DE10017746B4

DE10017746B4 - Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mikroskopisch kleinen Kontaktflächen

Info

Publication number: DE10017746B4
Application number: DE10017746A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen HACKE
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: US20010028102A1; US20050255633A1; DE10017746A1; US6946725B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mindestens einer mikroskopisch kleinen Kontaktfläche (1) für eine elektronische Schaltung mit Leiterbahnen (2) auf einer Oberfläche (3) eines Substrats (4), wobei die Kontaktfläche (1) zusätzlich ein sich räumlich erstreckendes mikroskopisch kleines Kontaktelement (5), das einstückig und integral mit der Kontaktfläche (1) verbunden ist, aufweist und das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
a) Strukturieren einer Metallfolie (21) mit Mustern (22), wobei die Struktur eine Vielzahl von freigelegten Umrissen von Kontaktfedern (17) aufweist, die über eine Sollbruchstelle (23) mit der Metallfolie (21) verbunden sind, wobei das freiliegende Ende (24) jedes Kontaktfederumrisses (25) in Größe, Anordnung und Position den Kontaktflächen (1) des Substrats (4) entspricht,
b) Justieren und Aufpressen der strukturierten Metallfolie (21) auf das Substrat (4) mit einer Vielzahl von Kontaktflächen (1), wobei die freiliegenden Enden (24) der Kontaktfederumrisse (25) auf die Kontaktflächen (1) gepreßt werden,
c) Aufheizen der Metallfolie (21) und des...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mikroskopisch kleinen Kontaktflächen.
Im Zuge der Miniaturisierung von IC-Gehäusen sind Gehäuseverpackungen bekannt, welche die Größe der Halbleiterchips eines Halbleitersubstrats aufweisen oder nur unwesentlich größer als die Halbleiterchips selbst sind. Diese werden CSP-Gehäuse (Chip-Size-Packages) genannt. Auf dem Halbleiterchip selbst sind mikroskopisch kleine Kontaktflächen angeordnet, die üblicherweise in einer zentralen Zeile oder im Randbereich des Halbleiterchips angeordnet sind, wobei mikroskopisch klein bedeutet, daß die Struktur unter einem Lichtmikroskop erkennbar und meßbar ist. Eine Umverdrahtung von der Zentral- oder Randbereichsverteilung der mikroskopisch kleinen Kontaktflächen auf die nach außen führenden, über der ganzen Fläche des flächenhaften Gehäuses des elektronischen Bauteils zeilen- und/oder spaltenweise verteilten Außenanschlüsse kann zwar unterschiedlich erfolgen, jedoch muß ein Dehnungsausgleich zwischen der Dehnung des Halbleiterchips und eines Zwischenträgers, der die Umverdrahtung und die Außenanschlüsse trägt, ermöglicht werden. Um die Herstellungskosten derartiger flächenhafter Gehäuse weiter zu senken, wird die Realisierung mit großem Nutzeffekt schon auf der Waferebene angestrebt. In diesem Fall wird von einem Waferlevel-CSP-Gehäuse gesprochen.
Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, die Umverdrahtung auf Waferebene durchzuführen und anstelle eines Zwischenträgers ein relativ dickes Dielektrikum einzusetzen, wobei die Umverdrahtung mittel Dünnfilmverdrahtung durchgeführt wird.
Um eine Prüfung der elektronischen Schaltungen auf dem Wafer durchzuführen, ist eine Methode bekannt, bei der auf jedem umverdrahteten Chipanschluß nacheinander eine Drahtverbindung mittels Thermokompressionsbonden als erster Bond gesetzt wird. Diese Drahtverbindung wird dann abgetrennt, und durch Galvanisieren der Drahtstummel mit federhartem Material entstehen elastische Kontaktspitzen, über welche die Kontaktierung zur elektrischen Prüfung und zum Burn-In vorgenommen werden kann.
Eine derartige sequentielle Herstellung von Prüfanschlüssen über galvanisch nachbehandelte Drahtstummel zur Erzeugung elastischer Kontaktspitzen aus federhartem Material ist äußerst kostenintensiv und kann nicht unmittelbar auf den mikroskopisch kleinen Kontaktflächen realisiert werden, sondern erst nach einer Umverdrahtung über den Dehnungsausgleich schaffende Leiterbahnen und nach Herstellung der nach außen geführten zeilen- und spaltenweise angeordneten Anschlüsse.

Die US 5 989 936 zeigt eine Struktur, die eine leitfähige und vorzugsweise metallische leitende Schicht aufweist, die auf ihrer Unterseite mit Anschlüssen versehen ist. Die Anschlüsse haben feste Enden, die dauerhaft an der Struktur befestigt sind und sie haben freie Enden, die von der Struktur lösbar sind. Die Struktur ist mit einem mikroelektronischem Element verbunden, beispielsweise mit einem Halbleiterchip oder mit einem Wafer. Die freien Enden sind an dem Wafer angebondet und die Anschlüsse sind dadurch gebogen, dass die Struktur bezüglich des Wafers bewegt worden ist. Teilstücke der leitenden Schicht werden entfernt, wobei Reststücke der leitenden Schicht als separate elektrische Anschlusskontakte mit den Anschlüssen verbunden sind.

Diese Struktur ist kompliziert herzustellen und ist fehleranfällig im Hinblick auf Temperaturwechselbelastungen. Beim Prüfen eines solchen Bauelements treten häufig Beschädigungen oder Fehler auf. Bei der Herstellung dieses Bauteils ergibt sich zudem ein hoher Ausschuss.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mindestens einer mikroskopisch kleinen Kontaktfläche anzugeben, das die Nachteile im Stand der Technik überwindet und die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von Kontakten ermöglicht, die geeignet sind, sowohl flächige Unebenheiten auszugleichen, als auch einen Dehnungsausgleich bei Temperaturwechselbelastungen eines elektronischen Bauteils zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Dieses elektronische Bauteil hat den Vorteil, daß seine Kontaktfläche mit dem sich räumlich erstreckenden mikroskopisch kleinen Kontaktelement gleichzeitig für einen Vielzahl von integrierten Schaltungen auf einem Wafer realisiert werden kann. Darüber hinaus hat dieses elektronische Bauteil den Vorteil, daß zu Prüfzwecken ein Prüfkopf mit entsprechend angeordneten Kontaktanschlußflächen auf einem Zwischenträger die sich räumlich erstreckenden mikroskopisch kleinen Kontaktelemente gleichzeitig kontaktieren kann ohne bereits eine Bondverbindung herstellen zu müssen. Damit ist es in vorteilhafter Weise möglich, die elektronischen Bauteile noch vor einem Verkapseln in einem Kunststoffgehäuse direkt auf einem Wafer ohne Umverdrahtung und Zwischenträger zu prüfen.

Schließlich kann das elektronische Bauteil mit seinen Kontaktflächen, die zusätzlich ein sich räumlich erstreckendes mikroskopisch kleines Kontaktelement tragen, alle Dehnungsunterschiede zwischen der elektronischen Schaltung mit Leiterbahnen auf der Oberfläche eines Substrats oder Halbleiters und dem zum Gehäuse gehörenden Zwischenträger ausgleichen. Damit werden konventionelle formflexible Kontakt tanschlußfahnen zwischen mikroskopisch kleinen Kontaktflächen auf der Oberfläche des Substrats und Kontaktanschlussflächen auf einem Zwischenträger vermieden. Ferner hat dieses elektronische Bauteil den Vorteil, daß mit den sich räumlich erstreckenden mikroskopisch kleinen Kontaktelementen Unebenheiten der Oberfläche des Substrats ausgeglichen werden können. Schließlich ist es auch möglich, Toleranzen eines Abstands zwischen der Oberfläche des Substrats und den auf der Oberfläche eines Zwischenträgers angeordneten Kontaktanschlußflächen durch die sich räumlich erstreckenden mikroskopisch kleinen Kontaktstifte auszugleichen.

In einer bevorzugten Anwendung ist in dem elektronischen Bauteil der Kontaktfläche gegenüberliegend eine Kontaktanschlußfläche eines Zwischenträgers mit Flachleitern angeordnet. Derartige Flachleiter verteilen im Zuge einer Umverdrahtung die auf den Randbereichen der Oberfläche des Substrats angeordneten mikroskopisch kleinen Kontaktflächen oder die in einer Zeile durch das Zentrum der Oberfläche des Substrats angeordneten mikroskopisch kleinen Kontaktflächen auf die Gesamtfläche des elektronischen Bauteils und stellen eine Verbindung zu entsprechenden nach außen geführten elektrischen Anschlüssen des elektronischen Bauteils bereit. Die nach außen geführten elektrischen Anschlüsse sind beispielsweise Kontakthöcker, die in Zeilen und/oder Spalten auf dem flächenhaften Gehäuse des elektronischen Bauteils verteilt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat ein Halbleiterchip oder ein Halbleiterwafer, und die elektronische Schaltung ist mindestens eine integrierte Schaltung im oberflächennahen Bereich des Halbleiterchips oder des Halbleiterwafers.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des elektronischen Bauteils mit Kontaktflächen, die ein sich räumlich erstreckendes mikroskopisch kleines Kontaktelement, das einstückig und integral mit der Kontaktfläche verbunden ist, aufweisen, ist es vorteilhaft möglich, sämtliche Kontaktflächen eines Halbleiterchips mit derartigen Kontaktelementen auszustatten und/oder einen gesamten Halbleiterwafer mit einer Vielzahl von elektronischen Schaltungen und einer Vielzahl von Kontaktflächen mit diesen Kontaktelementen gleichzeitig in einem Herstellungsverfahren zu bestücken und somit die Kontaktelemente nicht nur zum Dehnungsausgleich oder zum Ausgleich von Unebenheiten beim Umverdrahten zu elektronischen Außenanschlüssen einzusetzen, sondern die Kontaktelemente zu nutzen, um noch vor einem Verkapseln der elektronischen Bauteile mit Gehäusen und noch vor einem Trennen eines Halbleiterwafers zu einzelnen elektronischen Bauteilen die Funktion der elektronischen Schaltung zu überprüfen.

In einer bevorzugten Form weist die elektronische Schaltung mit Leiterbahnen eine Vielzahl von Kontaktflächen auf, die jeweils an einem Ende der Leiterbahnen angeordnet sind. Diese Leiterbahnen, die sich auf der Oberfläche des Substrats befinden, dienen der Verbindung zwischen Kontaktflächen und den Elektroden der aktiven und passiven Bauelemente der elektronischen Schaltung im oberflächennahen Bereich des Substrats und haben nicht die Aufgabe wie die Flachleiter auf einem Zwischenträger, eine Umverdrahtung zu realisieren.

Gemäß der Erfindung besitzt das Kontaktelement neben einer plastischen Verformbarkeit, die für jedes Metall gegeben ist, auch eine elastische Verformbarkeit, so daß eine vorteilhafte Federsteifigkeit des Kontaktstiftes zur Verfügung steht.

In der Erfindung wird das Kontaktelement unter einem Winkel, der von der orthogonalen Ausrichtung abweicht, vorgeformt. Eine derartige geneigte Ausrichtung des Kontaktelementes gegenüber der Kontaktfläche hat den Vorteil, daß ein elastisches Anpassen an Unebenheiten der Oberfläche des Substrats und ein plastischer Dehnungsausgleich erleichtert wer den, da die mikroskopisch kleinen Kontaktelemente bereits unter einem entsprechenden Raumwinkel vorgeformt sind.

Die Länge des Kontaktelementes kann an die unterschiedlichsten Anforderungen, die an das elektronische Bauteil gestellt werden, angepaßt werden. Somit ist vorzugsweise die Länge des Kontaktelementes um mindestens 5 % größer als die größte Verwölbung der Oberfläche des Substrats, womit vorteilhaft sichergestellt wird, daß auch die größte Verwölbung der Oberfläche des Substrats von dem Kontaktstift ausgeglichen werden kann. Ferner kann die Länge des Kontaktelementes um mindestens 5 % größer als die größte Entfernung zwischen Kontaktfläche und Kontaktanschlußfläche sein, um sicherzustellen, daß das Kontaktelement auch die größte Entfernung zwischen der Kontaktfläche und einer gegenüberliegenden Kontaktanschlußfläche, vorzugsweise eines Zwischenträgers oder eines Prüfköpfes, zuverlässig überbrückt.

Schließlich kann die Länge des Kontaktelementes um mindestens 5 % größer als die größte Längendifferenz in bezug auf den zentral gelegenen neutralen Punkt des Substrats bei größtmöglicher Temperaturwechselbelastung sein. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich sichergestellt, daß bei allen Temperaturwechselbelastungen die Länge des Kontaktelementes ausreicht, um einen Dehnungsausgleich für die unterschiedlichen Außenabmessungen des Substrats und der Temperaturwechselbelastung zu gewährleisten.

Ferner kann die Länge des Kontaktelementes um mindestens 5 % größer als die größte Längendifferenz zwischen Substrat und Zwischenträger bezogen auf den zentral gelegenen neutralen Punkt des Substrats bei größtmöglicher Temperaturwechselbelastung sein. Damit wird vorteilhafterweise auch ein Dehnungsausgleich unter Berücksichtigung der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Substratmaterial und Zwischenträgermaterial durch die angepaßte Länge des Kontaktelementes ermöglicht.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktflächen aus einer Aluminiumlegierung und das Kontaktelement ist aus einer Kupferlegierung. Dieses hat den Vorteil, daß zur Weiterverbindung des Kontaktstiftes mit der Umverdrahtung eines Zwischenträgers herkömmliche Verbindungstechnologien, die mit Kupferlegierungen arbeiten, unmittelbar eingesetzt werden können.

In einer weiteren Ausführungsform sind die mikroskopisch kleinen Kontaktelemente als mikroskopisch kleine Kontaktfedern ausgebildet, die eine blattfederartige Gestalt aufweisen, wobei ein Ende der Kontaktfeder mit den Kontaktflächen des Substrats oder des Halbleiterchips integral verbunden ist, und das andere Ende sich räumlich von der Kontaktfläche aus erstreckt. Die Breite der Kontaktfeder zum freien Ende hin ist vorzugsweise derart verjüngt, daß eine nahezu quadratische Kontaktfläche der Kontaktblattfeder räumlich versetzt über der Verbindung zu der Kontaktfläche des Substrats oder Halbleiterchips angeordnet ist.

Die Kontaktfedern werden vorzugsweise durch synchrone Verfahrensschritte für alle Kontaktfedern eines Wafers gleichzeitig durch multiples Bonden oder Diffusionslöten aus einer strukturierten Metallfolie hergestellt, wobei an vorbereiteten Sollbruchstellen in den Strukturen der Metallfolie beim Abheben der Metallfolie von den gebondeten oder diffusionsgelöteten Stellen sich die räumlich erstreckenden elastischen Kontaktfedern mit ihren freistehenden Kontaktflächenenden ausbilden.

Vorzugsweise erstreckt sich die Kontaktfeder mit ihrem freien Ende in einem Winkel a, der kleiner ist als die Orthogonale zu der Kontaktfläche. Eine derartige zur Kontaktfläche abgewinkelte Kontaktfeder hat den Vorteil, daß ihre freistehenden Enden Oberflächenunebenheiten zwischen einem Messkopf mit multiplen Kontaktanschlußflächen zum Messen der Funktion des Halbleiterchips leichter durch elastische Verformung ausgeglichen werden können und beim Verpacken des Halbleiterchips der Kontakt zu den multiplen Kontaktanschlußflächen eines Zwischenträgers leichter herstellbar ist, da Oberflächenunebenheiten zwischen Halbleiterchip und Zwischenträger ausgeglichen werden können.

In einer weiteren Ausführungsform entspricht die Breite der Kontaktblattfedern der Breite der Kontaktflächen auf einem Substrat oder Halbleiterchip. Dieses hat den Vorteil, daß beim Bonden die gesamte Kontaktfläche auf dem Halbleiterchip für das einstückige integrale Verbinden von Kontaktfläche und Kontaktfeder zur Verfügung steht und damit eine intensive, in mikroskopischer Größenordnung großflächige stabile Verbindung auf gebaut werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kontaktfeder an ihrem freien Ende mit Gold und/oder mit einer Nickelbeschichtung versehen. Dabei dient die Nickelbeschichtung als diffusionshemmende Schicht zwischen dem Material der Kontaktfeder und der Goldbeschichtung, um sicherzustellen, daß das Kontaktfedermaterial nicht durchdiffundiert bis zum Material der Kontaktfläche auf dem Halbleiterchip.

Vorzugsweise ist die Metallfolie aus einem elastischen Material wie einer Federbronze oder einer Kupferlegierung, so daß beim Abziehen der Metallfolie von dem Substrat oder einem Halbleiterwafer unmittelbar blattfederartige Kontaktfedern entstehen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann jedoch auch eine weichgeglühte Folie aus Federbronze verwendet werden, die dann nach dem Abheben der Restfolie von dem Substrat oder einem Halbleiterwafer durch eine Temperbehandlung des Wafers oder des Halbleiterchips ihre Federsteifigkeit erreicht.

Vorzugsweise wird eine Metallfolie aus federelastischem Material eingesetzt, die selektiv vorzugsweise mittels Laserstrahl im Bereich der größten Verbiegung der Kontaktfeder weichgeglüht ist, um in vorteilhafter Weise ein Abreißen der Kontaktfeder von der Kontaktfläche des Substrats zu verhindern oder ein Beschädigen der Kontaktanschlußfläche zu vermeiden, dadurch, daß geringe Biegekräfte auf die Verbindung zwischen Kontaktfederende und Kontaktfläche einwirken müssen. Auch in diesem Fall wird durch ein nachträgliches Tempern die Federsteifigkeit der Kontaktfeder nach dem Bonden eingestellt.

Ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mindestens einer mikroskopisch kleinen Kontaktfläche für eine elektronische Schaltung mit Leiterbahnen auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei die Kontaktfläche zusätzlich ein sich räumlich erstreckendes mikroskopisch kleines Kontaktelement, das einstückig und integral mit der Kontaktfläche verbunden ist, aufweist, umfasst die Verfahrensschritte des Patentanspruchs 1.

Ein Wafer, dessen Kontaktflächen mit derartig sich räumlich erstreckenden Kontaktelementen ausgestattet ist, kann unmittelbar noch vor einem Trennen in einzelne Halbleiterchips oder in einzelne elektronische Bauteile auf dem Wafer-Niveau geprüft werden, indem mittels eines Prüfkopfes ein Zwischenträger mit Kontaktanschlußflächen auf die Kontaktelemente einer integrierten Schaltung eines einzelnen elektronischen Bauteils zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der elektronischen Schaltung des elektronischen Bauteils gedrückt wird. Derartige Prüfköpfe mit einer entsprechenden Anzahl von Kontaktanschlußflächen auf einem Zwischenträgermaterial vereinfachen die bisher übliche Funktionsprüfung vor, während und nach dem Burn-In.

Darüber hinaus können die mikroskopisch kleinen sich räumlich erstreckenden Kontaktelemente auf dem Wafer verwendet werden, um mit einem großflächigen Zwischenträger zur Umverdrahtung der Kontaktflächen mit aus einem Gehäuse heraustretenden Anschlüssen verbunden zu werden. Der Zwischenträger kann dabei die gleichen Abmessungen wie der Wafer aufweisen und gegenüber jeder Kontaktfläche auf der Oberfläche des Wafers eine Kontaktanschlußfläche auf weisen, die über Flachleiter mit den nach außen geführten Anschlüssen des elektronischen Bauteils in Verbindung steht.

Um ein sicheres gleichzeitiges Verlöten oder Ultraschallbonden der Vielzahl von Kontaktelementen mit den Kontaktanschlußflächen des Zwischenträgers zu erreichen, werden vorzugsweise die Zwischenräume zwischen den Kontaktelementen mittels Sprühtechnik oder Spritzgußtechnik vergossen, und, falls erforderlich, werden anschließend die Kontaktköpfe nach dem Vergießen der Zwischenräume freigelegt, so daß mit diesen Verfahrensschritten die Position der Kontaktköpfe gegenüber den Kontaktanschlußflächen des Zwischenträgers stabilisiert sind. Mit einem entsprechenden Anpreßdruck und einer thermischen Behandlung oder einer entsprechenden reibtechnischen Erwärmung durch Ultraschall kann anschließend entweder eine Lötverbindung mittels eines Kontaktkopfs aus Lot oder eine Verbindung mittels Ultraschallbonden aller Kontaktköpfe eines Wafers gleichzeitig mit den Kontaktanschlußflächen eines Zwischenträgers erfolgen.

Durch Auswahl entsprechend elastischer und plastisch verformbarer Spritzgußmassen in den Zwischenräumen zwischen den Kontaktelementen können Unebenheiten der Oberfläche des Substrats und der Oberfläche des Zwischenträgers ausgeglichen werden, und eine Gehäusetechnologie auf Waferniveau verwirklicht werden, so daß mit dem gleichzeitigen Zerteilen des Wafers mit dem angeschlossenen Zwischenträger mit Umverdrahtung und Außenanschlüssen in rationeller Weise der Wafer mit seiner Vielzahl von integrierten Schaltungen in elektronische Bauteile vereinzelt werden kann.

Beim Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mindestens einer mikroskopisch kleinen Kontaktfläche für eine elektronische Schaltung mit Leiterbahnen auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei die Kontaktfläche zusätzlich ein sich räumlich erstreckendes mikroskopisch kleines Kontaktelement, das einstückig und integral mit der Kontaktfläche verbunden ist, aufweist, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

a) Strukturieren einer Metallfolie, vorzugsweise aus einer Kupferlegierung, mit Mustern, wobei die Struktur eine Vielzahl von freigeätzten Umrissen von Kontaktfedern aufweist, die mit einer Sollbruchstelle mit der Metallfolie verbunden sind, wobei das freiliegende Ende der Kontaktfederumrisse in Größe, Anordnung und Position den Kontaktflächen eines Substrats entspricht,
b) Justieren und Aufpressen der strukturierten Metallfolie auf ein Substrat mit einer Vielzahl von Kontaktflächen, wobei die freiliegenden Enden der Kontaktfederumrisse auf die Kontaktflächen gepreßt werden,
c) Aufheizen der Metallfolie und des Substrats zum Bonden oder Löten der freiliegenden Enden der Kontaktfederumrisse mit den Kontaktflächen,
d) Abkühlen und Abziehen der Metallfolie unter Zurücklassung räumlich sich erstreckender gebondeter oder gelöteter Kontaktfedern auf jeder der Kontaktflächen.

Mit diesem Verfahren entstehen in vorteilhafter Weise mikroskopisch kleine Kontaktfedern, die sich räumlich von Kontaktflächen auf einem Substrat erstrecken, wobei die Kontaktfedern einstückig und integral mit den Kontaktflächen verbunden sind. Dabei ist das gleichzeitige Bilden von Kontaktfedern zahlenmäßig nicht begrenzt, so daß eine Vielzahl von Kontakt federn gleichzeitig mit diesem Verfahren in vorteilhafter Weise gebildet werden können.

Die Kontaktfedern auf den Kontaktflächen haben den Vorteil, daß sie die Kontaktflächen räumlich verlängern, so daß anschließende Komponenten, beispielsweise eines Gehäuses eines elektronischen Bauteils, auf diese federnden Anschlüsse aufgesetzt oder an die freiliegenden Enden der Kontaktfedern angelötet oder mit ihnen gebondet werden können. Durch die Federwirkung dieser Kontaktfedern können Unebenheiten in der Ebene der Kontaktflächen und Unebenheiten in der Ebene von Kontaktanschlußflächen eines sich anschließenden Zwischenträgers eines Gehäuses ausgeglichen werden.

Darüber hinaus ist es möglich, unmittelbar nach dem Herstellen der integrierten Schaltungen auf einem Halbleiterwafer diese Schaltungen mit ihren vielfachen Kontaktflächen durch einen Prüfkopf mit entsprechend angeordneten Kontaktanschlußflächen zu prüfen, der einfach auf die freien Enden der Kontaktfedern mit seinen Kontaktanschlußflächen aufgesetzt wird und dann die Funktionsfähigkeit jedes einzelnen integrierten Schaltkreises prüfen kann. Bei dieser Prüfung gleichen die Kontaktfedern Abstandsunterschiede zwischen dem Prüfkopf und dem Substrat aus und sorgen dafür, daß ein federnder Reibkontakt mit den Kontaktanschlußflächen des Prüfkopfes aufgebaut werden kann.

Das Strukturieren einer Metallfolie mit Kontaktfederumrissen wird vorzugsweise durch eine Ätztechnik durchgeführt. Dazu wird die Metallfolie in den nicht zu ätzenden Bereichen mit einer Schutzschicht abgedeckt. Dieses Abdecken kann mittels Photolacktechnik, Siebdrucktechnik oder Schablonenmaskierungstechnik erfolgen.

In einer anderen bevorzugten Durchführung der Strukturierung werden die Umrisse der Kontaktfedern in die Metallfolie mittels Laserabtragstechnik eingebracht. Auch Trockenätzverfah ren wie das Plasmaätzen sind zum Einbringen der Kontaktfederumrisse in eine Metallfolie geeignet.

In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens werden die freiliegenden Enden der Kontaktfederumrisse vor dem Aufpressen auf die Kontaktflächen eines Substrats mit einer Nickel- und/oder einer Goldschicht beschichtet. Diese Beschichtung hat den Vorteil, daß insbesondere die Goldschicht mit den Kontaktflächen vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung unter isothermischer Erstarrung intermetallische Phasen bildet, die eine hohe Temperaturfestigkeit der Verbindung gewährleisten.

In einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens werden im Bereich der Sollbruchstellen die Kontaktfederumrisse mit einer lötbaren Metallegierung beschichtet. Diese selektive Metallbeschichtung hat den Vorteil, daß nach Abriß der Sollbruchstellen die sich bildenden Kontaktanschlußflächen eine Lotbeschichtung aufweisen, die für ein Verbinden mit sich anschließenden Kontaktanschlußflächen geeignet ist.

In einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird als Metallfolie ein federelastisches Material mit einer Dicke zwischen 30 und 100 μm eingesetzt, das zusätzlich mit einer Zinnschicht versehen wird. Dieses hat den Vorteil, daß nach dem Strukturieren der Metallfolie die Kontaktfederumrisse bereits mit einer Zinnschicht versehen sind, die eine Lötverbindung mit den Kontaktflächen ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Durchführungsform der Erfindung werden die Kontaktfederumrisse vor dem Aufpressen der Metallfolie auf die Kontaktflächen in vorbestimmten Bereichen, vorzugsweise in ihrem mittleren Bereich, weichgeglüht. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß beim nachfolgenden Abziehen der Metallfolie von dem Substrat die Kraft auf die Kontaktfläche minimiert wird und das Umbiegen der Kontaktfeder in eine räumliche Erstreckung ihres freien Endes die Kontaktflä chen und die Verbindung zwischen Kontaktflächen und Kontaktfedern nur minimal belastet. Das Weichglühen der Metallfolie aus federelastischem Material im mittleren Bereich der Kontaktfederumrisse kann vorzugsweise durch ein Laserscannen über die entsprechenden Bereiche erfolgen.

In einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens wird als Metallfolie ein weiches Material wie eine weiche Kupferlegierung eingesetzt, wobei nach dem Abziehen der Metallfolie die zurückbleibenden, sich räumlich erstreckenden Kontaktstrukturen auf gewünschte Federeigenschaften der Kontaktfedern getempert werden. Bei dieser Verfahrensvariante entsteht die eigentliche Federkraft erst, nachdem das Verbinden mit der Kontaktfläche und/oder die Formgebung der Kontaktfeder abgeschlossen sind. Bei dieser Verfahrensvariante wird die Verbindung zwischen Kontaktfeder und Kontaktfläche bei der Formgebung am geringsten belastet.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine mit Kontakt federumrissen strukturierte Metallfolie.
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der 1.
3 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Anordnung einer Vielzahl von mikroskopisch kleinen Kontaktfedern nach einem Abziehen der Metallfolie.
4 zeigt eine teilweise quergeschnittene perspektivische Ansicht einer mikroskopisch kleinen Kontakte der, die einstückig und integral mit einer Kontaktfläche verbunden ist.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine mit Kontaktfederumrissen 25 strukturierten Metallfolie 21. Diese Metallfolie hat in dieser Ausführungsform die Größe eines Halbleiterwafers mit beispielsweise 32 Halbleiterchips. Die Metallfolie 21 ist zwischen 30 und 100 jan dick und weist eine Vielzahl von Kontaktfederumrissen 25 auf, deren Anzahl den Kontaktflächen auf dem Halbleiterwafer entsprechen. Die Kontaktfederumrisse 25 werden in die Metallfolie 21 eingeätzt oder mit einem Laserstrahl in die Metallfolie 21 eingeschnitten.
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der 1. Dieser Ausschnitt soll nur prinzipiell die Struktur der Kontaktfederumrisse 25 zeigen. Ein derartiger Umriß umfaßt ein beiliegendes Ende 24, einen mittleren Bereich 26 und eine Sollbruchstelle 23, mit der der Kontaktfederumriß 25 mit der Metallfolie 21 verbunden ist. Der mittlere Bereich 26 des Kontaktfederumrisses verjüngt sich zur Sollbruchstelle hin, so daß der Querschnitt, mit dem Kontaktfederumrisse an der Metallfolie 21 hängen, äußerst gering ist und leicht abreißbar wird.
3 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Anordnung einer Vielzahl von mikroskopisch kleinen Kontaktfedern 17 nach einem Abziehen der Metallfolie 21, die in 1 gezeigt wird. Deutlich erkennbar ist, daß nun die Kontaktfederumrisse 25, wie sie in 2 gezeigt werden, nun zu einer Kontaktfläche mit einem fest auf der Substratoberfläche verbundenen ersten Kontaktfederende 19 und einem freien zweiten Kontaktfederende 20 umgeformt sind. Dazu wurden die Kontaktfederumrisse 25 der 2 mit ihren freiliegenden Enden 24 auf die Kontaktflächen eines Substrats gebondet oder gelötet, und anschließend beim Abreißen der Metallfolie 21 zu Kontaktfedern gebogen.
4 zeigt eine teilweise quergeschnittene perspektivische Ansicht einer mikroskopisch kleinen Kontaktfeder 17, die einstückig und integral mit der Kontaktfläche 1 verbunden ist. Die Kontaktfeder dieses Ausführungsbeispiels hat die Form einer Blattfeder, die zum freien Ende hin verjüngt ist und mit diesem freien Ende an einem Zwischenträger mit Kontaktanschlußflächen einer Umverdrahtung angeschlossen werden kann oder einen Prüfkopf kontaktieren kann, der entsprechend angeordnete Kontaktanschlußflächen aufweist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mindestens einer mikroskopisch kleinen Kontaktfläche (1) für eine elektronische Schaltung mit Leiterbahnen (2) auf einer Oberfläche (3) eines Substrats (4), wobei die Kontaktfläche (1) zusätzlich ein sich räumlich erstreckendes mikroskopisch kleines Kontaktelement (5), das einstückig und integral mit der Kontaktfläche (1) verbunden ist, aufweist und das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: a) Strukturieren einer Metallfolie (21) mit Mustern (22), wobei die Struktur eine Vielzahl von freigelegten Umrissen von Kontaktfedern (17) aufweist, die über eine Sollbruchstelle (23) mit der Metallfolie (21) verbunden sind, wobei das freiliegende Ende (24) jedes Kontaktfederumrisses (25) in Größe, Anordnung und Position den Kontaktflächen (1) des Substrats (4) entspricht, b) Justieren und Aufpressen der strukturierten Metallfolie (21) auf das Substrat (4) mit einer Vielzahl von Kontaktflächen (1), wobei die freiliegenden Enden (24) der Kontaktfederumrisse (25) auf die Kontaktflächen (1) gepreßt werden, c) Aufheizen der Metallfolie (21) und des Substrats (4) zum Bonden oder Löten der freiliegenden Enden (24) der Kontaktfederumrisse (25) mit den Kontaktflächen (1) d) Abkühlen und Abziehen der Metallfolie (21) unter Zurücklassung räumlich sich erstreckender gebondeter oder gelöteter Kontaktfedern (21) auf jeder der Kontaktflächen (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegenden Enden (24) der Kontaktfederumrisse (25) vor dem Aufpressen auf die Kontaktflächen (1) eines Substrats (4) mit einer Nickel- und/oder einer Goldschicht beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Sollbruchstellen (23) die Kontaktfederumrisse (25) mit einer lötbaren Metall-Legierung beschichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallfolie (21) ein federelastisches Material einer Dicke zwischen 30 und 100 μm eingesetzt wird, das mit einer lötbaren Zinnschicht versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfederumrisse (25) vor dem Aufpressen der Metallfolie (21) in vorbestimmten Bereichen, vorzugsweise in ihrem mittleren Bereich (26), weichgeglüht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine weiche Metallfolie eingesetzt wird und nach dem Abziehen der Metallfolie (21) die zurückbleibenden sich räumlich erstreckenden Kontaktstrukturen auf gewünschte Federeigenschaft der Kontaktfedern (17) getempert werden.