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Die
Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Halbleiterchip
und elektrischen Verbindungselementen zu einer Leiterstruktur.
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Bei
derartigen Halbleiterbauteilen ist ein noch nicht gelöstes Problem,
zumal wenn man teure eutektische Lotverbindungen mit einer Goldbeschichtung
auf einer Chipinsel einer Leiterstruktur eines Trägermaterials
vermeiden will, die Chipanbindung an die Leiterstruktur. Ein weiteres
Problem ist die Verankerung einer Kunststoffpressmasse auf einer
derartigen Struktur. Und schließlich
ist die Wärmeableitung
der entstehenden Verlustleistung des in die Kunststoffmasse eingebetteten
Halbleiterchips über
die Chipinsel eine ständige
technische Herausforderung und Ursache von Fehlfunktionen und verminderte
Zuverlässigkeit
der aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien hergestellten
Halbleiterbauteile.
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Für die oben
erwähnten
drei Problemkreise, verbunden mit dem Anbringen eines Halbleiterchips auf
einer Leiterstruktur werden im Stand der Technik drei verschiedene
Komponenten eingesetzt, nämlich
- 1. eine spezielle Materialkomponente, verbunden mit
Spezialverfahren zur Chipanbindung auf einer Chipinsel auf einer
Leiterstruktur eines Systemträgers;
- 2. eine spezielle haftverbessernde und galvanisch abgeschiedene
Beschichtung auf der Leiterstruktur und falls bereits der Halbleiterchip
montiert ist, auf der verbleibenden Leiterstruktur zur Verankerung
einer Kunststoffgehäusemasse
auf der Leiterstruktur eines Trägermaterials
eines Systemträgers;
- 3. Vorsehen einer zusätzlichen
Wärmesenke
verbunden mit der Chipinsel oder der Leiterstruktur zur Ableitung
der Verlustwärme.
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Die
unter 2. genannte haftverbessernde Beschichtung wird entweder vor
dem Anbringen der Halbleiterchips auf dem Chipträger durchgeführt, was
eine Vielzahl von Aussparungen in der haftverbessernden Beschichtung
für den
Halbleiterchip und die anzubringenden elektrischen Verbindungen
zu dem Halbleiterchip erfordert, sodass eine "komplette" Abdeckung mit einer Verankerungsbeschichtung nicht
realisierbar ist, zumal Toleranzbereiche um den Halbleiterchip auf
der Chipinsel und um die Verbindungsbereiche für die Verbindungselemente nicht beschichtet
werden dürfen.
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Aus
der US 2002/0140095 A1 ist es bekannt, zur Haftvermittlung zwischen
einem Substrat und einer Kunststoffgehäusemasse eines Halbleiterbauteils
eine Kunststofffolie vorzusehen. Entsprechende Kunststofffolien
offenbart auch die
EP
1 273 630 A1 . Eine haftvermittelnde Beschichtung von Bereichen eines
Substrats ist auch aus der
US
6,166,433 A und der
US 6,340,793 B1 bekannt. Das Beschichten
von Flachleiterrahmen mit einer haftvermittelnden Beschichtung aus
einem Polymer ist beispielsweise aus der
US 5,122,858 A bekannt.
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Ein
Aufbringen der unter 2. genannten haftverbessernden Beschichtung
nach der Halbleiterchipmontage auf der Chipinsel und nach dem Verdrahten
des Halbleiterchips mit der Leiterstruktur des Systemträgers ergibt
ebenso keine "vollständige" Verankerungsschicht,
zumal die galvanisch aufgebrachten Haft vermittler auf Kunststoffoberflächen und/oder
Keramikoberflächen
nicht haften.
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Für das Anbringen
von Bondverbindungen zwischen dem Halbleiterchip und der Leiterstruktur eines
Systemträgers
sind ebenfalls aufwändige Techniken
zur Präparation
der zu bondenden Oberflächenbereiche
der Leiterstruktur erforderlich, sodass ein Bedarf für ein vereinfachtes
System besteht, das diese unterschiedlichen Verfahren und Komponenten überflüssig werden
lässt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile im Stand der
Technik zu überwinden
und ein Halbleiterbauteil zu schaffen, dass weniger Komponenten
benötigt
und das Anbringen von Halbleiterchips und Verbindungselementen auf
eine Leiterstruktur eines Systemträgers vereinfacht. Ferner ist
es Aufgabe der Erfindung, sowohl die thermische als auch die elektrische
Anbindung eines Halbleiterchips auf die Leiterstruktur zu verbessern
und die elektrische Anbindung von Verbindungselementen zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird mit den Gegenständen der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein
Halbleiterbauteil mit einem Halbleiterchip und elektrischen Verbindungselementen
zu einer Leiterstruktur geschaffen. Die Leiterstruktur weist einen
zur Aufnahme eines Halbleiterchips vorgesehenen Bereich und Kontaktanschlussflächen auf,
die koplanar angeordnet sind. Dabei ist die Leiterstruktur von einer
gefüllten
Kunststofffolie selektiv beschichtet. Sowohl der Halbleiterchip
als auch die elektrischen Verbindungselemente sind mittels des folienbe deckten
Bereichs zur Aufnahme des Halbleiterchips bzw. den folienbedeckten Kontaktanschlüssen mechanisch
fixiert und/oder elektrisch verbunden, wobei die Folienbedeckung eine
Beschichtung mit einem haftvermittelnden Material zu einer umgebenden
Kunststoffgehäusemasse darstellt.
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Dieses
Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass mit einer einzigen komplett
abdeckenden elektrisch leitfähigen
oder alternativ elektrisch isolierenden aber thermisch hoch leitfähigen organischen
Schicht die oben erwähnten
Probleme gelöst
werden. Diese organische Schicht einer gefüllten Kunststofffolie dient
als Chipbefestigungsmaterial. Ferner verbessert die gefüllte Kunststofffolie
als Beschichtung der Leiterstruktur die Haftfestigkeit der Kunststoffpressmasse.
Schließlich
dient die Schicht in Form der gefüllten Kunststofffolie zur Abfuhr
der entstehenden Wärme
im Betrieb, wobei sie auch für
Kunststoffsubstrate und Keramiksubstrate, auf denen die Leiterstruktur
angeordnet sein kann, einsetzbar ist. Dabei überwindet sie das oben erwähnte Problem
der unzureichenden Bedeckung bei unterschiedlichen Chipgrößen, aufgrund
der Toleranzen, die bei haftverbessernden Beschichtungen eingehalten
werden müssen,
um ein Drahtbonden auf den Kontaktanschlussflächen zu ermöglichen.
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Darüber hinaus
hat das Halbleiterbauteil den Vorteil, dass die mit Partikeln gefüllte Folie
eine korrosionshemmende Wirkung mit metallischen Oberflächen der
Leiterstruktur darstellt und somit die metallischen Oberflächen der
Leiterstruktur stabilisiert. Das selektive Beschichten der Leiterstruktur
mit der gefüllten
Kunststofffolie kann durch geeignete Prozesswahl erfolgen. So kann
z.B. zunächst
die gefüllte Kunststofffolie
ganzflächig
aufgebracht werden und anschließend
ein selektives Ablösen
mit Lösungsmitteln,
Laserablation oder mithilfe von mechanischem Entfernen bei vorhergehender
gezielter Maskierung der ganzflächigen
Beschichtung erfolgen. In diesem Zusammenhang wird unter einer gefüllten Kunststofffolie
auch ein gefüllter
Klebstofffilm oder andere klebefähige
organische Beschichtungen auf der Leiterstruktur verstanden.
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Je
nach Bedarf kann diese gefüllte
Beschichtung oder gefüllte
Klebstofffolie oder dieser gefüllte Klebstofffilm
elektrisch leitfähig
oder elektrisch isolierend ausgeführt werden. In diesem Halbleiterbauteil ist
der Chip auf einer zunächst
noch nicht vollständig ausgehärteten bzw.
ausreagierten Schicht, die durch die gefüllte Folie entstanden ist,
durch ein kombiniertes Druck-Temperaturverfahren zuverlässig befestigt. Dieser
vorübergehende
Zustand der nichtvollständigen
Aushärtung
bzw. der nicht vollständigen
Vernetzung, der aus der gefüllten
Kunststofffolie entstandenen Schicht, führt zudem zu einer deutlichen
Haftverbesserung gegenüber
der Kunststoffpressmasse, die auf die Leiterstruktur bzw. einem
Systemträger
aufzubringen ist.
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Dazu
wird vorzugsweise die Kunststoffklebefolie auf dem Substratträger aufgebracht,
die dann entweder durch den Chipbefestigungsschritt vorreagiert
und dann anschließend
zusammen mit einem Mold-Verfahren komplett aushärtet, oder die an der Oberfläche während des
Mold-Verfahrens anschmilzt und somit eine intensive Verankerung
bzw. Vernetzung mit der Gehäusepressmasse
eingeht. Besonders geeignet ist dieser Halbleiterbauteilaufbau für Halbleitermodule,
bei denen mehrere Halbleiterchips auf einer Leiterstruktur in einem
einzigen Prozessschritt zu befestigen sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die gefüllte
Kunststofffolie für
ein mechanisches Fixieren und für
ein thermisches Koppeln, sowohl des Halbleiterchips als auch der
umgebenden Kunststoffgehäusemasse
isolierende Partikel als Füllmaterial
auf. Derartige isolierende Partikel sind vorzugsweise Keramikpartikel
und unter den bekannten Keramikpartikeln insbesondere Aluminiumnitrid,
Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumkarbid, Diamant und/oder
Bornitrid, aufgrund ihrer hohen thermischen Leitfähigkeit
bei gleichzeitiger elektrischer Isolation.
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Für eine leitfähige Verbindung
zwischen Halbleiterchip und Leiterstruktur, sowie zwischen Bonddrahtenden
und Kontaktanschlussflächen
der Leiterstruktur weist die Kunststofffolie als Füllstoff leitfähige Metallpartikel,
vorzugsweise aus der Gruppe Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Palladium,
Nickel oder Legierungen derselben, auf. Eine mit derartigen Metallpartikeln
gefüllte
Kunststofffolie hat den Vorteil, dass sie nicht nur elektrisch leitfähig ist,
sondern gleichzeitig mit der Kunststoffpressmasse beim Mold-Verfahren
eine intensive Vernetzung eingeht und schließlich aufgrund der hohen thermischen
Leitfähigkeit
der Metallpartikel Verlustwärme
ableiten kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Halbleiterchips stoffschlüssig auf Chipinseln über die
Kunststofffolie mit einem Verdrahtungssubstrat eines BGA- oder LGA-Gehäuses fixiert.
Dabei ist die Leiterstruktur als dünne Metallbeschichtung auf
dem Verdrahtungssubstrat aufgebracht, während die Außenkontakte
des Halbleiterbauteils in Form von Lotkugeln auf der Unterseite
des Verdrahtungssubstrats angeordnet sind. Diese Ausführungsform
der Erfindung hat darüber
hinaus den Vorteil, dass das Verdrahtungssubstrat eine voll kommen
ebene Leiterstruktur aufweist, auf der die gefüllte Kunststofffolie ohne Probleme
aufgebracht werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Halbleiterchips stoffschlüssig auf Chipinseln über die
gefüllte
Kunststofffolie mit Flachleitern eines Gehäuses in Flachleitertechnik
fixiert. Bei dieser Flachleitertechnik muss jedoch gewährleistet werden,
dass der Flachleiterrahmen mindestens im Bereich der Chipinsel und
der Kontaktanschlussflächen
eine ebene Fläche
aufweist. In dem Fall kann die gefüllte Kunststofffolie selektiv
in vorteilhafter Weise auf dem gesamten koplanaren Bereich der Leiterstruktur
aufgebracht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Verbindungselemente Flipchip-Kontakte. Diese
Flipchip-Kontakte können über die
elektrisch leitende Kunststofffolie mit Kontaktanschlussflächen einer
Verdrahtungsstruktur vorteilhaft verbunden sein. Dabei ist die elektrisch
leitende Kunststofffolie in voneinander getrennte Bereiche auf den Kontaktanschlussflächen der
Verdrahtungsstruktur aufgebracht, sodass durch einfaches Eindrücken der Flipchip-Kontakte
in die elektrisch leitfähigen
Kunststofffolienbereiche im zäh
viskosen Zustand eine Verbindung zu der Verdrahtungsstruktur eines
Trägersubstrats
hergestellt werden kann. Dabei kann das Trägersubstrat eine isolierende
Keramikplatte oder eine isolierende Kunststoffplatte sein, die mit
einer strukturierten Metallschicht als Verdrahtungsstruktur beschichtet
sind. Über
Durchkontakte durch das isolierende Trägersubstrat sind dabei die
Kontaktanschlussflächen
mit Außenkontakten
eines Halbleiterbauteils mit einem internen Flipchip verbunden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Verbindungselemente Bonddrähte, die über getrennte
Teilbereiche einer elektrisch leitenden Kunststofffolie mit Kontaktanschlussflächen einer Leiterstruktur
verbunden sind, indem die Bonddrahtenden in die zäh viskose
Kunststofffolienmasse eingepresst sind. Dies hat den Vorteil, dass
auf einfache Weise eine Vielzahl von Bonddrahtenden nach entsprechender
Ausrichtung, mithilfe eines Stempels, in die elektrisch leitende
Kunststofffolie auf den Kontaktanschlussflächen eingebracht werden können. Außerdem sind
diese Verbindungen mit einer höheren Stromdichte
belastbar, da die Kontaktierungsfläche wesentlich größer und
intensiver zwischen den Bondenden und der elektrisch leitenden Kunststofffolie ausfällt als
bei der herkömmlichen
Bondtechnik.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils aus Bauteilkomponenten
mit einem Halbleiterchip und elektrischen Verbindungselementen zu einer
Leiterstruktur weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird
eine Leiterstruktur mit einer Chipinsel und Kontaktanschlussflächen hergestellt,
wobei die Chipinsel und die Kontaktanschlussflächen koplanar angeordnet werden.
Anschließend wird
die Leiterstruktur mit einer von Partikeln gefüllten Kunststofffolie unter
Strukturieren der Kunststofffolie kongruent zu der Leitungsstruktur
bedeckt. Damit entsteht auf der Leiterstruktur ein gefüllter Klebstofffilm
oder eine gefüllte
Beschichtung, die gleichzeitig mehrere Funktionen unterschiedlicher
Komponenten herkömmlicher
Technologien ersetzt.
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Nach
dem Aufbringen der gefüllten
Kunststofffolie wird diese vorgewärmt unter Vorvernetzen der
Kunststoffmolekülketten
der gefüllten
Kunststofffolie zu einer zäh
viskosen, die Leiterstruktur bedeckenden Beschichtung. Auf diese
Beschichtung werden mindestens ein Halbleiterchip und Verbindungselemente
aufgebracht, wobei der Halbleiterchip in Bereichen einer Chipinsel
der Leiterstruktur und die Verbindungselemente in Bereichen von
Kontaktanschlussflächen
aufgebracht werden. Anschließend kann
die zäh
viskose Masse abkühlen,
wobei der Halbleiterchip und die Verbindungselemente fixiert und/oder
elektrisch verbunden werden und zwar auf der Chipinsel bzw. den
Kontaktanschlussflächen.
Danach kann ein Verpacken der Bauteilkomponenten in einer Kunststoffgehäusemasse
unter Vernetzen der Kunststoffgehäusemasse mit der gefüllten Kunststofffolie
auf der Leiterstruktur, unter Verankern der Kunststoffgehäusemasse
an der Leiterstruktur und unter Aushärten der gefüllten Kunststofffolie
durchgeführt
werden.
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Dieses
Verfahren hat den Vorteil, dass mit wenigen Verfahrensschritten
eine Vielzahl von Verfahrensschritten bei der herkömmlichen
Herstellung von Halbleiterbauteilen, insbesondere bei der herkömmlichen
Fixierung von Halbleiterchips auf Halbleiterinseln bzw. von Verbindungselementen
auf Kontaktanschlussflächen
einer Leiterstruktur ersetzt werden können. Darüber hinaus hat das Verfahren
den Vorteil, dass die Fertigungszeiten für Halbleiterbauteile verkürzt werden
können.
Schließlich
hat das Verfahren den Vorteil, dass ein Anbinden des Halbleiterchips
bzw. der Verbindungselemente auf der Leiterstruktur zuverlässiger erfolgen
kann als bei herkömmlichen
Fertigungsverfahren für
Halbleiterbauteile.
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In
einer bevorzugten Durchführungsform
des Verfahrens wird das Vorwärmen
unter Vorvernetzen der Kunststoffmolekülketten der gefüllten Kunststofffolie
zu einer zäh
viskosen, die Leiterstruktur bedeckenden Beschichtung bei 130°C bis 180°C durchgeführt. Dieses
ist ein Temperaturbereich, in dem der Kunststoff der Kunststofffolie
nicht vollständig
vernetzt und eine ausreichende Zeitspanne zur Verfügung steht,
um die Vernetzung bei einem zäh
viskosen Zustand der Kunststofffolie zu beenden. In diesem Zustand
können
anschließend
die Verbindungselemente auf die Leiterstruktur durch Eindrücken beispielsweise
von Flipchip-Kontakten in die zäh
viskose Masse des mit leitenden Partikeln gefüllten Folienmaterials auf entsprechenden
Kontaktflächen
der Leiterstruktur aufgebracht werden. Dieses kann jedoch nur dann
durchgeführt
werden, wenn der Halbleiterchip in Flipchip-Technik vorliegt. Ein
Befestigen des Halbleiterchips auf einer Halbleiterchipinsel entfällt bei
dieser Durchführungsform
der Erfindung.
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In
einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es vorgesehen, dass das Aufbringen von Verbindungselementen
auf die Leiterstruktur durch Eindrücken von Bonddrahtenden in
die zäh
viskose Masse des mit leitenden Partikeln gefüllten Folienmaterials auf Kontaktanschlussflächen der
Leiterstruktur erfolgt. In diesem Fall wird vorausgesetzt, dass
ein Halbleiterchip vorliegt, der auf seiner aktiven Oberseite Kontaktanschlussflächen aufweist,
die bereits mit einem Bonddraht versehen sind, und dass die freien
Enden der Bonddrähte
zur Verfügung
stehen, um in die gefüllte Kunststofffolie
im zäh
viskosen Zustand der Folie eingedrückt werden zu können.
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In
einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens ist
es vorgesehen, dass die Vernetzung der Kunststofffolie mit der Kunststoffgehäusemasse
in einem Temperaturbereich zwischen 160°C und 200°C durchgeführt wird. Dieser erhöhte Temperaturbereich
entspricht der Verarbeitungstemperatur der Kunststoffgehäusemasse,
wobei gleichzeitig die oberflächennahen
Bereiche der gefüllten
Kunststofffolie in einen zäh
viskosen Zustand überführt werden,
womit ein intensives Vernetzen mit der Kunststoffgehäusemasse
möglich
wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens wird
die Kunststofffolie nach Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse
weiterhin bei erhöhter
Temperatur vernetzt und ausgehärtet.
Diese erhöhte
Temperatur liegt in dem Temperaturbereich für das Aufbringen der Kunststoffgehäusemasse
oder geringfügig
darunter. Dieses nachträgliche
Aushärten
hat den Vorteil, dass die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils
weiter erhöht
wird.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung der auf eine Klebefläche in Quadratzentimetern
bezogenen Adhäsionsfestigkeiten
in Bezug auf einen Halbleiterchip einer mit leitenden Partikeln
gefüllten Kunststofffolie
im Vergleich zu einer mit Keramikpartikeln gefüllten Kunststofffolie;
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2 bis 6 zeigen
schematische Querschnitte durch Halbleiterbauteilkomponenten bei
der Herstellung eines Halbleiterbauteils einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Flachleiterrahmens
mit aufgebrachter gefüllter
Kunststofffolie;
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Teilbereich des Flachleiterrahmens gemäß 2 nach
Vorjustage eines Halbleiterchips in Bezug auf eine Chipinsel des
Flachleiterrahmens;
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4 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Teilbereich des Flachleiterrahmens gemäß 3 nach
Eindrücken
des Halbleiterchips in die zäh
viskose, gefüllte
Beschichtung der Chipinsel;
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5 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Teilbereich des Flachleiterrahmens gemäß 4 nach
Aufbringen von elektrischen Verbindungselementen zwischen Halbleiterchip
und Leiterstruktur;
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6 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Teilbereich des Flachleiterrahmens gemäß 5 nach
Verpacken der Halbleiterbauteilkomponenten in einer Kunststoffgehäusemasse;
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7 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung der auf eine Klebefläche in Quadratzentimetern
bezogenen Adhäsionsfestigkeiten
A und B in Bezug auf einen Halbleiterchip einer mit leitenden Partikeln
(A) gefüllten
Kunststofffolie im Vergleich zu einer mit Keramikpartikeln (B) gefüllten Klebstofffolie.
Dieser Test wurde nach einem Mold-Verfahren bei 175°C für 90 Sekunden
und einem Nachhärten
des gemoldeten Bauteils bei 180°C
für vier
Stunden gemessen, nachdem die gemoldete Kunststoffgehäusemasse
von dem zu testenden Halbleiterbauteil abgeätzt wurde. Zur Feststellung
der Adhäsionsscherfestigkeiten
in kg/cm2 zwischen dem Halbleiterchip auf
der gefüllten Kunststofffolie
in dem Chipinselbereich wurde die Kraft in kg in Scherrichtung seitlich
auf den Halbleiterchip ausgeübt.
Die Berührungsfläche zwischen
der Rückseite
des Halbleiter chips und der gefüllten Kunststofffolie
wurde zur Normierung der Adhäsionsfestigkeit
herangezogen. Im Ergebnis unterscheiden sich die Materialien A und
B der Kunststofffolien mit einerseits elektrischen Partikeln und
andererseits Isolationspartikeln nicht wesentlich voneinander. Doch
ist entscheidend, dass diese Untersuchungen bei gleichem Füllstoffgrad
durchgeführt
werden. Der Füllstoffgrad
kann zwischen 30 und 80 Vol% eingestellt werden und liegt bei diesem
Test bei 50 Vol% Partikelanteil in der Kunststoffmasse der Kunststofffolie.
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Die 2 bis 6 zeigen
schematische Querschnitte durch Halbleiterbauteilkomponenten bei
der Herstellung eines Halbleiterbauteils einer ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Flachleiterrahmens 18 mit
aufgebrachter gefüllter
Kunststofffolie 8. Dazu weist der Teilbereich des Flachleiterrahmens 18 mindestens
eine Kontaktanschlussfläche 7 und eine
Chipinsel 6 auf, die zu einer Leiterstruktur 5 gehören, welche
im Bereich der Kontaktfläche 7 und
der Chipinsel 6 koplanar ausrichtet ist. Dabei sind sowohl Innenflachleiter 16 als
auch die Kontaktflächen 7 und die
Chipinsel 6 koplanar ausgerichtet und von einer entsprechend
angeordneten gefüllten
Kunststofffolie 8 vollständig bedeckt. In dieser Ausführungsform
der Erfindung ist die Kunststofffolie 8 bis zu 80 Vol%
mit Metallpartikeln gefüllt,
um eine hohe Leitfähigkeit
zu realisieren.
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Teilbereich des Flachleiterrahmens 18 gemäß 2 nach
Vorjustage eines Halbleiterchips 3 in Bezug auf eine Chipinsel 6 des
Flachleiterrahmens 18. Dazu wird der Halbleiterchip 3 nicht
nur gedreht, sondern auch in der Pfeilrichtung D verschoben, bevor
er in Pfeilrichtung C auf die vorgewärmte gefüllte Kunststofffolie 8 aufgedrückt wird.
Diese Vorwärmung
wurde in dieser Ausführungsform
der Erfindung bei 130°C
durchgeführt,
wobei die Kunststofffolie 8 in eine zäh viskose Beschichtung der
Innenflachleiter 16, der Chipinsel 6 und der Kontaktfläche 7 übergeht.
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4 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Teilbereich des Flachleiterrahmens 18 gemäß 4 nach
Eindrücken
des Halbleiterchips 3 in die zäh viskose, gefüllte Beschichtung 8 der
Chipinsel 6. Nach Abkühlen
dieser in 4 gezeigten Anordnung auf Raumtemperatur
ist der Halbleiterchip auf der Chipinsel 6 über die
gefüllte
Kunststoffbeschichtung fixiert und mit dieser elektrisch verbunden,
sodass nun in einem nächsten
Schritt Bondverbindungen eingebracht werden können.
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5 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Teilbereich des Flachleiterrahmens 18 gemäß 4 nach
Aufbringen von elektrischen Verbindungselementen 4 zwischen
Halbleiterchip 3 und der Leiterstruktur 5. Dabei
kann bei Raumtemperatur zunächst
ein konventionelles Bonden der Bonddrähte 11 auf den Kontaktflächen 17 der
aktiven Oberseite 15 des Halbleiterchips 3 erfolgen,
während die
freien Enden 13 der Bonddrähte 11 zunächst frei schwebend über Kontaktanschlussflächen 7 angeordnet
werden.
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Bei
einem erneuten Aufwärmen
der in 5 gezeigten Komponenten auf eine Vorwärmtemperatur
der gefüllten
Beschichtung 8 kann diese erneut in einen zäh viskosen
Zustand versetzt werden und die vorbereiteten Bondenden 13 in
die leitende zäh
viskose Kunststoffbeschichtung eingedrückt werden. Dieses kann gleichzeitig
für eine
Vielzahl von Bonddrähten
eines Halbleiterchips durchgeführt
werden, sodass damit die Fertigung rationalisiert werden kann. In
der hier gezeigten Ausführungsform
enden zwei Bonddrähte 11 auf
einer gemeinsamen Kontaktanschlussfläche 7, um eine erhöhte Stromzuführung zu
dem Halbleiterchip 3 zu ermöglichen.
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6 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich des Flachleiterrahmens 18 gemäß 5 nach
Verpacken der Halbleiterbauteilkomponenten in eine Kunststoffgehäusemasse 12.
Dabei werden erneut die Komponenten des Halbleiterbauteils 2 auf
eine erhöhte
Temperatur, nämlich
der Temperatur des Mold-Verfahrens, aufgeheizt, sodass einerseits
die Vernetzung der Kunststoffkettenmoleküle der Kunststofffolie weiter
fortschreitet und andererseits die Moldmasse die Möglichkeit
hat, in einer Spritzgussform die Halbleiterbauteilkomponenten bis
auf die Außenflachleiter 9 vollständig in
Kunststoffgehäusemasse 12 einzubetten. Da
der Mold-Vorgang äußerst kurz
ist, wie es bereits bei 1 erörtert wurde, kann durch ein
Nachhärten für eine längere Zeit
bei erhöhter
Temperatur beispielsweise 180°C,
wie es das Beispiel gemäß 1 zeigt,
ein vollständiges
Durchhärten,
sowohl der Kunststoffgehäusemasse
als auch der gefüllten Kunststofffolie,
die zwischenzeitlich zu einer gefüllten Kunststoffbeschichtung
geworden ist, erreicht werden.
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7 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 20 einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden
Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht
extra erörtert.
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Die
zweite Ausführungsform
der Erfindung eines Halbleiterbauteils 20 gemäß 7 unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform
dadurch, dass in der Kunststoffgehäusemasse 12 der Halbleiterchip 3 nicht
mit seiner Rückseite
auf einer gefüllten Kunststofffolie 8 angeordnet
ist, sondern vielmehr von der Kunststoffgehäusemasse 12 vollständig umgeben
ist. Die aktive Oberseite 15 des Halbleiterchips weist
in dieser Ausführungsform
der Erfindung Flipchip-Kontakte 19 als Verbindungselemente 4 mit elektrisch
leitenden Partikeln der gefüllten
Kunststofffolie 8 auf. Diese mit elektrisch leitenden Partikel
gefüllte
Kunststofffolie 8 bedeckt lediglich Kontaktanschlussflächen 7 eines
Verdrahtungssubstrats 25, sodass bei der Herstellung dieses
Halbleiterbauteils der Halbleiterchip 3 nach Erwärmen des
Trägersubstrats 22 mit
den Kontaktanschlussflächen 7 und
Bereichen der gefüllten
Kunststofffolie 8 mit seinen Flipchip-Kontakten 19 in
die zäh
viskose Masse der gefüllten
Kunststofffolie 8 eingedrückt werden kann, ohne dass
ein zusätzlicher
Lötprozess
erforderlich ist. Dieses vereinfacht die Fertigung und die Herstellung
eines derartigen Halbleiterbauteils.
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Das
selektive Aufbringen von Bereichen einer gefüllten Kunststofffolie 8 kann
dadurch erfolgen, dass die Kontaktanschlussflächen 7 und die Kunststofffolie 8 im
Bereich zwischen 130°C
und 180°C vorgewärmt, wobei
die Kunststoffmolekülketten
der gefüllten
Kunststofffolie 8 sich vorvernetzen zu einer zäh viskosen,
die Kontaktanschlussflächen 7 bedeckenden
Beschichtung. Dazu ist es vorgesehen, dass die Kontaktanschlussflächen 7 mit
der gefüllten Kunststofffolie 8 bedeckt
werden, zumal diese Folie die Eigenschaft hat, dass sie sich mit
der Kunststoffgehäusemasse 12 beim
Mold-Vorgang, der bei 160°C
bis 200°C
durchgeführt
wird, verbindet, sodass eine zuverlässige Verankerung der Kunststoffgehäusemasse 12, soweit
sie im Bereich der Kontaktanschlussflächen 7 angeordnet
ist, geschaffen wird. In der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist
anstelle einer Leiterstruktur aus Flachleitern ein Trägersubstrat 22 mit
einer Keramikplatte ausgebildet. Durchkontakte 23 durch
die Keramikplatte gewährleisten,
dass Außenkontakte 21,
die in ihren Dimensionen um etwa eine Größenordnung größer sind
als die elektrischen Verbindungselemente 4 in Form von Flipchip-Kontakten 19,
auf der Unterseite der Keramikplatte angeordnet werden können. Diese
Außenkontakte 21 in
Form von Lotbällen
sind auf Außenkontaktflächen 24 angebracht,
welche über
die Durchkontakte 23 mit den Kontaktanschlussflächen 7 des
Trägersubstrats
in Verbindung stehen und über die
Verdrahtungsstruktur 25 mit den Flipchip-Kontakten über Bereiche
der gefüllten
Kunststofffolie 8 elektrisch verbunden sind.
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Mit
dieser zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird gezeigt, dass die mit elektrischen Partikeln
gefüllte
Kunststofffolie in den unterschiedlichsten Variationen in der Halbleitertechnologie
und in der Halbleiterbauteilfertigung zur Verkürzung des Prozessablaufs eingesetzt
werden kann. Auch in 7 kann, wie hier nicht gezeigt,
zwischen Trägersubstrat 22 und
Kunststoffgehäusemasse 12 eine
gefüllte
Kunststofffolie 8 vorgesehen sein, um die Haftfähigkeit
der Kunststoffgehäusemasse 12 zu
dem Trägersubstrat 22 zu
verbessern. Um Kurzschlüsse zu
vermeiden, wird jedoch für
diese Funktion eine gefüllte
Kunststofffolie 8 mit isolierenden Keramikpartikeln eingesetzt.