DE10012882A1

DE10012882A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung eines Halbleiter-Chips auf ein Trägerelement

Info

Publication number: DE10012882A1
Application number: DE10012882A
Authority: DE
Inventors: Johann Winderl; Christian Hauser; Martin Reiss
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: US6664648B2; US20040074585A1; US7008493B2; US20010031512A1; DE10012882C2

Abstract

Die Erfindung gibt ein vereinfachtes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Aufbringung eines integrierten Schaltkreises (1) auf ein Trägerelement (6) an, bei dem/der auf eine untere Kontaktfläche (2) des integrierten Schaltkreises (1) eine aushärtbare Ausgleichsschicht (5) von zunächst pastenartiger Konsistenz im wesentlichen flächendeckend aufgetragen wird, woraufhin der integrierte Schaltkreis (1) über die Ausgleichsschicht (5) mit dem Trägerelement (6) nach relativer Ausrichtung zusammengefügt wird, um dann eine elektrische Verbindung zwischen dem integrierten Schaltkreis (1) und Leiterzügen (9) des Trägerelements (6) über die Dicke der Ausgleichsschicht (5) überwindende elektrische Leitungen (12) herzustellen, woraufhin die Ausgleichsschicht (5) unter Volumenvergrößerung ausgehärtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Aufbringung eines integrierten Schaltkreises auf ein Trä gerelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 8.

Um eine mechanische und elektrische Einbindung eines inte grierten Schaltkreises innerhalb der Schaltung eines elektro nischen Gerätes herzustellen, können integrierte Schaltkreise in allgemein bekannter Weise platz- und materialsparend durch sogenanntes "chip-size/scale-packaging (CPS)" oder derglei chen mit einem Trägerelement verbunden werden. Als Trägerele ment kann hier zum Beispiel eine flexible Umverdrahtungsfolie zum Einsatz kommen, die aus einer ca. 50 Mikrometer dicken Polyimidfolie mit ca. 15 Mikrometer dicken Kupferleiterzügen bestehen kann. Um thermomechanische Spannungen aufgrund von betriebs- oder montagebedingten Temperaturdifferenzen zwi schen dem integrierten Schaltkreis und dem Trägerelement zu minimieren, wird der Zwischenraum zwischen beiden Elementen gewöhnlich mit einer Ausgleichsschicht ausgefüllt. Die Aus gleichsschicht nimmt die unerwünschten Spannungen auf, so daß insbesondere die Gefahr eines Abrisses von den integrierten Schaltkreis mit dem Trägerelement verbindenden elektrischen Leitungen an den Kontaktierungsstellen wirksam reduziert wird.

Aus der WO 97/40958 ist ein Verfahren zur Aufbringung eines integrierten Schaltkreises auf ein Trägerelement bekannt, das durch Unterfüllen des Zwischenraums die spannungsaufnehmende Ausgleichsschicht schafft. Zu diesem Zwecke wird zunächst der integrierte Schaltkreis über abstandhaltende Silikonpunkte auf dem Trägerelement aufgebracht, um den Zwischenraum in seiner Breite festzulegen. Danach wird die elektrische Ver bindung zwischen dem integrierten Schaltkreis und dem Trägerelement durch Ausbrechen von Leiterbahnabschnitten aus vorge fertigten Durchbrüchen im Trägerelement und anschließendem Befestigen an korrespondierenden Kontaktstellen am integrier ten Schaltkreis hergestellt. Das Befestigen erfolgt hierbei durch ein sogenanntes Bondingverfahren. Als Nächstes wird un ter Druckabschluß ein zunächst fließfähiges Material in den Zwischenraum mittels Unterdruckwirkung eingebracht, das schließlich zur Bildung der Ausgleichsschicht aushärtet.

Dabei ist von Nachteil, daß aufwendige gerätetechnische Vor aussetzungen zum Unterfüllen des integrierten Schaltkreises mittels Unterdruckwirkung erforderlich sind, um ein vollstän diges Ausfüllen des Zwischenraumes zu garantieren. Weiterhin muß die Fließfähigkeit des Materials der Ausgleichsschicht während des Unterfüllens stets sichergestellt werden. Daher sind bei dieser bekannten Lösung zum Aufbringung des inte grierten Schaltkreises auf das Trägerelement eine Vielzahl von Verfahrensschritten erforderlich, welche insgesamt eine zeitaufwendige Montage verursachen.

Aus der WO 97/27624 ist eine Vorrichtung zum Unterfüllen des Zwischenraumes bekannt, mit der im Vergleich hierzu weniger Herstellungsschritte erforderlich sind. Über den elektrisch und mechanisch beabstandet mit dem Trägerelement verbundenen integrierten Schaltkreis wird eine Form becherartig gestülpt, die den integrierten Schaltkreis umgibt und deren Rand auf dem Trägerelement zur Auflage kommt. Eine daran angeordnete Injektionseinrichtung drückt zeitnah ein fließfähiges Mate rial, das im ausgehärteten Zustand die Ausgleichsschicht bil det, in den Zwischenraum. Da das Unterfüllen insoweit mittels Überdruck erfolgt, ist es hier nicht erforderlich einen Un terdruck im Zwischenraum herzustellen. Zwar sind mit der Vor richtung vergleichsweise weniger Herstellungsschritte notwen dig, so daß eine etwas kürzere Montagezeit realisiert werden kann; gleichwohl ist die Vorrichtung zum Unterfüllen insge samt recht aufwendig und kompliziert aufgebaut.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ver fahren sowie eine Vorrichtung zur Aufbringung eines inte grierten Schaltkreises auf ein Trägerelement zu schaffen, das/die eine Vereinfachung in der Herstellung unter Erzielung einer optimalen spannungsabsorbierenden Funktion der Aus gleichsschicht ermöglicht.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch den An spruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch den Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, daß zur Aufbringung eines integrierten Schaltkreises auf ein Trägerelement an der unteren Kontaktfläche des integrierten Schaltkreises eine aushärtbare Ausgleichsschicht von pasten artiger Konsistenz im wesentlichen flächendeckend unter Frei lassung der elektrischen Kontaktstellen aufgetragen wird, daß anschließend der integrierte Schaltkreis über die Ausgleichs schicht mit dem Trägerelement nach relativer Ausrichtung haf tend zusammengefügt wird, daß daraufhin eine elektrische Ver bindung zwischen dem integrierten Schaltkreis und Leiterzügen des Trägerelements über die Dicke der Ausgleichsschicht über windende elektrische Leitungen hergestellt wird, und daß schließlich die Ausgleichsschicht unter Volumenvergrößerung ausgehärtet wird.

In vorteilhafter Weise wendet sich die Erfindung damit von der im Stand der Technik angewendeten Unterfülltechnik ab und beschreitet einen neuen Weg, indem das Auftragen des die Aus gleichsschicht im ausgehärteten Zustand bildenden Materials vor dem elektrischen Kontaktieren erfolgt. Damit wird insbe sondere der erste Verfahrensschritt des zwischenraumbildenden Anheftens des integrierten Schaltkreises - beispielsweise mittels Silikonpunkte - gänzlich eingespart, so daß sich die Herstellung deutlich vereinfacht. Mit dem Aufbringen des in tegrierten Schaltkreises auf das Trägerelement wird in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch die Grundlage zur Bildung der Ausgleichsschicht geschaffen. Ein zuverlässiges Ausfüllen des Zwischenraums wird durch das Aushärten der Ausgleichs schicht unter Volumenvergrößerung garantiert. Insgesamt ver kürzt das erfindungsgemäße Verfahren die Montagezeit.

Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht dar in, daß die elektrischen Leitungen zunächst ungestrafft zwi schen dem integrierten Schaltkreis und dem Trägerelement be festigt werden. Die elektrischen Leitungen werden erst bei der Volumenvergrößerung der Ausgleichsschicht gestrafft, d. h. relativ zur Oberfläche des Trägerelements tendenziell aufge richtet. Die Länge der gestrafften Leitungen entspricht dabei einer Mindestdicke der Ausgleichsschicht, die vorhanden sein muß, um die auftretenden Spannungen ausgleichen zu können. Im ungestrafften Zustand sind die elektrischen Leitungen bei spielsweise als lockere Kupferbändchen mit bogenförmiger Ge stalt ausgebildet.

Die Volumenvergrößerung der Ausgleichsschicht kann auf ver schiedene Weise herbeigeführt werden. Zum einen kann dieses durch Einbringen eines Gases während des Auftragens oder wäh rend des Aushärtens erfolgen. Zum anderen kann das Volumen der Ausgleichsschicht auch durch einen (während des Aushär tens) gasfreisetzenden Stoff vergrößert werden, der dem Grundmaterial beigemischt ist.

Vorzugsweise kann der Prozeß der Volumenvergrößerung ausge löst werden durch Erhöhung der Temperatur der Ausgleichs schicht beim Aushärten oder Bestrahlung der Ausgleichsschicht mit ultraviolettem Licht oder auf eine andere geeignete Wei se. Hierfür kann ein Heizgerät bzw. eine UV-Lampe Verwendung finden. Eine Temperaturerhöhung ist daneben auch durch eine exotherme Reaktion des Materials der Ausgleichsschicht wäh rend des Aushärtens zu bewirken. In diesem Falle sind keine separaten temperaturerhöhenden Mittel erforderlich.

Es ist vorteilhaft, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die elektrischen Leitungen durch ein herkömmliches Bonding verfahren befestigt werden, um eine schnelle und zuverlässige Kontaktierung des integrierten Schaltkreises mit den hier ge gebenen geometrischen Abmessungen sicherzustellen. So kann als Bondingverfahren beispielsweise das sogenannte "Leadbon ding", "Laserbonding" oder "Thermokompression-Bonding" ange wendet werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Aufbringung eines integrierten Schaltkreises - der auch mittels Chipscheiben technologie hergestellt werden kann - auf ein Trägerelement kann vorzugsweise mit einer Vorrichtung ausgeführt werden, die ein Beschichtungsmittel zum im wesentlichen flächen deckenden Auftragen einer aushärtbaren klebenden Ausgleichs schicht auf eine untere Kontaktfläche des integrierten Schaltkreises umfaßt. Das Beschichtungsmittel kann dabei eine Art druckbetätigbare Zylinderanordnung mit einer Austritts öffnung oder eine Anordnung zum Drucken sein. Weiterhin um faßt die Vorrichtung ein Bestückungsmittel - beispielsweise ein Pick-And-Place-Gerät - zum ausgerichteten Zusammenfügen des integrierten Schaltkreises mit dem Trägerelement vermit tels der haftenden Ausgleichsschicht. Ein Verdrahtungsmittel - insbesondere ein Bonding-Gerät - dient dem elektrischen Verbinden des integrierten Schaltkreises mit Leiterzügen des Trägerelements über elektrische Leitungen, welche die Dicke der Ausgleichsschicht überwinden. Die elektrischen Leitungen sind vorzugsweise als zu den Leiterzügen des Trägerelements gehörige Kupferbändchen ausgebildet. Als Alternative hierzu kann auch das Verfahren des "wire bonding" oder dergleichen angewendet werden, um die elektrische Verbindung zwischen dem integrierten Schaltkreis und dem Trägerelement herzustellen. Gegebenenfalls kann ein separates Mittel - beispielsweise ein Heizgerät - zum Aushärten der Ausgleichsschicht unter Volu menvergrößerung erforderlich sein, falls dieses nicht in der chemischen Reaktion des Materials selbst, das die Ausgleichs schicht bildet, enthalten ist.

Als Material für die Ausgleichsschicht kommt vorzugsweise ein schäumbares Silikonmaterial oder ein schäumbares Epoxid-Mate rial zum Einsatz. Daneben sind auch andere Materialien denk bar, welche die gewünschten aufschäumbaren Eigenschaften zur Bildung der spannungsabsorbierenden Ausgleichsschicht be sitzen.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den ab hängigen Ansprüchen angegeben oder werden nachfolgend mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Er findung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung eines ersten Verfah rensschrittes zur Aufbringung eines integrierten Schaltkrei ses auf ein Trägerelement, bei dem eine Ausgleichsschicht auf den integrierten Schaltkreis aufgetragen wird,

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung eines zweiten Verfah rensschrittes zur Aufbringung, bei dem das Trägerelement mit dem integrierten Schaltkreis zusammengefügt wird,

Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung eines dritten Verfah rensschrittes zur Aufbringung, bei dem die elektrische Anbin dung des integrierten Schaltkreises hergestellt wird und

Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung eines vierten Verfah rensschrittes zur Aufbringung, bei dem die Ausgleichsschicht ausgehärtet wird.

Ein integrierter Schaltkreis 1 gemäß Fig. 1 besitzt eine un tere Kontaktfläche 2. Auf der unteren Kontaktfläche 2 sind Kontaktstellen 3 zur elektrischen Anbindung des integrierten Schaltkreises 1 innerhalb der Schaltung eines hier nicht wei ter dargestellten elektronischen Gerätes angeordnet. Über ein Beschichtungsmittel 4 wird ein haftvermittelndes Material von pastenartiger Konsistenz, das später eine Ausgleichsschicht 5 bildet, im wesentlichen flächendeckend unter Freilassung der elektrischen Kontaktstellen 3 auf die Kontaktfläche 2 aufge tragen. Das Beschichtungsmittel 4 ist in diesem Ausführungs beispiel eine Zylinderanordnung, die das Material der Aus gleichsschicht 5 enthält, und die über eine Austrittsöffnung mittels Druck das Material abgibt. Als Material kommt bei diesem Ausführungsbeispiel ein schäumbarer Silikonwerkstoff zum Einsatz.

Nach Fig. 2 wird anschließend der integrierte Schaltkreis 1 über die Ausgleichsschicht 5 mit einem flexiblen Trägerele ment 6 nach relativer Ausrichtung zusammengefügt. Die rela tive Ausrichtung zwischen dem integrierten Schaltkreis 1 und dem Trägerelement 6 sowie das Zusammenfügen erfolgt über ein Bestückungsmittel 7. Als Bestückungsmittel 7 ist ein Pick- And-Place-Gerät geeignet. Als flexibles Trägerelement 6 kommt eine Polyimidfolie 8 mit Leiterzügen 9 aus Kupfer zum Ein satz, die eine Umverdrahtungsebene bildet.

Gemäß Fig. 3 wird die elektrische Verbindung zwischen dem integrierten Schaltkreis 1 und den Leiterzügen 9 des Träger elements 6 über die vorläufige Dicke der Ausgleichsschicht 5 hinweg durch ein Verdrahtungsmittel 10 hergestellt. Das Ver drahtungsmittel 10 ist als sogenanntes "Bonding-Gerät" ausge bildet und bricht durch in der Polyimidfolie 9 vorgesehene fensterartige Öffnungen 11 elektrische Leitungen 12 als Kup ferbändchen aus den Leiterzügen 9 heraus. Die elektrischen Leitungen 12 werden derart an den elektrischen Kontaktstellen 3 des integrierten Schaltkreises 1 mittels Ultraschall befe stigt, daß diese zunächst eine bogen- oder wellenartige und insoweit ungestraffte Gestalt aufweisen. Die elektrischen Leitungen 12 liegen bei diesem Verfahrensschritt im wesentli chen flach innerhalb der Ausgleichsschicht 5.

Schließlich wird nach Fig. 4 die Ausgleichsschicht 5 ausge härtet. Das Aushärten erfolgt dabei unter einer Volumenver größerung. Diese Volumenvergrößerung wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen während des Aushärtens Gas freiset zenden Stoff erzielt. Dieser Stoff ist als eine Art Treibmit tel dem Material - hier also dem Silikonwerkstoff - beige mischt, um dieses aufschäumbar zu machen. Der Prozeß der Vo lumenvergrößerung wird durch ein externes Mittel zum Aushär ten der Ausgleichsschicht 5 definiert herbeigeführt. Als Mit tel zum Aushärten kommt hier eine UV-Lampe 13 zum Einsatz. Die UV-Lampe 13 ist derart angeordnet, daß zumindest ein wirksamer Teil des Materials der Ausgleichsschicht 5 der Be strahlung ausgesetzt ist, so daß die Volumenvergrößerung zu verlässig erfolgen kann. Infolge der Volumenvergrößerung straffen sich die elektrischen Leitungen 12, welche sich zu vor flach in der Ausgleichsschicht 5 befanden. Beim Straffen nehmen die bereits elektrisch und mechanisch mit dem inte grierten Schaltkreis 1 verbundenen elektrischen Leitungen 12 eine aufgerichtete Lage bezüglich der Oberfläche des Träger elements 6 oder der Kontaktfläche 2 des integrierten Schalt kreises 1 ein. Durch die hierbei wirksame Länge der elektri schen Leitungen 12 stellt sich eine Mindestdicke der Aus gleichsschicht 5 ein, welche erforderlich ist, um eine genü gende elastische Schichteigenschaft sicherzustellen, so daß die aufgrund von betriebsbedingten Temperaturdifferenzen auf tretenden thermomechanischen Spannungen zwischen dem inte grierten Schaltkreis 1 und dem Trägerelement 6 absorbiert werden können. Somit ist insbesondere die Gefahr eines Abris ses der den integrierten Schaltkreis 1 mit dem Trägerelement 6 verbindenden elektrischen Leitungen 12 an den elektrischen Kontaktstellen 3 gebannt.

Die Erfindung ist nicht allein auf das vorstehend beschrie bene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind auch Vari anten hiervon denkbar, die auch bei grundsätzlich anders ge arteter Ausführung von der Erfindung Gebrauch machen.

Bezugszeichenliste

1

integrierter Schaltkreis

2

Kontaktfläche

3

elektrische Kontaktstelle

4

Beschichtungsmittel

5

Ausgleichsschicht

6

Trägerelement

7

Bestückungsmittel

8

Polyimidfolie

9

Leiterzug

10

Verdrahtungsmittel

11

fensterartige Öffnung

12

elektrische Leitung

13

UV-Lampe

Claims

1. Verfahren zur Aufbringung eines integrierten Schaltkrei ses (1) auf ein Trägerelement (6), dadurch gekennzeichnet,

- daß entweder auf eine untere Kontaktfläche (2) des inte grierten Schaltkreises (1) oder auf das Trägerelement eine aushärtbare Ausgleichsschicht (5) von zunächst pastenartiger Konsistenz im wesentlichen flächendeckend aufgetragen wird,
- daß anschließend der integrierte Schaltkreis (1) über die Ausgleichsschicht (5) mit dem Trägerelement (6) nach relati ver Ausrichtung haftend zusammengefügt wird,
- daß daraufhin eine elektrische Verbindung zwischen dem in tegrierten Schaltkreis (1) und Leiterzügen (9) des Trägerele ments (6) über die Dicke der Ausgleichsschicht(5) überwinden de elektrische Leitungen (12) hergestellt wird,
- daß schließlich die Ausgleichsschicht (5) unter Volumenver größerung ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungen (12) zunächst ungestrafft zwi schen dem integrierten Schaltkreis (1) und dem Trägerelement (6) befestigt werden, so daß diese bei der Volumenvergröße rung der Ausgleichsschicht (5) gestrafft werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Ausgleichsschicht (5) durch Einbringen eines Gases während des Auftragens oder während des Aushär tens vergrößert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Ausgleichsschicht (5) durch einen während des Aushärtens gasfreisetzenden Stoff vergrößert wird, der dem Material beigemischt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aushärten die Temperatur der Ausgleichsschicht (5) erhöht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aushärten die Ausgleichsschicht (5) mit ultraviolet tem Licht bestrahlt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungen (12) durch ein Bondingverfah ren befestigt werden.

8. Vorrichtung zur Aufbringung eines integrierten Schaltkrei ses (1) auf ein Trägerelement (6), umfassend: ein Beschichtungsmittel (4) zum im wesentlichen flächen deckenden Auftragen einer aushärtbaren klebenden Ausgleichs schicht (5) auf eine untere Kontaktfläche (2) des integrier ten Schaltkreises (1), ein Bestückungsmittel (7) zum ausge richteten Zusammenfügen des integrierten Schaltkreises (1) mit dem Trägerelement (6) vermittels der Ausgleichsschicht (5), ein Verdrahtungsmittel (10) zum elektrischen Verbinden des integrierten Schaltkreises (1) mit Leiterzügen (9) des Trägerelements (6) mittels die Dicke der Ausgleichsschicht (5) überwindende elektrische Leitungen (12) und ein Mittel zum Aushärten der Ausgleichsschicht (5) unter Volumenver größerung.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel (4) eine Art druckbetätigbare Zy linderanordnung mit einer Austrittsöffnung oder ein Mittel zum Drucken ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestückungsmittel (7) nach Art eines Pick-And-Place- Gerätes ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrahtungsmittel (10) als Bonding-Gerät ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aushärten der Ausgleichsschicht (5) ein Heizgerät ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aushärten der Ausgleichsschicht (5) eine UV-Lampe (13) ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Ausgleichsschicht (5) ein schäumba res Silikonmaterial zum Einsatz kommt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Ausgleichsschicht (5) ein schäumba res Epoxid-Material zum Einsatz kommt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungen (12) zwischen dem integrierten Schaltkreis (1) und dem Trägerelement (6) als zu den Leiter zügen (9) des Trägerelements (6) gehörige Kupferbändchen aus gebildet sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis (1) mittels Chipscheibentech nologie hergestellt ist.