wobei der Vorteil beim Ge senkschmieden darin besteht, daß die metallische Platte we sentlich dicker als die metallische Folie ausgebildet sein kann, um das einstückige integrale Bauelement aus Folienbe reichen und Kontakthöckerbereichen herzustellen.In a further possible embodiment of the method is the metallic foil with bumps in a pre given pattern as a one-piece integral component by means of Roll embossing carried out. To do this, a metal plate that is slightly thicker than the metallic foil, between a shaping roller and a pressure roller, where in the final thickness of the metallic foil and at the same time at a specified distance and at a specified distance order the bumps are formed. Instead of one Roll embossing or the above embossing technique can drop forging also take place, the advantage of Ge Drop forging is that the metallic plate we be considerably thicker than the metallic foil can to the one-piece integral component made of foil range and produce bump areas.
Ein weiteres bevorzugtes Durchführungsbeispiel zur Bildung einer metallischen Folie mit Kontakthöckern in einem vorgege benen Muster als einstückiges integrales Bauelement ist eine galvanische Abscheidung von Kontakthöckern auf einer maskier ten metallischen Folie. Dazu ist die metallische Folie mit einem Film oder Fotolack überzogen, der nur an denjenigen Stellen das Metall freilässt, an denen eine galvanische Ab scheidung von Kontakthöckern stattfinden soll. Dieses Verfah ren hat den Vorteil, daß der werkzeugtechnische Aufwand äu ßerst gering ist und lediglich Abscheide- und Spülbäder sowie eine Gleichstromversorgung für die galvanische Abscheidung zur Verfügung zu stellen sind.Another preferred implementation example for education a metallic foil with bumps in one benen pattern as a one-piece integral component is one galvanic deposition of contact bumps on a masked metallic foil. The metallic foil is included a film or photoresist coated only on those Make the metal free where galvanic Ab separation of contact bumps should take place. This procedure ren has the advantage that the tooling effort is extremely low and only separating and rinsing baths as well a DC power supply for galvanic deposition are to be made available.
Ein bevorzugtes alternatives Verfahren zur galvanischen Ab scheidung bildet die Ätztechnik, bei der aus einer maskierten metallischen Platte die metallische Folie und Kontakthöcker geätzt werden, wobei die Metallplatte mindestens eine Dicke aufweist, die der Höhe der zu bildenden metallischen Kontakt höcker entspricht. Die maskierende Schicht schützt nur dieje nigen Bereiche vor einem Ätzangriff, die Kontakthöcker erge ben sollen. Alle anderen Flächen werden bis auf die gewünsch te Foliendicke herunter geätzt.A preferred alternative method for galvanic Ab divorce is the etching technique, which consists of a masked metallic plate the metallic foil and bumps be etched, the metal plate being at least one thickness has the height of the metallic contact to be formed hump corresponds. The masking layer only protects them few areas before an etching attack, the contact bumps should. All other areas are except for the one you want etched down the film thickness.
Eine weitere mögliche Durchführung des Verfahrens umfaßt das Herstellen einer metallischen Folie mit Kontakthöckern in ei nem vorgegebenen Muster als einstückiges integrales Bauteil mittels Punktschweißen vorgefertigter Kontakthöckerelemente auf der metallischen Folie. Dabei kann die Spitze der Punkt schweißelektrode jeweils von einem Kontakthöckerelement ge bildet werden, so daß die Punktschweißelektrode nach und nach in schneller Taktfolge aus einem Vorrat von Kontakthöckerele menten vollautomatisch die ihre Elektrodenspitzen mit einem neuen Kontakthöckerelement bestückt wird. Dadurch wird ein schnelles Aufbringen des vorgegebenen Musters von Kontakthöc kern zu realisiert. In einer Weiterbildung der Punktschweiß vorrichtung können mehrere Elektrodenspitzen parallel Kon takthöckerelemente aufnehmen und mit der metallischen Folie punktverschweißen. Mit diesem kann ein präzises integrales Bauelement mit Kontakthöckern erzeugt werden.Another possible implementation of the method includes Making a metallic foil with bumps in egg a given pattern as a one-piece integral component prefabricated contact bump elements by means of spot welding on the metallic foil. The tip can be the point welding electrode each from a bump element ge are formed so that the spot welding electrode gradually in quick succession from a supply of contact bumps fully automatically with their electrode tips new bump element is populated. This will make a quick application of the given pattern from Kontakthöc core realized. In a further training spot welding device can have multiple electrode tips in parallel Kon Pick up bump elements and with the metallic foil spot welding. With this, a precise integral Component are generated with bumps.
Die Kontakthöcker können auch durch Einwölben der metalli schen Folie im Bereich der Kontakthöcker hergestellt werden. Dieses Einwölben kann durch Punktieren oder durch einfachen Hammerschlag auf ein entsprechend vorbereitetes Werkzeug mit entsprechenden Sticheln erfolgen, was einem Tiefziehen von Formstücken nahekommt.The contact bumps can also by arching the metalli film in the area of the contact bumps. This arching can be done by puncturing or by simple Hammer on a suitably prepared tool corresponding pricks take place, which is a deep drawing of Fittings comes close.
Zur Herstellung einer selbsttragenden Trägerschicht mit Öff nungen für die Kontakthöcker und Durchbrüchen, deren Anord nung und Größe den Kontaktflächen auf dem Halbleiterchip an gepaßt ist, kann auch eine Stanztechnik eingesetzt werden, bei der aus einer Kunststoffolie oder einer Kunststoffplatte die Öffnungen und Durchbrüche ausgestanzt werden. Danach können die so hergestellte selbsttragende Trägerschicht und die metallische Folie mit Kontakthöckern derart zusammengebracht werden, daß die Kontakthöcker durch die Öffnungen in der selbsttragenden Trägerschicht hindurchragen. Anschließend wird durch Wärmebehandlung oder durch Verkleben ein Verbund zwischen selbsttragender Trägerschicht und metallischer Folie hergestellt.For the production of a self-supporting carrier layer with opening openings for the bumps and openings, their arrangement voltage and size of the contact areas on the semiconductor chip a punching technique can also be used, in the case of a plastic film or a plastic plate the openings and openings are punched out. After that you can the self-supporting carrier layer thus produced and the metallic foil with contact bumps brought together in this way be that the bumps through the openings in the protrude self-supporting carrier layer. Subsequently becomes a composite by heat treatment or by gluing between self-supporting carrier layer and metallic foil manufactured.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer selbsttragenden Trägerschicht, das weniger Material verbraucht als die Stanz technik, stellt die Spritzgußtechnik dar, die vorzugsweise bei einer Massenproduktion eingesetzt wird.Another method of making a self-supporting Backing layer that uses less material than the punch technology, represents the injection molding technique, which preferably is used in mass production.
Sowohl die selbsttragende Trägerschicht als auch die metalli sche Folie mit Kontakthöckern können als metallisches Band hergestellt werden, das in seinen Seitenzonen an den Längs rändern eine Perforation aufweist. Mit dieser Perforation kann die Justage von selbsttragender Trägerschicht und metal lischer Folie erleichtert werden. Darüber hinaus hat die bandförmige Gestaltung mit Perforation den Vorteil, daß die Herstellung des Verbundbauteils automatisiert werden kann.Both the self-supporting carrier layer and the metallic one cal foil with contact bumps can be used as a metallic tape be produced in its side zones along the length edges have a perforation. With this perforation can adjust self-supporting base layer and metal lischer foil be facilitated. In addition, the band-shaped design with perforation the advantage that the Production of the composite component can be automated.
Wenn die selbsttragende Trägerschicht aus isolierendem Kunst stoff nicht ausreichend gut durch thermische Behandlung mit dem Metallband zu einem Verbundbauteil verbindbar ist, kann die Trägerschicht einseitig mit Klebstoff beschichtet werden, wobei danach die metallische Folie und die Trägerschicht auf einanderjustiert und zusammengepreßt werden. Dieses Zusammen pressen kann mittels eines Walzenpaares durchgeführt werden, sofern sowohl die selbsttragende Trägerschicht als auch die metallische Folie in Bandform vorliegen.If the self-supporting backing is made of insulating art thermal treatment with the metal strip can be connected to form a composite component the carrier layer is coated on one side with adhesive, after which the metallic foil and the carrier layer adjusted and pressed together. This together pressing can be carried out by means of a pair of rollers, provided both the self-supporting carrier layer and the metallic foil in tape form.
Nach dem Herstellen des Verbundes zwischen metallischer Folie mit Kontakthöckern und Trägerschicht kann die metallische Fo lie zu einem Leiterbahnmuster vervollständigt werden, das Leiterbahnen mit Kontakthöckern und Anschlußbereiche auf weist, und zwar durch Aufbringen einer Maske auf eine erste ebene Fläche der metallischen Folie des Verbundbauteils und durch Ätzen oder Zerstäuben der nichtmaskierten metallischen Schicht.After creating the bond between metallic foil with contact bumps and carrier layer, the metallic Fo be completed into a trace pattern that Conductor tracks with bumps and connection areas points, by applying a mask to a first flat surface of the metallic foil of the composite component and by etching or atomizing the unmasked metallic Layer.
Das Aufbringen einer Maske auf die metallische Folie des Ver bundbauteils kann mittels Siebdruck ausgeführt werden, zumal die metallische Seite des Verbundbauteils vollständig eben ist. Ein Siebdrucklack kann dadurch relativ schnell und genau aufgebracht werden.Applying a mask to the metallic foil of the ver collar component can be carried out by screen printing, especially the metallic side of the composite component is completely flat is. A screen printing varnish can therefore be done relatively quickly and accurately be applied.
Für eine genauere Ausbildung und für eine stärkere Miniaturi sierung der Leiterbahnen kann das Aufbringen einer Maske auf die metallische Folie des Verbundbauteils mittels Photolack technik durchgeführt werden. Dazu wird ein Photolack auf die Metallseite des Verbundbauteils gesprüht oder geschleudert und anschließend nach einem Vortempern belichtet. Beim an schließenden Entwickeln werden diejenigen Bereiche der metal lischen Folie von Photolack freigelegt, die danach wegzuätzen sind. Vor dem Ätzen wird üblicherweise der Photolack nach dem Entwickeln durch Aushärten bei erhöhten Temperaturen stärker vernetzt.For a more precise education and for a stronger miniature The conductor tracks can be applied by applying a mask the metallic foil of the composite component using photoresist technology. For this, a photoresist is applied to the Metal side of the composite component sprayed or spun and then exposed after pre-tempering. At the closing developments are those areas of metal exposed film of photoresist, which can then be etched away are. Before the etching, the photoresist is usually applied after the Develop stronger by curing at elevated temperatures networked.
Eine weitere bevorzugte Technik zur Aufbringung einer Maske auf die metallische Folie des Verbundbauteils stellt eine Ab decktechnik durch strukturierte und beispielsweise einseitig klebende Folien dar. Die Strukturierung der metallischen Fo lien kann durch Schneidtechnik erfolgen.Another preferred technique for applying a mask on the metallic foil of the composite component Deck technology through structured and, for example, one-sided adhesive foils. The structuring of the metallic fo lien can be done by cutting technology.
Nach dem Strukturieren der metallischen Folie zu einem Lei terbahnmuster werden zumindest in Anschlußbereichen der Lei terbahnen, welche aus einem Übergangsbereich mit einem Bond bereich bestehen, mit einer diffusionshemmenden Schicht bei spielsweise aus Nickel oder aus einer Nickellegierung und/oder aus einer genügend dicken Goldschicht aufgebracht, deren Dicke größer als 1 µm. After structuring the metallic foil into a lei terbahnmuster are at least in connection areas of Lei tracks that come from a transition area with a bond area with a diffusion-inhibiting layer for example made of nickel or a nickel alloy and / or applied from a sufficiently thick gold layer, whose thickness is greater than 1 µm.
Nach dem Beschichten der Anschlußbereiche der Leiterbahnen wird entweder eine isolierende abstandshaltende Schicht auf die Leiterbahnseite des Verbundbauteils aufgebracht, und zwar unter Freilassen der Durchbrüche der Trägerschicht. Es können auch einzelne Abstandshalter auf der Leiterbahnseite des Ver bundbauteils positioniert werden, und zwar so, daß die Durch brüche freibleiben.After coating the connection areas of the conductor tracks will either have an insulating spacer layer on it the conductor track side of the composite component applied, namely while leaving the openings of the carrier layer. It can also individual spacers on the conductor track side of the Ver be positioned component, so that the through free breaks.
Die Herstellung derartiger Abstandshalter kann durch Schablo nendruck erfolgen, bei dem in eine Schablone, die auf die Leiterbahnseite des Verbundbauteils gepreßt wird, das ab standshaltende Material eingedrückt wird. Das abstandshalten de Material kann eine Silikonmasse aufweisen, während die ab standshaltende Schicht von einem ausgestanzten Polyimidkissen gebildet werden kann.The production of such spacers can be done by Schablo Printing takes place, in which in a stencil on the Conductor side of the composite component is pressed, the material is pressed in. Keep your distance de material can have a silicone mass, while the ab stable layer from a punched out polyimide cushion can be formed.
Die Trägerschicht des Verbundbauteils kann aus Polyimid her gestellt sein, da dieses Material neben einer Mindeststeifig keit zum Stützen der metallische Folie in vorteilhafter Weise eine Restflexibilität aufweist. Auf die oben erwähnten Ab standshalter aus einer Kunststoffmasse oder auf die aufge brachte abstandshaltende Schicht aus Kunststoff wird an schließend, beispielsweise durch Kleben oder durch leichtes Anschmelzen des Kunststoffes der Halbleiterchip aufgebracht. Nach dem Fixieren des Halbleiterchips auf den Abstandshaltern bzw. auf der abstandshaltenden Schicht liegen sich die An schlußbereiche der Leiterbahnen und der Kontaktflächen des Halbleiterchips im Bereich der Durchbrüche gegenüber.The carrier layer of the composite component can be made of polyimide be placed as this material in addition to a minimum stiffness speed to support the metallic foil in an advantageous manner has residual flexibility. On the Ab stand made of a plastic mass or on the spaced plastic layer is attached closing, for example by gluing or by light Melting the plastic of the semiconductor chip applied. After fixing the semiconductor chip on the spacers or on the spacing layer the An lie closing areas of the conductor tracks and the contact surfaces of the Semiconductor chips in the area of the breakthroughs.
Durch einen Verbindungsvorgang beispielsweise mittels Ultra schallbonden, Thermosonicbonden oder Thermokompressionsbonden werden die Anschlußbereiche der Leiterbahnen und die Kontakt flächen des Halbleiterchips miteinander verbunden. Abschlie ßend wird der Randbereich des Halbleiterchips zumindest teil weise durch eine Vergußmasse geschützt, mit der gleichzeitig auch die Zwischenräume zwischen Verbundbauteil und Halblei terchip ausgefüllt werden können. Dazu wird der gebondete Halbleiterchip mit den bereits vorhandenen Gehäuseteilen in einer Gießform in einen evakuierten Raum verbracht. Anschlie ßend wird die verflüssigte Vergußmasse, die ein Thermoplast sein kann, in die Gußform eingebracht.Through a connection process, for example using Ultra sound bonding, thermosonic bonding or thermocompression bonding become the connection areas of the conductor tracks and the contact surfaces of the semiconductor chip connected together. Final The edge region of the semiconductor chip becomes at least partially protected by a potting compound with the same time also the gaps between the composite component and half lead terchip can be filled out. For this, the bonded Semiconductor chip with the already existing housing parts in a mold in an evacuated room. Then The liquefied casting compound, which is a thermoplastic, eats can be introduced into the mold.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Further advantages, features and possible applications of the Invention will now be described using an exemplary embodiment Reference to the accompanying drawings explained in more detail.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein elektronisches Bauteil gemäß der Erfindung, Fig. 1 shows a cross-sectional view of an electronic component according to the invention,
Die Fig. 2 bis 10 veranschaulichen Verfahrensschritte zur Herstellung des elektronischen Bauteils aus Fig. 1, Figs. 2 to 10 illustrate the process steps for manufacturing the electronic component of Fig. 1,
Fig. 11 zeigt das auf einer Leiterplatte montierte elektro nische Bauteil aus Fig. 1 und Fig. 11 shows the mounted on a circuit board electronic component from Fig. 1 and
Fig. 12 und 13 zeigen Querschnitte durch ein weiteres elektronisches Bauteil mit einem BGA-Gehäuse. FIGS. 12 and 13 show cross sections through a further electronic component with a BGA package.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein elektronisches Bau teil 1 mit einem integrierte Schaltungen und Kontaktflächen 2 tragenden Halbleiterchip 3 und mit einem Gehäuse 4, das aus dem Gehäuse 4 herausragende Kontakthöcker 7 aufweist. Die Kontakthöcker 7 sind über eine im Gehäuse 4 angeordnete Schicht 5 mit metallischen Leiterbahnen 6 mit den metalli schen Kontaktflächen 2 auf einer Oberfläche des Halbleiter chips 3 elektrisch verbunden. Fig. 1 shows a cross section through an electronic construction part 1 with an integrated circuits and contact surfaces 2 carrying semiconductor chip 3 and with a housing 4 having 4 protruding bumps 7 from the housing. The contact bumps 7 are electrically connected via a layer 5 arranged in the housing 4 with metallic conductor tracks 6 to the metallic contact surfaces 2 on a surface of the semiconductor chip 3 .
In diesem elektronischen Bauteil 1 stellen die Leiterbahnen 6 mit den Kontakthöckern 7 einstückige integrale Bauelemente 8 dar. Die integralen Bauteile 8 sind aus einer vorgefertigten metallischen Folie 9 mit einseitig integral auf der metalli schen Folie 9 angeordneten Kontakthöckern 7 hergestellt. Die metallische Folie 9 mit den Kontakthöckern 7 wird von einer Trägerschicht 10 getragen, die in dieser Ausführungsform mit tels einer Klebeschicht 29 zu einem Verbundbauteil 11 aus mindestens einem Kontakthöcker 7, einer Leiterbahn 6 und einer Trägerschicht 10 laminiert ist. Dieses Verbundbauteil 11 ist über Abstandshalter 15 mit dem Halbleiterchip 3 verbun den. Die Trägerschicht 10 weist einen Durchbruch 27 auf, der den Zugriff der Leitung 6 mit ihrem metallischen Anschlußbe reich 19 auf die Kontaktfläche 2 des Halbleiterchips ermög licht. Der metallische Anschlußbereich 19, der sich in dem Durchbruch der Trägerschicht 10 erstreckt, besteht aus drei Bereichen, aus einem Übergangsbereich 20, aus einem Bondbe reich 21 und aus einem Abrißbereich 22. Da in Fig. 1 das fertige Bauteil abgebildet ist, ist die Leiterbahn 6 im Bond bereich 21 bereits mit der Kontaktfläche 2 des Halbleiter chips 3 verbunden. Gleichzeitig ist der Abrißbereich 22 be reits abgerissen, so daß keine Verbindung der Leiterbahn 6 mit den übrigen Leiterbahnen existiert. Der Übergangsbereich 20 der Leiterbahn 6 von dem Leiterbahnniveau zu der Oberflä che des Halbleiterchips 3 ist aufgrund der Bondaktivitäten durchgebogen und leicht gekrümmt.In this electronic component 1, the conductor tracks 6 illustrate with the bumps 7 piece integral components. 8 The integral components 8 are made of a prefabricated metal foil 9 with one end integrally disposed on the rule metalli film 9 bumps. 7 The metallic foil 9 with the contact bumps 7 is carried by a carrier layer 10 , which in this embodiment is laminated by means of an adhesive layer 29 to form a composite component 11 comprising at least one contact bump 7 , a conductor track 6 and a carrier layer 10 . This composite component 11 is connected to the semiconductor chip 3 via spacers 15 . The carrier layer 10 has an opening 27 , which enables the access of the line 6 with its metallic connection area 19 to the contact surface 2 of the semiconductor chip. The metallic connection area 19 , which extends in the opening of the carrier layer 10 , consists of three areas, from a transition area 20 , from a bond area 21 and from a tear-off area 22nd Since the finished component is shown in FIG. 1, the conductor track 6 in the bond area 21 is already connected to the contact area 2 of the semiconductor chip 3 . At the same time, the tear-off area 22 is already torn off, so that there is no connection of the conductor track 6 to the other conductor tracks. The transition region 20 of the conductor track 6 from the conductor track level to the surface of the semiconductor chip 3 is bent due to the bonding activities and is slightly curved.
Fig. 1 veranschaulicht einen Vorteil dieses elektronischen Bauteils, da nun die Geometrie und Form der Kontakthöcker, insbesondere die Abstandshöhe der Kontakthöcker von dem übri gen Gehäuse, frei wählbar sind und nicht vom Deformations- und Anschmelzverhalten von sonst verwendbaren Lötbällen ab hängt. Die hier dargestellten Kontakthöcker sind von einfa cher Geometrie und bestehen aus einem zylindrischen Teil und einem halbkugelförmigen Teil, wobei der zylindrische Teil di rekt in den Leiterbahnbereich übergeht und wobei der halbku gelförmige Teil aus dem Gehäuse herausragt und mit einer Lei terplatte, einem Leitungsband oder anderen Weiterleitungskon takten verbunden werden kann. Fig. 1 illustrates an advantage of this electronic component, since the geometry and shape of the bumps, in particular the spacing of the bumps from the rest of the housing, are freely selectable and does not depend on the deformation and melting behavior of otherwise usable solder balls. The bumps shown here are of simple geometry and consist of a cylindrical part and a hemispherical part, the cylindrical part merging directly into the conductor area and the hemispherical part protruding from the housing and with a printed circuit board, a conduction band or other Forwarding contacts can be connected.
Selbst die Ausbildung von Kontakt- oder Anschlußstiften, die aus dem Gehäuse herausragen, kann für ein derartiges elektro nisches Bauteil aufgrund der vorliegenden Erfindung reali siert werden. Auch Oberflächenbehandlungen der Kontakthöcker sowie Oberflächenbeschichtungen derselben können für eine derartiges elektronisches Bauelement realisiert werden. Somit können die Kontakthöcker 7 verzinnt, vernickelt, vergoldet oder mit Lötmaterial beschichtet werden, um einen ohmschen Kontakt mit nachfolgenden Schaltungsstrukturen herzustellen.Even the formation of contact or connection pins that protrude from the housing can be realized for such an electronic component based on the present invention. Surface treatments of the contact bumps as well as surface coatings of the same can also be implemented for such an electronic component. The contact bumps 7 can thus be tin-plated, nickel-plated, gold-plated or coated with solder material in order to make an ohmic contact with subsequent circuit structures.
Die Fig. 2 bis 10 zeigen die möglichen Verfahrensschritte zur Herstellung eines elektronischen Bauteils. Figs. 2 to 10 show the possible process steps for fabricating an electronic component.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine metallische Folie 9, die mit Kontakthöckern 7 bestückt ist, so daß ein einstüc kiges integrales Bauelement 8 entsteht. Die metallische Folie 9 ist in dieser Ausführungsform aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung hergestellt und hat eine Dicke von 15 µm bis 20 µm. Die Höhe der Kontakthöcker 7, die aus der Ebene der metallische Folie 9 herausragen, beträgt zwischen 250 µm und 300 µm. In dieser Ausführungsform wurden die Kontakthöcker 7 galvanisch auf der metallischen Folie 9 abgeschieden. Während der galvanischen Abscheidung schützte denjenigen Folienbe reich, der keine Kontakthöcker aufweist, eine hier nicht ge zeigte Wachsabdeckung, die nur diejenigen Bereiche freigibt, in denen die Kontakthöcker 7 aufwachsen sollen. Fig. 2 shows a cross section through a metallic foil 9 , which is equipped with bumps 7 , so that a one-piece integral component 8 is formed. In this embodiment, the metallic foil 9 is made of copper or a copper alloy and has a thickness of 15 μm to 20 μm. The height of the contact bumps 7 which protrude from the plane of the metallic foil 9 is between 250 μm and 300 μm. In this embodiment, the contact bumps 7 were galvanically deposited on the metallic foil 9 . During the galvanic deposition protected those Foliebe rich, which has no bumps, a wax cover not shown here, which only releases those areas in which the bumps 7 are to grow.
Andere mögliche Verfahren, derartige Kontakthöcker 7 auf ei ner metallischen Folie 9 herzustellen, sind ein Punktschweiß verfahren, mit dem einzelne Kontakthöcker 7 als Elektroden spitzen auf die metallische Folie 9 aufgesetzt werden und durch einen kurzen Stromstoß mit der metallischen Folie ver schmolzen werden. Des weiteren ist es möglich, derartige Kon takthöcker 7 durch Prägetechnik darzustellen oder durch Walz vorgänge in Formwalzen.Other possible methods of producing such bumps 7 on egg ner metallic foil 9 are a spot welding process with which individual bumps 7 are placed as electrodes on the metallic foil 9 and are melted by a short current surge with the metallic foil. Furthermore, it is possible to represent such contact bumps 7 by stamping technology or by rolling processes in form rollers.
Mit erheblichem Materialverlust ist auch durch Ätzen ein der artiges einstückiges Bauelement 8 herstellbar. Dazu werden aus einer Kupferplatte, die mindestens eine Dicke aufweist, die der Summe der Dicken der metallischen Folie 9 und der Hö he der Kontakthöcker 7 entspricht, die Bereiche der Kontakt höcker 7 abgedeckt. Die übrigen Flächen der Metallplatte werden danach auf eine Stärke der metallischen Folie 9 herunter gesetzt.With considerable loss of material, one of the one-piece component 8 can also be produced by etching. For this purpose, the contact bump 7 are equivalent from a copper plate having a thickness of at least the height of the sum of the thicknesses of the metallic foil 9 and the Hö, the portions of the bumps 7 covered. The remaining surfaces of the metal plate are then set down to a thickness of the metallic foil 9 .
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Trägerschicht 10 aus Polyimid mit einer Klebeschicht 29, die Öffnungen 40 auf weisen, durch welche die Kontakthöcker 7 des Bauelementes 8 aus Fig. 2 durchgesteckt werden können. Ferner weist die Trägerschicht 10 einen Durchbruch 27 auf, der so angeordnet ist, daß er bei der Endmontage der Trägerschicht 10 auf die metallische Folie 9 einen Zugriff eines metallischen An schlußbereichs 19 der Leiterbahn 6 auf eine Kontaktfläche ei nes Halbleiterchips ermöglicht. FIG. 3 shows a cross section through a carrier layer 10 made of polyimide with an adhesive layer 29 which have openings 40 through which the contact bumps 7 of the component 8 from FIG. 2 can be inserted. Furthermore, the carrier layer 10 has an opening 27 , which is arranged so that it allows access to a metallic connection region 19 of the conductor track 6 on a contact surface egg nes semiconductor chips in the final assembly of the carrier layer 10 on the metallic foil 9 .
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Verbundelement 11, das nach dem Zusammenpressen des Bauelements 8 auf Fig. 2 mit der Trägerschicht 10 aus Fig. 3 entsteht. Das so ent standene Verbundelement 11 weist im wesentlichen eine konti nuierliche metallische Folie 9 und eine Trägerschicht 10 auf, durch welche die Kontakthöcker 7 hindurchragen. FIG. 4 shows a cross section through a composite element 11 , which is formed after the component 8 in FIG. 2 is pressed together with the carrier layer 10 from FIG. 3. The thus possibly arising composite member 11 has substantially a conti nuous metallic foil 9 and a backing layer 10, through which protrude the bumps. 7
Fig. 5 veranschaulicht das Aufbringen einer Maskierungs schicht 41 auf die metallische Folie 9 des Verbundelements 11 aus Fig. 4. Anschließend wird die von der Maskierungsschicht 41 nicht bedeckte metallische Folie 9 selektiv geätzt, so daß die sich dabei bildenden metallischen Leiterbahnen die Kon takthöcker 7 tragen und daß sich Anschlußbereiche 19 für eine Kontaktierung mit einer Kontaktfläche 2 des Halbleiterchips 3 ergeben. Fig. 5 illustrates the application of a masking layer 41 onto the metallic foil 9 of the composite member 11 of FIG. 4. Then, the not covered by the masking layer 41 metal film 9 is selectively etched, so that the thereby forming metallic interconnects clock bump the Kon 7 wear and that there are connection areas 19 for contacting a contact surface 2 of the semiconductor chip 3 .
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch das Verbundelement 11 aus Fig. 5 nach dem Ätzen und nach Entfernen der Maskie rungsschicht 41. Das Verbundelement 11 weist nun endgültig strukturierte Leiterbahnen 6 mit Kontakthöckern 7 und Durch brüche 27 in der Trägerschicht auf. Fig. 6 5 shows a cross section of the composite member 11 of FIG. After etching and after removal of the layer 41 approximately Maskie. The composite element 11 now has finally structured conductor tracks 6 with bumps 7 and openings 27 in the carrier layer.
Nach diesem Strukturieren der metallischen Folie 9 zu einem Leiterbahnmuster kann in Anschlußbereichen der Leiterbahnen eine diffusionshemmende Schicht mit Nickel in einer Dicke von 50 nm bis 200 nm und eine Goldschicht in einer Dicke von 200 nm bis 1000 nm örtlich selektiv aufgebracht werden. Bei Goldschichtdicken größer als etwa 1000 nm kann die diffussi onshemmende Schicht aus Nickel oder aus einer Nickellegierung entfallen.After this structuring of the metallic foil 9 to form a conductor track pattern, a diffusion-inhibiting layer with nickel in a thickness of 50 nm to 200 nm and a gold layer in a thickness of 200 nm to 1000 nm can be applied locally selectively in connection regions of the conductor tracks. With gold layer thicknesses greater than approximately 1000 nm, the diffusion-inhibiting layer made of nickel or a nickel alloy can be omitted.
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch das Verbundelement 11, wobei Abstandshalter 15 aus isolierendem Material auf der Leiterbahnseite des Verbundbauteils 11 aufgebracht worden sind, und zwar unter Freilassung der Durchbrüche 27. Die Ab standshalter 15 sind in dieser Ausführungsform aus einer Si likonmasse hergestellt. Diese Silikonmasse hat den Vorteil, daß sie die Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen dem Verbun delement 11 und einem später aufzubringenden Halbleiterchip aufgrund ihrer Flexibilität und Elastizität ausgleicht. FIG. 7 shows a cross section through the composite element 11 , wherein spacers 15 made of insulating material have been applied to the conductor track side of the composite component 11 , with the openings 27 being left free . From the spacer 15 are made in this embodiment from a silicon mass. This silicone compound has the advantage that it compensates for the thermal expansion differences between the verbun delement 11 and a semiconductor chip to be applied later due to its flexibility and elasticity.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch das Verbundelement 11 aus Fig. 7, wobei auf die Abstandshalter 15 ein Halbleiter chip 3 aufgebracht ist. Der auf den Abstandshaltern 15 posi tionierte Halbleiterchip 3 ist dabei mit einer Kontaktfläche 2 genau über dem Durchbruch 27 positioniert. FIG. 8 shows a cross section through the composite element 11 from FIG. 7, a semiconductor chip 3 being applied to the spacers 15 . The semiconductor chip 3 positioned on the spacers 15 is positioned with a contact area 2 exactly above the opening 27 .
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch das Verbindungselement 11 mit Halbleiterchip 3 aus Fig. 8, das zur weiteren Bear beitung umgedreht ist, so daß der Halbleiterchip 3 die Unter seite bildet und die Kontakthöcker 7 auf der Oberseite über die Trägerschicht 10 herausragen. In dieser Position wird der Bondbereich 21 des Anschlußbereichs 19 mit der Kontaktfläche 2 des Halbleiterchips 3 verbunden. Die Kontaktfläche 2 des Halbleiterchips 3 ist in diesem Beispiel aus einer Aluminium legierung mit 2% Silizium und 0,5% Kupfer hergestellt, die mit der Goldbeschichtung des Anschlußbereichs 19 beim Ultra schallbonden eine niedrigschmelzende eutektische Verbindung und/oder intermetallische Verbindungen eingeht. Anstelle des Ultraschallbondens kann auch ein Thermokompressionsbonden oder ein Thermosonicbonden angewandt werden, bei dem der Bondbereich 21 des Anschlußbereichs 19 der Leiterbahn 6 über einen beheizten Stichel bis auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Schmelztemperatur der metallischen Komponente erwärmt wird, und zwar insbesondere unter Anpressen auf die Kontaktfläche 2. Fig. 9 shows a cross section through the connecting element 11 with the semiconductor chip 3 from Fig. 8, which is turned over for further Bear processing, so that the semiconductor chip 3 forms the underside and the bumps 7 protrude on the top over the carrier layer 10 . In this position, the bond area 21 of the connection area 19 is connected to the contact area 2 of the semiconductor chip 3 . The contact surface 2 of the semiconductor chip 3 is made in this example from an aluminum alloy with 2% silicon and 0.5% copper, the low-melting eutectic compound and / or intermetallic compounds with the gold coating of the connection region 19 when ultrasonically bonded. Instead of ultrasonic bonding, thermocompression bonding or thermosonic bonding can also be used, in which the bonding area 21 of the connection area 19 of the conductor track 6 is heated to a temperature above the eutectic melting temperature of the metallic component by means of a heated stylus, in particular by pressing onto the contact surface 2nd
Fig. 10 zeigt das fertige erfindungsgemäße elektronische Bauteil nach einem Einkapseln in eine Form und nach dem Ver gießen mit einer elektrisch isolierenden Vergußmasse 23 aus thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise unter Vakuum. Fig. 10 shows the finished electronic component according to the invention after encapsulation in a mold and after the Ver pour with an electrically insulating potting compound 23 made of thermoplastic material, preferably under vacuum.
Fig. 11 zeigt das fertige erfindungsgemäße elektronische Bauteil aus Fig. 10, das platzsparend beispielsweise auf ei ner mehrschichtigen Leiterbahnplatte 24 positioniert ist und das über Kontaktanschlußflächen 14 der Leiterbahnplatte 24 mit Leiterbahnebenen 36 bis 38 der mehrschichtigen Leiter bahnplatte 24 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden dazu die Kontaktanschlußflächen 14 der Leiterbahnplat te 24 in einem Lötschwallbad mit einer Lötschicht überzogen, während die Kontakthöcker 7 des elektronischen Bauteils mit einem Flußmittel benetzt werden, so daß nach einem Erwärmen eine innige elektrisch leitende Lötverbindung mit den Kontak tanschlußflächen 14 der mehrschichtigen Leiterbahnplatte 24 entsteht. Fig. 11 shows the finished electronic component according to the invention from FIG. 10, which is space-saving, for example, positioned on egg ner multi-layer wiring board 24 and the ground plate via contact pads 14 of the wiring board 24 having interconnect layers 36 to 38 of the multilayer printed circuit 24 is connected. In this embodiment, the contact pads 14 of the Leiterbahnplat te 24 are coated in a Lötschwallbad with a solder layer, while the bumps 7 of the electronic component are wetted with a flux, so that after heating an intimate electrically conductive solder connection with the contact pads 14 of the multilayer Circuit board 24 is formed.
Eine weitere Ausführungsform eines elektronischen Bauteils zeigen die Fig. 12 und 13, wobei Fig. 12 einen Quer schnitt durch ein Bauteil mit einem BGA (ball grid array)- Gehäuse und Fig. 13 ein derartiges auf einer Leiterplatte montiertes Bauteil zeigt.A further embodiment of an electronic component is shown in FIGS 12 and 13, wherein Figure 12 cuts a cross through a component with a BGA (b all g rid a rray) -... The housing and 13 is such mounted on a printed circuit board component shows.
Wie Fig. 12 zeigt, besteht das elektronische Bauteil 1 aus einem Gehäuse 4, das die Ränder 28 eines Halbleiterchips 3 teilweise einfaßt. Abstandshalter 15 tragen eine metallische Schicht 5, auf die eine Trägerschicht 10 aus Kunststoff mit tels einer Kleberschicht 29 fixiert ist, so daß die metalli sche Schicht 5 mit ihren Leiterbahnen 6 planparallel in einem durch den Abstandshalter 15 vorgegebenen Abstand zur Oberflä che des Halbleiterchips 3 gehalten werden kann. Die Träger schicht 10 weist einen Durchbruch 27 auf, der über einer Kon taktfläche 2 auf der Oberfläche des Halbleiterchips 3 ange ordnet ist. Der Durchbruch 27 gibt einen Durchgriff eines me tallischen Anschlußbereichs 19 der Leiterbahn 6 auf eine Kon taktfläche 2 des Halbleiterchips 3 frei. Mit Hilfe eines ge eigneten Werkzeugs kann beim Durchbruch 27 der metallische Anschlußbereich 19 der Leiterbahn 6 mit der Kontaktfläche 2 des Halbleiterchips 3 über ein Bondverfahren gebondet werden. Die Trägerschicht 10 weist darüber hinaus Öffnungen auf, die mit einzelnen Leiterbahnen 6 der metallischen Schicht 5 kor respondieren. In diese Öffnungen sind Lötkugeln 30 bis 35 eingebracht, die unter Erwärmung der gesamten Struktur und unter Anschmelzen der Lötkugeln 30 bis 35 mit den entspre chenden Leiterbahnen 6 elektrisch leitend verbunden werden. Dieses Verbinden gelingt jedoch nicht immer zuverlässig, wie es anhand der Lötkugeln 31 und 33 demonstriert ist.As FIG. 12 shows, the electronic component 1 consists of a housing 4 which partially surrounds the edges 28 of a semiconductor chip 3 . Spacers 15 carry a metallic layer 5 on which a carrier layer 10 made of plastic is fixed by means of an adhesive layer 29 , so that the metallic layer 5 with its conductor tracks 6 is held plane-parallel in a predetermined distance from the spacer 15 to the surface of the semiconductor chip 3 can be. The carrier layer 10 has an opening 27 which is arranged on a contact surface 2 on the surface of the semiconductor chip 3 . The breakthrough 27 gives a penetration of a metallic connection region 19 of the conductor track 6 to a contact surface 2 of the semiconductor chip 3 . In the opening 27 by means of a suitable tool ge the metal terminal area 19 of the conductor 6 are bonded to the contact surface 2 of the semiconductor chip 3 by a bonding method. The carrier layer 10 also has openings which correspond to individual conductor tracks 6 of the metallic layer 5 . In these openings, solder balls 30 to 35 are introduced, which are electrically conductively connected to the corresponding conductor tracks 6 by heating the entire structure and melting the solder balls 30 to 35 . However, this connection is not always successful, as is demonstrated by the solder balls 31 and 33 .
Bei dem elektronischen Bauteil 1 werden die Lötkugeln 30 bis 35 nachträglich nach dessen Fertigstellung eingebracht. Dabei kann es vorkommen, daß die Lötkugeln, wie beispielsweise die Lötkugeln 31 und 33, beim nachfolgenden Anschmelzprozeß keine vollständige Verbindung mit der darunterliegenden Leiterbahn eingehen. In diesem Fall tritt ein verminderter elektrischer Kontakt zu dem Halbleiterchip 3 auf.In the electronic component 1 , the solder balls 30 to 35 are introduced after the completion thereof. It can happen that the solder balls, such as solder balls 31 and 33 , do not form a complete connection with the underlying conductor track in the subsequent melting process. In this case, there is a reduced electrical contact with the semiconductor chip 3 .
Es kann auch vorkommen, daß die Lötkugel 30 einen gewünschten gleichförmigen korrekten Kontakthöcker bildet, während die Lötkugel 35 derart verformt ist, daß sie einen Versatz gegen über der Öffnung in der Trägerschicht 10 bildet, was die spä tere Montage des elektronischen Bauteils 1 auf eine Leiter bahnplatte oder auf ein Leitungsband erschweren kann.It can also happen that the solder ball 30 forms a desired uniform correct contact bump, while the solder ball 35 is deformed such that it forms an offset relative to the opening in the carrier layer 10 , which the later mounting of the electronic component 1 on a conductor track plate or on a conduction tape can complicate.
Fig. 13 zeigt das elektronische Bauteil 1 der Fig. 12 in einer Positionierung auf einer mehrschichtigen Leiterbahn platte, wobei die Leiterbahnplatte 24 drei Leitungsebenen 36, 37 und 38 aufweist, die mit den Lötkugelhöckern 30 bis 35 elektrisch verbunden sind. Dazu wird das elektronische Bau teil der Fig. 12 zunächst umgedreht und dann unter Erwärmung auf Löttemperatur mit seinen Lötkugelhöckern 30 bis 35 auf die Kontaktanschlußflächen der Leiterbahnplatte 24 aufgelö tet. Fig. 13 shows the electronic component 1 of Fig. 12 in a positioning on a multilayer printed circuit board, the printed circuit board 24 having three line levels 36 , 37 and 38 , which are electrically connected to the solder bumps 30 to 35 . For this purpose, the electronic construction part of FIG. 12 is first turned over and then heated to the soldering temperature with its bumps 30 to 35 on the contact pads of the conductor plate 24 dissolved.
Aufgrund des Verwendens von Lötkugeln 30 bis 35 ist die Höhe der Kontakthöcker 7, die aus dem Gehäuse 4 herausragen, auf den Durchmesser der Lötkugeln 30 bis 35 begrenzt. Somit ist keine Variationsmöglichkeit für die Formgebung der Kontakt höcker gegeben. Due to the use of solder balls 30 to 35 , the height of the contact bumps 7 which protrude from the housing 4 is limited to the diameter of the solder balls 30 to 35 . Thus there is no possibility of variation for the shape of the contact hump.
11
Elektronisches Bauteil
Electronic component
22
Kontaktflächen auf dem Halbleiterchip
Contact areas on the semiconductor chip
33rd
Halbleiterchip
Semiconductor chip
44
Gehäuse
casing
55
Schicht metallischer Leiterbahnen
Layer of metallic conductor tracks
66
Leiterbahn
Conductor track
77
Kontakthöcker
Contact hump
88th
integrales Bauelement
integral component
99
metallische Folie
metallic foil
1010th
Trägerschicht
Carrier layer
1111
Verbundbauteil
Composite component
1212th
leiterbahntragende erste Fläche
first surface carrying a conductor track
1313
isolierende zweite Fläche mit herausragenden Kontakthöc
kern
insulating second surface with outstanding contact bumps
1414
Kontaktanschlußflächen einer Leiterplatte
Contact pads of a circuit board
1515
Abstandshalter
Spacers
1919th
Anschlußbereich
Connection area
2020th
Übergangsbereich
Transition area
2121
Bondbereich
Bond area
2222
Abrißbereich
Demolition area
2323
Vergußmasse
Sealing compound
2424th
Leiterplatte
Circuit board
2525th
metallische Folie
metallic foil
2626
Metallband
Metal strap
2727
Durchbruch
breakthrough
2828
Ränder des Halbleiterchips
Edges of the semiconductor chip
2929
Klebeschicht
Adhesive layer
3535
Lötkugeln
Solder balls
3838
Leitungsebenen
Management levels
4040
Öffnungen
openings
4141
Maskierung
Masking
Claims (44)
- - Herstellen einer metallischen Folie (9) mit Kon takthöckern (7) als einstückiges integrales Bauele ment (8),
- - Herstellen einer insbesondere selbsttragenden Trä gerschicht (10) mit Öffnungen für die Kontakthöcker (7) und mit Durchbrüchen (27), deren Anordnung und Größe den Kontaktflächen (2) auf dem Halbleiterchip (3) angepaßt ist,
- - Verbinden der metallischen Folie (9) mit den Kon takthöckern (7) und der Trägerschicht (10) zu einem Verbundbauteil (11),
- - Strukturieren der metallischen Folie (9) zu einem Leiterbahnmuster, das Leiterbahnen (6) mit Kontakt höckern (7) und mit Anschlußbereichen (19) zum elektrischen Verbinden mit den Kontaktflächen (2) aufweist,
- - Verbinden der Anschlußbereiche (19) der Leiterbah nen (6) mit den Kontaktflächen (2) des Halbleiter chips (3) im Bereich der Durchbrüche (27) der Trä gerschicht (10).
- - Manufacture of a metallic foil ( 9 ) with con tact bumps ( 7 ) as a one-piece integral component ( 8 ),
- - Producing a particularly self-supporting carrier layer ( 10 ) with openings for the contact bumps ( 7 ) and with openings ( 27 ), the arrangement and size of which is adapted to the contact areas ( 2 ) on the semiconductor chip ( 3 ),
- - Connect the metallic foil ( 9 ) with the con tact bumps ( 7 ) and the carrier layer ( 10 ) to form a composite component ( 11 ),
- - Structuring the metallic foil ( 9 ) to a conductor track pattern, the conductor tracks ( 6 ) with contact bumps ( 7 ) and with connection areas ( 19 ) for electrical connection to the contact surfaces ( 2 ),
- - Connecting the connection areas ( 19 ) of the conductor tracks ( 6 ) with the contact surfaces ( 2 ) of the semiconductor chips ( 3 ) in the area of the openings ( 27 ) of the carrier layer ( 10 ).
- - Veredeln von Anschlußbereichen (19) der Leiterbah nen (6),
- - Aufbringen einer abstandshaltenden Schicht oder einzelner Abstandshalter (15) auf der Leiter bahnseite des Verbundbauteils (11) unter Freilassen der Durchbrüche (27),
- - Aufbringen eines Halbleiterchips (3) auf der ab standshaltenden Schicht bzw. den Abstandshaltern (15),
- - Vergießen der Zwischenräume zwischen Verbundbau teil (11) und Halbleiterchip (3), der Durchbrüche (27) und mindestens teilweise der Ränder (28) des Halbleiterchips (3) mit einer Vergußmasse (23) zu einem Gehäuse (4).
- - Refining connection areas ( 19 ) of the printed conductors ( 6 ),
- - Applying a spacing layer or individual spacers ( 15 ) on the conductor track side of the composite component ( 11 ) while leaving the openings ( 27 ) free,
- - Application of a semiconductor chip ( 3 ) on the spacing layer or the spacers ( 15 ),
- - Potting the spaces between the composite component ( 11 ) and the semiconductor chip ( 3 ), the openings ( 27 ) and at least partially the edges ( 28 ) of the semiconductor chip ( 3 ) with a potting compound ( 23 ) to form a housing ( 4 ).
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