DE10161101A1

DE10161101A1 - Elektronisches Bauteil und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10161101A1
Application number: DE10161101A
Authority: DE
Inventors: Bernd Goller; Robert-Christian Hagen; Gerald Ofner; Christian Stuempfl; Josef Thumbs; Stefan Wein; Holger Woerner; Werner Heindl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-03-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil (21) mit einem Halbleiterchipbaustein (1) mit einem Zwischenträger (4) mit einer ersten oberen Umverdrahtungsebene (6), mit dem der Halbleiterchipbaustein (1) mittels Flip-Chip-Technik elektrisch kontaktiert ist und einer zweiten unteren Umverdrahtungsebene (7) mit Außenkontaktflächen (15). Dabei sind die Werte der Wärmedehnungskoeffizienten in dem Zwischenträger zwischen oberer und unterer Umverdrahtungsebene unterschiedlich. Dies wird erreicht durch eine graduell unterschiedliche Dichte von Füllstoffteilchen (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Beim Aufbau eines elektronischen Bauteils sind die Art der mechanischen und/oder der elektrischen Verbindungen der einzelnen beteiligten Bauelemente besonders kritisch zu betrachten. Die zu verbindenden Bauelemente, wie Halbleiterchipbaustein, Substrat, Zwischenträger und Leiterplatte, bestehen funktionsbedingt aus verschiedenen Werkstoffen, wie Silizium, Epoxidharz oder Kupfer, die jeweils einen unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen. Dies führt dazu, dass es an den Grenzflächen der miteinander verbundenen Bauelemente zu unterschiedlichen Längenausdehnungen der einzelnen Bauelemente kommt, wenn während des Betriebs eines solchen elektronischen Bauteils dasselbe hohen Temperaturen oder Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.
Die unterschiedlichen Längenänderungen bewirken erhebliche Spannungen an den Grenzflächen der miteinander verbundenen Bauelemente, die zum Verbiegen der Bauelemente oder im ungünstigsten Fall zum Bruch der Bauelemente führen können. Ein Verbiegen der zusammengefügten Bauelemente tritt vor allem bei starr miteinander verbundenen Bauelementen ein. Bei einer bedingt flexiblen Anordnung der Bauelemente, wie bei einer Flip-Chip-Verbindung mittels Kontakthöckern, führen die unterschiedlichen Längenänderungen der einzelnen Bauelemente zu einer gegenseitigen Relativbewegung, was bei Temperaturwechselbeanspruchungen zum Versagen der Verbindungsstellen durch Ermüdung führen kann.
Bei den derzeitig angewandten Techniken zur Verbindung der Bauelemente eines elektronischen Bauteils sind verschiedene Gestaltungen und Vorgehensweisen bekannt.
Beispielsweise werden bei der Montage eines Flachleitergehäuses auf eine Leiterplatte die unterschiedlichen Längenausdehnungen der beiden Bauelemente infolge der Erwärmung während des Betriebs durch die Anschlussbeinchen der Flachleiter kompensiert. Dabei funktionieren die annähernd s-förmig gebogenen Anschlussbeinchen als Federelemente, die die Relativbewegung zwischen dem Flachleitergehäuse und der Leiterplatte ausgleichen.
Bei einer weiteren bekannten Methode wird der Halleiterchipbaustein unmittelbar auf das aus Silizium bestehende Substrat aufgeklebt. Dabei wird der Ausgleich der thermomechanischen Spannungen zwischen dem Halbleiterchipbaustein und dem Substrat von der elastischen Klebstoffschicht übernommen.
Im Falle einer Flip-Chip-Verbindung zwischen einem Halbleiterchipbaustein und den Kontaktanschlussflächen eines Substrats werden die auf die Kontakthöcker einwirkenden Spannungen mittels einer in den Zwischenraum zwischen dem Halbleiterchipbaustein und dem Substrat eingebrachten Unterfüllung aus Kunststoffmasse ausgeglichen. Die Spannung auf den einzelnen Kontakthöcker wird auf diese Weise reduziert und die Zuverlässigkeit der Verbindung der beteiligten Bauelemente zwar erhöht, jedoch nicht entscheidend verbessert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Bauteil zu schaffen, das bei einfachem Aufbau und wirtschaftlicher Herstellung einen optimalen Längenausgleich der miteinander verbundenen Bauelemente bei Erwärmung während des Betriebs gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß weist das elektronische Bauteil einen Halbleiterchipbaustein mit Kontaktflächen auf seiner aktiven Chipoberfläche auf, die mit Kontakthöckern bestückt ist. Ferner ist ein als Umverdrahtungsplatte ausgebildeter Zwischenträger mit einer ersten oberen Umverdrahtungsebene mit Umverdrahtungsleiterbahnen und Kontaktanschlußflächen vorgesehen, mit denen der Halbleiterchipbaustein mittels Flip-Chip-Technik elektrisch kontaktiert ist. Eine zweite untere Umverdrahtungsebene weist Außenkontaktflächen auf, die mittels Durchkontakte mit Kontaktanschlussflächen elektrisch verbunden sind. Dabei ist der Wärmedehnungskoeffizient in dem als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträger zwischen dessen oberer Umverdrahtungsebene und dessen unterer Umverdrahtungsebene unterschiedlich in seinen Werten.
Das erfindungsgemäße elektronische Bauteil hat den Vorteil, dass der Wärmedehnungswert im Bereich der Oberseite des als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers demjenigen Wärmedehnungswert des dort montierten Bauelements und dass der Wärmedehnungswert im Bereich der Unterseite des als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers demjenigen Wärmedehnungswert des dort montierten Bauelements angepasst ist. Auf diese Weise werden bei Temperaturschwankungen während des Betriebs des elektronischen Bauteils unterschiedliche Längenausdehnungen der miteinander verbundenen Bauelemente vermieden. Die durch Kleben oder Löten hergestellten Verbindungen zwischen einem elektronischen Bauelement und dem Zwischenträger bzw. einem Substrat werden somit keiner Scherspannung oder Biegespannung ausgesetzt und damit nicht überbelastet oder gar zerstört.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmedehnungskoeffizient in dem als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträger im Bereich der oberen die Kontaktanschlussflächen aufweisenden Umverdrahtungsebene größer als im Bereich der unteren die Außenkontaktflächen aufweisenden Umverdrahtungsebene.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass gegenüber den bekannten Verbindungstechniken die Belastung durch Spannungen in den besonders empfindlichen Kontaktflächen des Aufbaus ferngehalten und vom eigens dafür ausgelegten Zwischenträger mitgetragen werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der als Umverdrahtungsplatte ausgebildete und aus einer Kunststoffmasse bestehende Zwischenträger eine Polymermatrix aufweist, deren Wärmedehnungskoeffizient durch Einlagerung von Füllstoffteilchen zwischen seiner oberen die Kontaktanschlussflächen aufweisenden Umverdrahtungsebene und seiner unteren die Außenkontaktflächen aufweisenden Umverdrahtungsebene graduell veränderbar ist.
Dabei nimmt die Dichte der Füllstoffteilchen vom Bereich der oberen Umverdrahtungsebene zum Bereich der unteren Umverdrahtungsebene des Zwischenträgers graduell ab, und die Füllstoffteilchen sind in der horizontalen Ebene des Zwischenträgers ausgerichtet.
In dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass durch den Einsatz eines geeigneten Kunststoffmaterials und einer geeigneten graduellen Dotierung der eingelagerten Füllstoffteilchen mit geringem Wärmedehnungswert die Wärmedehnungskoeffizienten zwischen den auf den Zwischenträger montierten Bauelemente und dem Zwischenträger selbst gezielt angepaßt werden könnten. Dadurch werden an den Grenzflächen zweier miteinander verbundenen Bauelemente Spannungen aufgrund von Temperaturschwankungen erfindungsgemäß vermieden.
Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die in dem aus Kunststoffmasse bestehenden Zwischenträger eingelagerten Füllstoffteilchen aus Glasfasern, aus Aramidfasern oder aus Karbonfasern bestehen.
Dies hat den Vorteil, dass in Anpassung an die für die einzelnen Bauelemente des elektronischen Bauteils verwendeten Materialien eine optimale Steuerung der Wärmedehnungskoeffizienten im Zwischenträger durch die Auswahl des Werkstoff ffs der eingebetteten Füllstoffteilchen möglich ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Zwischenträger aus mehreren Laminatschichten besteht, die jeweils eine graduell unterschiedliche Dichte der Füllstoffteilchen aufweisen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine einfache Herstellung des erfindungsgemäßen Zwischenträgers möglich ist, wobei eine präzise Dotierung der Füllstoffteilchen in den einzelnen Schichten möglich ist.
Eine weitere Ausführungsform kann so aufgebaut sein, dass die Laminatschichten des Zwischenträgers wechselweise aus einem Kunststoffmaterial hoher Biegesteifigkeit und aus einem Kunststoffmaterial mit niedrigem Elastizitätsmodul bestehen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass durch die wechselnde Folge von Laminatschichten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften der als Verbund aufgebaute Zwischenträger auch bei hohen thermomechanischen Spannungen seine plane Form behält.
In einer konkreten Ausführungsform der Erfindung entspricht im Bereich der oberen Umverdrahtungsebene der durch die Dichte der Füllstoffteilchen bestimmte Wärmedehnungskoeffizient dem Wärmedehnungskoeffizienten des Siliziumwerkstoffs des Halbleiterchipbausteins und entspricht im Bereich der unteren Umverdrahtungsebene der durch die Dichte der Füllstoffteilchen bestimmte Wärmedehnungskoeffizient dem Wärmekoeffizienten einer Leiterplatte.
In einer weiteren Ausführungsform der gattungsgemäßen Erfindung besteht der als Umverdrahtungsplatte ausgebildete Zwischenträger aus einem hochflexiblen Material, in das elektrische Verbindungsleiter eingebettet sind, die die Kontaktanschlussflächen der oberen Umverdrahtungsebene mit den Außenkontaktflächen der unteren Umverdrahtungsebene kontaktieren und die bei Nichtbetrieb des elektronischen Bauteils eine bogenförmige Form aufweisen. Dabei kann der als Umverdrahtungsplatte ausgebildete Zwischenträger aus einem flexiblen, dehnbaren Kunststoffmaterial oder einem gummiartigen Werkstoff bestehen.
Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass der hochflexible Zwischenträger bei Einwirkung von Wärme die unterschiedlichen Längenausdehnungen des aus Silizium bestehenden Halbleiterchipbausteins einerseits und der Leiterplatte andererseits ausgleicht. Dabei können sich die im Nichtbetriebszustand bogenförmig gestalteten elektrischen Verbindungsleiter in einen mehr oder weniger gestreckten Zustand übergehen und auf diese Weise die elektrischen Verbindungen zwischen dem Halbleiterchipbaustein und der Leiterplatte zuverlässig aufrechterhalten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils hat mindestens folgende Verfahrensschritte:

- Bereitstellen eines Halbleiterchipbausteins mit Kontaktflächen,
- Bereitstellen eines als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers mit graduell verlaufender Dichte von Füllstoffteilchen und mit Kontaktanschlussflächen sowie Außenkontaktflächen auf der oberen Umverdrahtungsebene bzw. der unteren Umverdrahtungsebene,
- Vorbereiten des Halbleiterchipbausteins und Bestücken desselben mit Kontakthöckern,
- Aufbringen des Halbleiterchipbausteins auf den Zwischenträger mittels der Flip-Chip-Technik,
- Bestücken der Außenkontaktflächen der unteren Umverdrahtungsebene mit Lötbällchen und
- Eingießen des elektronischen Bauteils in ein Gehäuse aus Kunststoffgußmasse.

Dieses Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils hat den Vorteil, dass es sehr kurze Herstellungszeiten aufweist, weil durch die Anwendung der Flip-Chip-Technik die elektrische Kontaktierung zwischen dem Halbleiterchipbaustein und dem Zwischenträger äußerst zeitsparend und wirtschaftlich durchführbar und als Ergebnis ein sehr kompaktes, kleines elektronisches Bauteil hat. Außerdem werden infolge der graduellen Dotierung des Zwischenträgers mit Füllstoffteilchen die unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten der einzelnen Bauelemente des elektronischen Bausteins ausgeglichen.
In einem Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird der Zwischenträger anstelle der Dotierung mit Füllstoffteilchen als hochflexibles Bauteil ausgebildet. Ein solches Durchführungsbeispiel weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

- Vorbereiten eines Halbleiterchipbausteins (1) mit Kontaktflächen (3),
- Bereitstellen eines als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers (4), der aus einem hochflexiblen Kunststoffwerkstoff mit in demselben eingebetteten elektrischen Verbindungsleitern (17) zur Kontaktierung der Kontaktanschlussflächen (14) und der Außenkontaktflächen (15) der oberen Umverdrahtungsebene (6) bzw. der unteren Umverdrahtungsebene (7) besteht,
- Vorbereiten des Halbleiterchipbausteins (1) und Bestücken desselben mit Kontakthöckern (12),
- Aufbringen des Halbleiterchipbausteins (1) auf den Zwischenträger (4) mittels Flip-Chip-Technik,
- Bestücken der Außenkontaktflächen (15) der unteren Umverdrahtungsebene (7) des Zwischenträgers (4) mit Lötbällchen (18) und
- Eingießen des elektronischen Bauteils (21) in ein Gehäuse (20) aus Kunststoffgußmasse.

Dieses Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils hat den Vorteil, einer optimalen, wirtschaftlichen Herstellung des elektronischen Bausteins, der darüber hinaus eine flache, kompakte Stapelanordnung aufweist. Infolge der hochflexiblen Beweglichkeit der Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen Chipmaterialien gewährleistet ein derartig hergestellter elektronischer Baustein eine hohe Funktionszuverlässigkeit.
Zusammenfassend ergibt sich, dass bei einem elektronischen Baustein mit einem mittels der Flip-Chip-Technik auf einen Zwischenträger aus Kunststoffwerkstoff montierten Halbleiterchipbaustein und dem mittels Lötbällchen auf eine Leiterplatte montierten Zwischenträger zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten der miteinander verbundenen Bauelemente der aus Kunststoffmaterial bestehende Zwischenträger eine graduell verlaufende Dotierung von Füllstoffteilchen aufweist. Dabei ist die Dichte der Füllstoffteilchen auf der Oberseite des Zwischenträgers, also auf dem dem Halbleiterchipbaustein zugekehrten Bereich in Anpassung an den Wärmedehnungskoeffizienten des Halbleiterchipbausteins höher bemessen und auf der Unterseite des Zwischenträgers, also dem der Leiterplatte zugekehrten Bereich in Anpassung an den Wärmedehnungskoeffizienten der Leiterplatte niedriger bemessen. Auf diese Weise verhalten sich die Längenausdehnungen der beteiligten Bauelemente des elektronischen Bauteils gleich bzw. weitgehend gleich, so dass keine thermomechanischen Spannungen an den Grenzflächen der miteinander verbundenen Bauelemente auftreten.
In einem alternativen weiteren Ausführungsbeispiel besteht der Zwischenträger aus einem hochflexiblen Substrat, in das im Nichtbetriebszustand des elektronischen Bauteils elektrische Verbindungsleiter in gebogener Form eingebettet sind, die die Kontaktierung des Halbleiterchipbausteins mit der Leiterplatte sicherstellen. Bei Erwärmung des elektronischen Bauteils während des Betriebs nimmt das hochflexible Substrat des Zwischenträgers die Längenänderungen der miteinander verbundenen Bauelemente auf, wobei die Verbindungsleiter aus der gebogenen Form in eine mehr oder weniger gestreckte Form gelangen. Auf diese Weise werden die elektrischen Kontakte zwischen dem Halbleiterchipbaustein und der Leiterplatte bei Temperaturschwankungen während des Betriebs zuverlässig aufrechterhalten.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnitts-Darstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Bausteins,
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnitts-Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines elektronischen Bauteils,
Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnitts-Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines elektronischen Bauteils im Zustand des Nichtbetriebs und
Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnitts-Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 bei Erwärmung während des Betriebs des elektronischen Bauteils.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Bausteins 21 schematisch dargestellt, der einen Aufbau und eine Anordnung seiner einzelnen Bauelemente aufweist, womit die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Halbleiterchipbaustein, die Bezugsziffer 3 Kontaktflächen auf der aktiven Oberfläche des Halbleiterchipbausteins 1, die Bezugsziffer 4 einen Zwischenträger, der zwischen dem Halbleiterchipbaustein und einer mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Leiterplatte angeordnet ist. Mit der Bezugsziffer 6 ist eine Umverdrahtungsebene bezeichnet, die auf dem mit der Bezugsziffer 4 bezeichneten Zwischenträger aufgebracht ist. Der Zwischenträger 4 besteht beispielsweise aus Kunststoffmaterial. auf dessen Oberfläche eine mit der Bezugsziffer 14 bezeichnete Kontaktanschlussfläche und auf dessen Unterfläche eine untere Umverdrahtungsebene 7 mit einer mit 15 bezeichneten Außenkontaktfläche vorgesehen sind.
Mit der Bezugsziffer 9 ist eine auf der Umverdrahtungsebene 6 ausgebildete Umverdrahtungsleiterbahn bezeichnet, die über die mit der Bezugsziffer 16 bezeichneten Durchkontakte die Kontaktanschlussflächen 14 der Umverdrahtungsebene 6 mit den Außenkontaktflächen der Umverdrahtungsebene 7 elektrisch verbinden. Der Halbleiterchipbaustein 1 ist über seine Kontaktflächen 3 und die mit 12 bezeichneten Kontakthöcker mit den Kontaktanschlussflächen 14 des Zwischenträgers 4 mittels der Flip-Chip-Technik kontaktiert. Diese Kontaktierung erfolgt in mikroskopisch kleinen Dimensionen. In diesem Zusammenhang wird unter mikroskopisch klein eine Dimension im Mikrometerbereich verstanden, die nur mittels eines Lichtmikroskops messbar ist.
Mit der Bezugsziffer 18 sind Lötbällchen bezeichnet, die die auf der unteren Umverdrahtungsebene 7 des Zwischenträgers 4 angeordneten Außenkontaktflächen 15 mit den mit der Bezugsziffer 19 bezeichneten Leiterbahnen der mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Leiterplatte elektrisch verbinden. Diese elektrische Verbindung erfolgt in makroskopisch großen Dimensionen. In diesem Zusammenhang wird unter makroskopisch groß eine Dimension verstanden, die mit bloßem Auge messbar ist.
Das Erfindungswesentliche des in der Fig. 1 schematisch dargestellten elektronischen Bausteins 21 besteht in der Struktur des Zwischenträgers 4, in dem in bestimmter Anordnung mit der Bezugsziffer 5 bezeichnete Füllstoffteilchen eingearbeitet sind. Dies in den Zwischenträger 4 in bestimmter Verteilung eingebrachten Füllstoffteilchen 5, die aus Glasfasern, Aramidfasern, Karbonfasern oder dergl. bestehen können, bewirken, dass dem aus einem Kunststoffmaterial bestehenden Zwischenträger 4 ein vorbestimmter Wärmedehnungsgradient innewohnt. So ist bei dem in der Fig. 1 schematisch dargestellten Zwischenträger 4 im Bereich der oberen Umverdrahtungsebene 6 eine dichte Verteilung der Füllstoffteilchen 5 vorgesehen, so dass sich ein Wärmedehnungskoeffizient in diesem Bereich ergibt, der dem Wärmedehnungskoeffizienten des aus Siliziumwerkstoff bestehenden Halbleiterchipbausteins 1 entspricht.
Im Bereich der unteren Umverdrahtungsebene 7 des Zwischenträgers 4 ist eine dünne Verteilung der Füllstoffteilchen 5 vorgesehen, so dass sich in diesem Bereich ein Wärmedehnungskoeffizient einstellt, der dem Wärmedehnungskoeffizient der aus einem Kunststoffwerkstoff bestehenden Leiterplatte 10 entspricht. Auf diese Weise weisen die Grenzflächen der miteinander verbundenen Bauelemente gleiche Wärmedehnungswerte auf, wodurch bei Temperaturschwankungen während des Betriebs des elektronischen Bausteins 21 thermomechanische Spannungen infolge unterschiedlicher Längenausdehnungen der miteinander verbundenen Bauelemente vermieden werden. Dies resultiert in einer zuverlässigen Funktion und einer langen Lebensdauer derartig aufgebauter elektronischer Bausteine.
In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils 21 in einer schematischen Schnittdarstellung veranschaulicht.
Es ist im Prinzip so aufgebaut wie das anhand der Fig. 1 beschriebene elektronische Bauteil; gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Der Unterschied zu dem anhand der Fig. 1 beschriebenen elektronischen Bauteil liegt darin, dass die Verteilung der Füllstoffteilchen 5 nicht kontinuierlich von der Oberseite zur Unterseite des Zwischenträgers 4 verläuft, sondern dass die graduell sich vermindernde Dichte der Füllstoffteilchen 5 schichtweise erfolgt. Wie in der Fig. 2 dargestellt, ist die obere Laminatschicht 13, auf der die obere Umverdrahtungsebene 6 aufgebaut ist, mit einer hohen Dichte von Füllstoffteilchen 5 versehen, wodurch ihr Wärmedehnungswert dem Wärmedehnungswert des Halbleiterchipbausteins 1 angepaßt ist. Die unterste Laminatschicht 13, auf der die Außenkontaktflächen 15 aufgebracht sind ist, ist mit einer niedrigen Dichte von Füllstoffteilchen 5 versehen, wodurch ihr Wärmedehnungswert dem Wärmedehnungswert der Leiterplatte 10 angepaßt ist.
Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, dass bei Temperaturschwankungen die obere Laminatschicht 13 und der Halbleiterchipbaustein 1 sowie die unterste Laminatschicht 13 und die Leiterplatte 10 sich in ihre Länge um gleiche Beträge ausdehnen und zusammenziehen, so dass keine thermomechanischen Spannungen zwischen den verbundenen Bauelementen auftreten. Damit wird das elektronische Bauteil 21 nicht funktionsunfähig, weil die elektrischen Verbindungen zwischen der oberen Umverdrahtungsebene 6 und dem Halbleiterchipbaustein 1 und der unteren Umverdrahtungsebene 7 und Leiterplatte 10 nicht beeinträchtigt werden.
In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils 21 in einer schematischen Schnittdarstellung veranschaulicht.
Es ist im Prinzip genau so aufgebaut wie das anhand der Fig. 1 beschriebene elektronische Bauteil; gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Der Unterschied zu dem anhand der Fig. 1 geschriebenen elektronischen Bauteils liegt darin, dass anstelle des in gradueller Abstufung mit Füllstoffteilchen 5 versehenen Zwischenträgers 4 derselbe aus einem hochflexiblen Material besteht, beispielsweise einem dehnbaren Kunststoffmaterial bzw. einem Gummiwerkstoff, in das elektrische Verbindungsleiter 17 eingebettet sind. Diese elektrischen Verbindungsleiter 17 sind im Nichtbetriebszustand bogenförmig ausgebildet und verbinden die Kontaktanschlussflächen 14 der oberen Umverdrahtungsebene 6, die über Kontakthöcker 12 mit den Kontaktflächen 3 des Halbleiterchipbausteins 1 kontaktiert sind, mit den Außenkontaktflächen 15 der unteren Umverdrahtungsebene 7, die über Lötbällchen 18 mit den Leiterbahnen 19 der Leiterplatte 10 kontaktiert sind.
Bei Temperaturänderungen, beispielsweise bei Temperaturerhöhung, dehnt sich der Halbleiterchipbaustein 1 um eine bestimmte Länge. Infolge der Verbindung des Halbleiterchipbausteins 1 über die Kontaktflächen 3, den Kontakthöckern 12 und den Kontaktanschlussflächen 14 folgt der Zwischenträger 4 aufgrund seiner Flexibilität dieser Bewegung, ohne dass thermomechanische Spannungen in den Verbindungsstellen auftreten.
Das gleiche gilt für die Ausdehnung der Leiterplatte 10, die über die Leiterbahnen 19, den Lötbällchen 18 und den Außenkontaktflächen 15 mit dem Zwischenträger 4 verbunden ist. Auch hier folgt der flexible Zwischenträger 4 in seiner Längenausdehnung der Längenausdehnung der Leiterplatte 10, so dass keine thermomechanischen Spannungen zwischen den Bauelementen auftreten.
Bei der Streckbewegung des Zwischenträgers 4 strecken sich auch die elektrischen Verbindungsleiter 17 bis sie im äußersten Fall aus ihrer gebogenen Form in eine gerade, gestreckte Form übergegangen sind. Dabei ist die Länge der bogenförmigen elektrischen Verbindungsleiter 17 so gewählt, dass sie nicht unter Zugspannung geraten, wodurch die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontaktflächen 3 und den Kontaktanschlussflächen 14 sowie zwischen den Außenkontaktflächen 15 und den Leiterbahnen 19 der Leiterplatte 10 nicht einer mechanischen Spannung ausgesetzt und somit stets funktionsfähig sind.
Beim Abkühlen des elektronischen Bauteils 21 in seiner Nichtbetriebslage verkürzen sich der Halbleiterchipbaustein 1 und die Leiterplatte 10 sowie der Zwischenträger 4 wieder und die elektrischen Verbindungsleiter 17 nehmen wieder ihre gebogene Form an.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils 21 der gattungsgemäßen Art weist folgende Verfahrensschritte auf:

- Bereitstellen eines Halbleiterchipbausteins (1) mit Kontaktflächen (3),
- Bereitstellen eines als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers (4) mit graduell verlaufender Dichte von Füllstoffteilchen (5) und mit Kontaktanschlussflächen (14) sowie Außenkontaktflächen (15) auf der oberen Umverdrahtungsebene (6) bzw. der unteren Umverdrahtungsebene (7),
- Vorbereiten des Halbleiterchipbausteins (1) und Bestücken desselben mit Kontakthöckern (12),
- Aufbringen des Halbleiterchipbausteins (1) auf den Zwischenträger (4) mittels der Flip-Chip-Technik,
- Bestücken der Außenkontaktflächen (15) der unteren Umverdrahtungsebene (7) mit Lötbällchen (18) und
- Eingießen des elektronischen Bauteils (21) in ein Gehäuse (20) aus Kunststoffgußmasse.

Ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

- Bereitstellen eines Halbleiterchipbausteins (1) mit Kontaktflächen (3),
- Bereitstellen eines als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers (4) der aus einem hochflexiblen Kunststoffwerkstoff mit in demselben eingebetteten elektrischen Verbindungsleitern (17) zur Kontaktierung der Kontaktanschlussflächen (14) und der Außenkontaktflächen (15) der oberen Umverdrahtungsebene (6) bzw. der unteren Umverdrahtungsebene (7) besteht,
- Vorbereiten des Halbleiterchipbausteins (1) und Bestücken desselben mit Kontakthöckern (12),
- Aufbringen des Halbleiterchipbausteins (1) auf den Zwischenträger (4) mittels Flip-Chip-Technik,
- Bestücken der Außenkontaktflächen (15) der unteren Umverdrahtungsebene (7) des Zwischenträgers (4) mit Lötbällchen (18) und
- Eingießen des elektronischen Bauteils (21) in ein Gehäuse (20) aus Kunststoffgußmasse.

Bezugszeichenliste

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

Claims

1. Elektronisches Bauteil (21) mit einem Halbleiterchipbaustein (1) mit mit Kontakthöckern (12) bestückten Kontaktflächen (3) auf seiner aktiven Chipoberfläche und einem als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträger (4) mit einer ersten oberen Umverdrahtungsebene (6) mit Umverdrahtungsleiterbahnen (9) und Kontaktanschlussflächen (14), mit denen der Halbleiterchipbaustein (1) mittels Flip-Chip-Technik elektrisch kontaktiert ist und einer zweiten unteren Umverdrahtungsebene (7) mit Außenkontaktflächen (15), die mittels Durchkontakte (16) mit den Kontaktanschlussflächen (14) elektrisch verbunden sind, wobei der Wärmedehnungskoeffizient in dem als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträger (4) zwischen dessen oberer Umverdrahtungsebene (6) und dessen unterer Umverdrahtungsebene (7) unterschiedlich in seinen Werten ist.

2. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmedehnungskoeffizient in dem als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträger (4) im Bereich der oberen die Kontaktanschlussflächen (14) aufweisenden Umverdrahtungsebene (6) größer ist als im Bereich der unteren die Außenkontaktflächen (15) aufweisenden Umverdrahtungsebene (7).

3. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Umverdrahtungsplatte ausgebildete und aus einer Kunststoffmasse bestehende Zwischenträger (4) eine Polymermatrix aufweist, deren Wärmedehnungskoeffizient durch Einlagerung von Füllstoffteilchen (5) zwischen seiner oberen die Kontaktanschlussflächen (14) aufweisenden Umverdrahtungsebene (6) und seiner unteren die Außenkontaktflächen (15) aufweisenden Umverdrahtungsebene (7) graduell veränderbar ist.

4. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in den als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträger (4) eingelagerten Füllstoffteilchen (5) in der horizontalen Ebene des Zwischenträgers (4) ausgerichtet sind.

5. Elektronisches Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Füllstoffteilchen (5) vom Bereich der oberen Umverdrahtungsebene (6) zum Bereich der unteren Umverdrahtungsebene (7) des Zwischenträgers (4) graduell abnimmt.

6. Elektronisches Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem aus Kunststoffmasse bestehenden Zwischenträger (4) eingelagerten Füllstoffteilchen (5) aus Glasfasern bestehen.

7. Elektronisches Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem aus Kunststoffmasse bestehenden Zwischenträger (4) eingelagerten Füllstoffteilchen (5) aus Aramidfasern bestehen.

8. Elektronisches Bauteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem aus Kunststoffmasse bestehenden Zwischenträger (4) eingelagerten Füllstoffteilchen (5) aus Karbonfasern bestehen.

9. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (4) aus mehreren Laminatschichten (13) besteht, die eine jeweils gradientiell unterschiedliche Dichte der Füllstoffteilchen (5) aufweisen.

10. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminatschichten (13) wechselweise aus einem Kunststoffmaterial hoher Biegesteifigkeit und niedrigem Elastizitätsmodul bestehen.

11. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der oberen Umverdrahtungsebene (6) der durch die Dichte der Füllstoffteilchen (5) bestimmte Wärmedehnungskoeffizient dem Wärmedehnungskoeffizienten des Siliziumwerkstoffs des Halbleiterchipbausteins (1) entspricht und dass der im Bereich der unteren Umverdrahtungsebene (7) der durch die Dichte der Füllstoffteilchen (5) bestimmte Wärmedehnungskoeffizient dem Wärmekoeffizienten einer Leiterplatte (10) entspricht.

12. Elektronisches Bauteil (21) mit einem Halbleiterchipbaustein (1) mit mit Kontakthöckern (12) bestückten Kontaktflächen (3) auf seiner aktiven Chipoberfläche und einem als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträger (4) mit einer ersten oberen Umverdrahtungsebene (6) mit Umverdrahtungsleiterbahnen (9) und Kontaktanschlussflächen (14), mit denen der Halbleiterchipbaustein (1) mittels Flip-Chip-Technik elektrisch kontaktiert ist und einer zweiten unteren Umverdrahtungsebene (7) mit Außenkontaktflächen (15), die mittels Durchkontakte (16) mit den Kontaktanschlussflächen (14) elektrisch verbunden sind, wobei der als Umverdrahtungsplatte ausgebildete Zwischenträger (4) aus einem hochflexiblen Material besteht, in das elektrische Verbindungsleiter (17) eingebettet sind, die die Kontaktanschlussflächen (14) der oberen Umverdrahtungsebene (6) mit den Außenkontaktflächen (15) der unteren Umverdrahtungsebene (7) kontaktieren und die bei Nichtbetrieb des elektronischen Bauteils (21) eine bogenförmige Form aufweisen.

13. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der als Umverdrahtungsplatte ausgebildete Zwischenträger (4) aus einem flexiblen, dehnbaren Kunststoffmaterial besteht.

14. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der als Umverdrahtungsplatte ausgebildete Zwischenträger (4) aus einem Gummiwerkstoff besteht.

15. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils (21) mit einem Halbleiterchipbaustein (1) mit mit Kontakthöckern (12) bestückten Kontaktflächen (3) auf seiner aktiven Chipoberfläche und einem als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträger (4) mit einer ersten oberen Umverdrahtungsebene (6) mit Umverdrahtungsleiterbahnen (9) und Kontaktanschlussflächen (14), mit denen der Halbleiterchipbaustein (1) mittels Flip-Chip-Technik elektrisch kontaktiert ist und einer zweiten unteren Umverdrahtungsebene (7) mit Außenkontaktflächen (15) die mittels Durchkontakte (16) mit den Kontaktanschlussflächen (14) elektrisch verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

- Bereitstellen eines Halbleiterchipbausteins (1) mit Kontaktflächen (3),

- Bereitstellen eines als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers (4) mit graduell verlaufender Dichte von Füllstoffteilchen (5), und mit Kontaktanschlussflächen (14) sowie Außenkontaktflächen (15) auf der oberen Umverdrahtungsebene (6) bzw. der unteren Umverdrahtungsebene (7),

- Vorbereiten des Halbleiterchipbausteins (1) und Bestücken desselben mit Kontakthöckern (12),

- Aufbringen des Halbleiterchipbausteins (1) auf den Zwischenträger (4) mittels Flip-Chip-Technik,

- Bestücken der Außenkontaktflächen (15) der unteren Umverdrahtungsebene (7) mit Lötbällchen (18) und

- Eingießen des elektronischen Bauteils (21) in ein Gehäuse (20) aus Kunststoffgußmasse.

16. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bausteins (21) mit einem Halbleiterchipbaustein (3) auf seiner aktiven Chipoberfläche und einem als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers (4) mit einer ersten oberen Umverdrahtungsebene (6) mit Umverdrahtungsleiterbahnen (9) und Kontaktanschlußflächen (14), mit denen der Halbleiterchipbaustein (1) mittels Flip-Chip-Technik elektrisch kontaktiert ist und einer zweiten unteren Umverdrahtungsebene (7) mit Außenkontaktflächen (15), die mittels Durchkontakte (16) mit den Kontaktanschlussflächen (14) elektrisch verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

- Bereitstellen eines Halbleiterchipbausteins (1) mit Kontaktflächen (3),

- Bereitstellen eines als Umverdrahtungsplatte ausgebildeten Zwischenträgers (4) der aus einem hochflexiblen Kunststoffwerkstoff mit in demselben eingebetteten elektrischen Verbindungsleitern (17) zur Kontaktierung der Kontaktanschlussflächen (14) und der Außenkontaktflächen (15) der oberen Umverdrahtungsebene (6) bzw. der unteren Umverdrahtungsebene (7) besteht,

- Bestücken der Außenkontaktflächen (15) der unteren Umverdrahtungsebene (7) des Zwischenträgers (4) mit Lötbällchen (18) und

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16 zur Herstellung eines elektronischen Bauteils (21) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.