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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Schaltkreissubstrat, auf eine zugehörige Halbleiterchippackung
und ein zugehöriges
Herstellungsverfahren.
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Moderne
elektrische Bauelemente erfordern kleine Abmessungen, große Speicherkapazität und hohe
Performance für
ihre Anwendungen, wie zum Beispiel mobile Anwendungen. Deshalb müssen Halbleiterchippackungen,
die in modernen elektrischen Geräten
verwendet werden, wie zum Beispiel mobile elektrische Geräte, ebenfalls
kleine Abmessungen, große
Speicherkapazität
und hohe Performance aufweisen. Typischerweise sind Halbleiterchippackungen
entweder von einem Leiterrahmentyp (Lead-Frame-Typ) oder von einem
Ball-Grid-Array(BGA)- oder Land-Grid-Array(LGA)-Typ.
Eine Leiterplatte (PCB) oder ein Filmsubstrat werden oftmals in
Verbindung mit einer als BGA- oder LGA-Typ ausgebildeten Chippackung
verwendet, um hohe Zuverlässigkeit
und verringerte Maße
und verringertes Gewicht der Halbleiterchippackung zu erreichen.
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Eine
PCB beinhaltet ein isolierendes Substrat, welches typischerweise
aus einem Polyimidmaterial hergestellt ist, und eine Leiterstruktur,
welche typischerweise aus Kupfer (Cu) hergestellt ist. Die Leiterstruktur
kann zwischen Schichten des Substrats oder auf einer der Substratoberflächen angeordnet
sein. Wird eine Chippackung in einem elektronischen System, wie
zum Beispiel einer Hauptplatine in einem mobilen elektronischen
Gerät,
verwendet, kann die Packung einem Wärmeschritt für Bondzwecke
ausgesetzt werden. Aufgrund des Wärmeschritts kann eine Packungsverbiegung
auftreten, bedingt durch eine Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
(CTE) zwischen den verschiedenen Komponenten in der Chippackung.
Diese Komponenten beinhalten den Halbleiterchip, das Substrat und
eine Gießverbindung
(molding compound).
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1 zeigt
ein herkömmliches
Halbleiterpackungsdesign. Ein Halbleiterchip
20 liegt auf
einem Schaltkreissubstrat
10 auf. Der Chip
20 ist
mittels einer Leitung
16 mit einer leitenden Struktur
22 verbunden.
Ein Ende der Leitung ist mit einer Chipkontaktstelle
18 verbunden
und das andere Ende der Leitung ist mit einem Bondfinger
14 verbunden.
Eine Dummy- bzw.
Blindstruktur
12 ist auf dem Substrat
10 vorgesehen,
um die Festigkeit des Substrats
10 zu steigern, wie in
der Patentschrift
US 6.864.434 offenbart.
Die Blindstruktur
12 kann mit einer Versorgungs- oder Masseleitung
der Halbleiterchippackung verbunden sein. Die leitende Struktur
22 kann
Lotkugelkontaktstellen enthalten, auf denen Lotkugeln geformt werden
können.
Die Lotkugeln können
durch Anbringen einer Lotpaste auf die Lotkugelkontaktstellen und
Anwendung eines Wärmeschritts
zum Bilden der Lotkugeln aus der Lotpaste erzeugt werden.
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2 zeigt
einen Querschnitt einer auf einer Leiterplatte 40 montierten
Halbleiterchippackung, die eine Durchbiegung an den Seiten der Halbleiterchippackung
aufweist. Ein herkömmlicher
Prozess zur Herstellung eines elektronischen Gerätes mit einem Halbleiterchip
beinhaltet das Befestigen eines Halbleiterchips 20 an einem
Schaltkreissubstrat 10. Der Halbleiterchip 20 wird
dann elektrisch mit dem Schaltkreissubstrat 10 über eine
Leitung 16 verbunden. Dieser Schritt kann durch einen Standard-Drahtbondprozess
ausgeführt
werden. Als nächstes
werden der Halbleiterchip 20 und die Leitung 16 mittels einer
Epoxy-Gießverbindung
(EMC) 50 verkapselt. Lotkugeln oder Lothügel 30 werden
dann an dem Schaltkreissubstrat 10 angebracht. Als nächstes wird ein
Vereinzelungsschritt ausgeführt,
um individuelle Halbleiterchippackungen voneinander zu trennen. Dieser
Schritt kann mittels eines Wafer-Dicingprozesses ausgeführt werden.
Abschließend
werden die Lotkugeln oder Lothügel 30 dazu
verwendet, die Chippackung an einer Leiterplatte 40 anzubringen. Dieser
Schritt kann eine Wärmebehandlung
beinhalten, um die Lotkugeln oder weiteres leitendes Material, wie
zum Beispiel Lotpaste, zu schmelzen, so dass die Chippackung an
der Leiterplatte angebracht wird.
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Ein
Problem bei dem herkömmlichen
Halbleiterchippackungsdesign ist, dass Wärmeschritte, die benutzt werden,
um die Lotkugeln zu formen oder die Chippackung mit der Leiterplatte
zu verbinden, eine Durchbiegung der Chippackung, wie in 2 bei „a" gezeigt, verursachen
können.
Diese Durchbiegung kann auf die CTE-Fehlanpassung zwischen dem Halbleiterchip 20,
dem Schaltkreissubstrat 10 und der EMC 50 zurückzuführen sein.
Sie kann zu Unterbrechungsausfällen
zwischen der Chippackung und der Leiterplatte führen, wie in einem mittleren
Bereich der Leiterplatte in 2 gezeigt.
Ferner kann die mechanische Spannung resultierend aus dem Unterschied
des CTE der Materialien in Richtung der Dicke des Substrats (d.h.
des Substratmaterials, der leitenden Struktur und der Blindstruktur)
ebenfalls eine bedeutende Rolle in der Verursachung einer Durchbiegung
der Chippackung spielen.
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Die 3a und 3b sind
Konturgrafiken der mechanischen Spannung des Schaltkreissubstrats 10 während eines
Wärmebehandlungsprozesses,
um die Chippackung an der Leiterplatte anzubringen. Die dunkleren
Bereiche der 3a und 3b zeigen
Bereiche mit größeren mechanischen Spannungen.
Wie gezeigt, haben die Ecken und die Mittenbereiche des Schaltkreissubstrats
eine relativ höhere
Spannungskonzentration als die anderen Bereiche des Schaltkreissubstrats 10.
Jedoch ist die mechanische Spannung im Mittenbereich des Schaltkreissubstrats 10 relativ
klein, da der Halbleiterchip 20 sich im Mittenbereich des
Schaltkreissubstrats 10 befindet und deshalb der Spannungskonzentration
im Mittenbereich widerstehen kann. Es gibt jedoch nicht genügend Widerstand,
um die Spannungsbelastung an den Ecken des Schaltkreissubstrats
zu kompensieren. Dadurch führt
die Spannung an den Ecken des Schaltkreissubstrats 10 zu Durchbiegung.
Ferner haben die leitende Struktur und die Dummystruktur, die jeweils
aus Kupfer hergestellt sind, einen hohen CTE oder eine hohe Schrumpfungsrate,
wodurch zusätzliche
Konzentration an mechanischer Spannung an den Ecken verursacht wird.
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In
anderen Worten ist mechanische Spannung an den vier Ecken des Schaltkreissubstrats 10 konzentriert,
wie bei „b" gezeigt. Da die
thermische Ausdehnung oder Schrumpfungsrate des Chips 20 relativ
niedrig ist, wirkt der Chip 20 der zwischen Schaltkreissubstrat 10 und
EMC 50 erzeugten mechanischen Spannung entgegen. Dadurch
ist die Durchbiegung im Bereich des Schaltkreissubstrats 10,
in dem der Chip 20 angebracht ist, relativ klein. Demgegenüber befindet
sich im Bereich „b" nicht genug spannungsfestes
Material, wie zum Beispiel der Chip 20, das der mechanischen
Spannung entgegenwirkt. Deshalb wirkt sich die Spannungsbelastung
ohne großen
Widerstand aus. Insbesondere die leitenden Strukturen, die eine
höhere
Schrumpfungsrate aufweisen, verursachen thermische Spannungen in
Richtung der Ecken des Schaltkreissubstrats 10. Außerdem erhöht die Dummystruktur 12 die Schrump fungsrate
des Schaltkreissubstrats 10 noch stärker, wodurch die Durchbiegung
im Bereich „b" vergrößert wird.
Eine derartige Durchbiegung verursacht eine ungleichmäßige Höhe der Lotkugeln 30 gegenüber der
Leiterplatte 40 während
der Montage; dadurch werden Kontaktausfälle verursacht, wie in 2 gezeigt
und zuvor erläutert.
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Eine
Methode zur Vermeidung von Durchbiegung einer Chippackung ist in
der Offenlegungsschrift
JP
2000-151053 A offenbart. Dort ist eine durchbiegungshindernde
Struktur vorgesehen, die auf einer PCB angeordnet ist. Ein weiterer
Ansatz, um Durchbiegung zu vermeiden, ist in der oben erwähnten Patentschrift
US 6.864.434 offenbart.
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Diese
herkömmlichen
Methoden berücksichtigen
die verschiedenen Richtungen von Spannungslinien nicht, die an den
verschiedenen Ecken des Substrats konzentriert sein können. Folglich
wird die mechanische Spannung an den Ecken des Substrats nicht so
effektiv reduziert.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Schaltkreissubstrats, einer entsprechenden Halbleiterchippackung
und eines zugehörigen
Herstellungsverfahrens zugrunde, mit denen sich die oben erläuterten
Schwierigkeiten des Standes der Technik reduzieren oder vermeiden
lassen, insbesondere die erwähnten
unerwünschten Durchbiegungseffekte.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Schaltkreissubstrats
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Halbleiterchippackung mit
den Merkmalen des Anspruchs 38 und eines Schaltkreissubstrat-Herstellungsverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 39. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend beschrieben und sind in den Zeichnungen
dargestellt, in denen außerdem
die oben zum besseren Verständnis
der Erfindung erläuterten
herkömmlichen
Ausführungsbeispiele
veranschaulicht sind. Hierbei zeigen:
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1 eine
Draufsicht einer herkömmlichen Halbleiterchippackung,
die einen Halbleiterchip beinhaltet,
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2 eine
Querschnittansicht eines herkömmlichen
elektronischen Bauelements, das die in 1 gezeigte
Chippackung enthält,
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3a und 3b grafische
Konturdarstellungen der mechanischen Spannung eines herkömmlichen
Schaltkreissubstrats,
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4 eine
Draufsicht einer Halbleiterchippackung gemäß der Erfindung,
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5 eine
schematische Darstellung eines Schaltkreissubstrats mit angedeuteten
Spannungslinien,
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6 eine
vergrößerte Darstellung
eines Eckbereichs eines Schaltkreissubstrats gemäß der Erfindung,
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7 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung eine durchbiegungshindernde
Struktur darstellt, die an einem Bereich mit leitenden Strukturen
endet,
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8 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung eine durchbiegungshindernde
Struktur darstellt, welche von verschiedenen Eckbereichen ausgehend
zu Längsseiten
des Schaltkreissubstrats verläuft,
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9 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung eine durchbiegungshindernde
Struktur darstellt, welche von verschiedenen Eckbereichen ausgehend
zu einer Querseite des Schaltkreissubstrats verläuft,
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10 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung durchbiegungshindernde
Strukturen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln darstellt,
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11 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung eine leitende
Struktur darstellt, welche sich in den Bereich einer durchbiegungshindernden
Struktur erstreckt,
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12 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung eine Lotkugelkontaktstelle
darstellt, welche sich in den Bereich einer durchbiegungshindernden
Struktur erstreckt,
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13 und 14 Draufsichten
eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung durchbiegungshindernde
Strukturen darstellen, welche abgewinkelte durchbiegungshindernde
Strukturteile aufweisen,
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15 und 16 Draufsichten
eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung durchbiegungshindernde
Strukturen darstellen, welche bogenförmige durchbiegungshindernde
Strukturteile aufweisen,
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17 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung eine durchbiegungshindernde
Struktur darstellt, die Teile an verschiedenen Eckbereichen aufweist,
die über
eine Hilfsstruktur entlang einer Längsseite des Schaltkreissubstrats verbunden
sind,
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18 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung eine durchbiegungshindernde
Struktur darstellt, die Teile an verschiedenen Eckbereichen aufweist,
die über
eine Hilfsstruktur entlang einer Querseite des Schaltkreissubstrats verbunden
sind,
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19 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung gleichartige
durchbiegungshindernde Strukturteile in Eckbereichen darstellt,
welche miteinander zu einer randseitig umlaufenden Struktur verbunden
sind,
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20 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung eine weitere
durchbiegungshindernde Struktur darstellt, welche getrennte Teile
in Eckbereichen sowie zwei weitere Strukturteile zwischen selbigen
aufweist,
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21 eine
Draufsicht eines Schaltkreissubstrats, die gemäß der Erfindung einen Blindbereich darstellt,
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22a bis 22c schematische
Draufsichten verschiedener Typen von Schaltkreissubstraten,
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23 ein
Schaubild, das die Durchbiegung einer Chippackung während eines
Erwärmungsprozesses
darstellt,
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24 schematische
Schnittansichten zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Bildung einer durchbiegungshindernden Struktur unter Verwendung
eines zusätzlichen
Prozesses,
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25 schematische
Schnittansichten zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Bildung einer durchbiegungshindernden Struktur unter Verwendung
eines Ätzprozesses
und
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26a bis 26c schematische
Schnittansichten zur Veranschaulichung des Aufbringens von Lotresist
auf ein Kernsubstrat gemäß der Erfindung.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen 4 bis 26c, welche verschiedene Ausführungen der Erfindung zeigen,
umfassender beschrieben. 4 zeigt eine Halbleiterchippackung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, die einige der unten mit Bezug zu den 5 und 6 beschriebenen,
erfindungsgemäßen Konzepte
verwendet.
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Gemäß 4 beinhaltet
eine Halbleiterchippackung ein Schaltkreissubstrat 100 und
einen Halbleiterchip 120. Das Schaltkreissubstrat 100 beinhaltet einen
leitenden Strukturbereich 102 und einen durchbiegungshindernden
Bereich 104, welche jeweils in dem Schaltkreissubstrat 100 definiert
sind. Der durchbiegungshindernde Bereich 104 kann von dem leitenden
Strukturbereich 102 auf Eck- oder Randzonen des Schaltkreissubstrats 100 begrenzt
sein und der leitende Strukturbereich 102 kann beispielsweise in
einem inneren Bereich des Schaltkreissubstrats 100 angrenzend
an den durchbiegungshindernden Bereich 104 vorgesehen sein.
Das Schaltkreissubstrat 100 kann ein isolierendes Kernsubstrat,
zum Beispiel eine oder mehrere PCBs oder ein Filmtyp-Packungssubstrat,
beinhalten. Das Schaltkreissubstrat 100 kann ein Typ von
Substrat sein, der in einer großen
Vielfalt von elektronischen Geräten,
wie zum Beispiel Speicherbauelemente für mobile Anwendungen oder Personalcomputer,
ein Anzeigegerät
oder ein Anzeigetreiber-IC(DDI)-Bauelement,
anwendbar ist.
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Der
leitende Strukturbereich 102 beinhaltet eine leitende Struktur 112,
welche einen Bondfinger 106 und einen Lotkugelkontakt (nicht
bezeichnet) beinhalten kann. Der leitende Strukturbereich 102 kann zudem
eine Blind- bzw. Dummystruktur (nicht gezeigt) aufweisen. Falls
der leitende Strukturbereich 102 die Blindstruktur beinhaltet,
ist die Blindstruktur nicht in einem Bereich angeordnet, in dem
die leitende Struktur 112 und der Bondfinger 106 ausgebildet sind.
Die Blindstruktur kann beispielsweise in Form einer Ebene, eines
Netzes oder einer Insel ausgebildet sein. Der Halbleiterchip 120 kann
einen Bondkontakt 110 und einen leitenden Draht 108 beinhalten, der
den Bondkontakt 112 mit dem Bondfinger 106 verbindet.
Der Fachmann kennt weitere bekannte Methoden, wie zum Beispiel Flip-Chip-Bonden,
die verwendet werden können,
um den Bondkontakt 110 mit dem Bondfinger 106 zu
verbinden.
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Der
durchbiegungshindernde Bereich 104 kann jede brauchbare
Form haben, um im Bereich der Ecken des Packungssubstrats 100 zu
liegen, und kann beispielsweise eine dreieckige Form haben. Die Form
des durchbiegungshindernden Bereichs 104 kann auch abhängig von
der Lage der Ecken des Schaltkreissubstrats 100 variiert
werden. Ferner kann, um die mechanische Spannung besser abzubauen,
die Grenzfläche,
an welcher der leitende Strukturbereich 102 und der durchbiegungshindernde
Bereich 104 zusammentreffen, gerundet oder bogenförmig sein,
obgleich nicht dargestellt. Die Größe des durchbiegungshindernden
Bereichs 104 kann nach Bedarf variiert werden, um den leitenden
Strukturbereich 102 aufzunehmen.
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Eine
durchbiegungshindernde Struktur P kann an einigen oder allen Ecken
des Schaltkreissubstrats 100 angeordnet sein. Zum Beispiel
kann die durchbiegungshindernde Struktur P an drei oder vier Ecken
ausge bildet sein, falls das Schaltkreissubstrat 100 eine
rechteckige Form aufweist.
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Die
durchbiegungshindernde Struktur P kann eine erste durchbiegungshindernde
Struktur P1 an einer ersten Ecke des Schaltkreissubstrats 100 und
eine zweite durchbiegungshindernde Struktur P2 an einer zweiten
Ecke des Schaltkreissubstrats 100 beinhalten. Die erste
und die zweite Ecke des Schaltkreissubstrats 100 können zwei
beliebige benachbarte Ecken des Schaltkreissubstrats 100 sein.
Die ersten und zweiten Strukturen P1, P2 können eine oder mehrere durchbiegungshindernde
Teile L0, L1 beinhalten, wie später
detaillierter erläutert
wird. Die ersten und zweiten Strukturen P1, P2 können auch getrennt voneinander
angeordnet sein.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung kann die Gesamtausrichtung der ersten Struktur
P1 in Bezug auf das Schaltkreissubstrat 100 verschieden
von der Gesamtausrichtung der zweiten Struktur P2 in Bezug auf das
Schaltkreissubstrat 100 sein. Hierbei kann eine Kante,
eine Ecke oder der ganze Körper
des Substrats 100 ein Referenzpunkt sein, wenn die Ausrichtung
der ersten und zweiten Strukturen P1 und P2 in Bezug auf das Schaltkreissubstrat 100 festgelegt wird.
Zum Beispiel ist die Gesamtausrichtung der durchbiegungshindernden
Teile der ersten Struktur P1 verschieden von der Gesamtausrichtung
der durchbiegungshindernden Teile der zweiten Struktur P2. In dieser
Hinsicht definieren die durchbiegungshindernden Teile der ersten
Struktur P1 zusammen eine erste Ausrichtung an der ersten Ecke des
Substrates 100, und die durchbiegungshindernden Teile der
zweiten Struktur P2 definieren zusammen eine zweite Ausrichtung
an der zweiten Ecke des Substrates 100. In 4 kann
die erste Struktur P1 allgemein von einer linken unteren Seite zu
einer rechten oberen Seite oder umgekehrt in Bezug auf das Substrat 100 ausgerichtet
sein; und die zweite Struktur P2 kann all gemein von einer rechten
unteren Seite zu einer linken oberen Seite oder umgekehrt ausgerichtet
sein.
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In
einigen Ausführungen
der Erfindung können
im wesentlichen alle durchbiegungshindernden Teile in der ersten
Ecke im wesentlichen die gleiche Ausrichtung in Bezug zum Substrat 100 aufweisen, und
im wesentlichen alle durchbiegungshindernden Teile in der zweiten
Ecke können
im wesentlichen die gleiche Ausrichtung in Bezug zum Substrat 100 aufweisen.
Zum Beispiel sind im wesentlichen alle durchbiegungshindernden Teile
in der ersten Ecke in einer ersten Ausrichtung angeordnet, z.B.
von einer linken unteren Seite zu einer rechten oberen Seite oder
umgekehrt, und im wesentlichen alle durchbiegungshindernden Teile
in der zweiten Ecke sind in einer zweiten Ausrichtung angeordnet,
Z.B. von einer rechten unteren Seite zu einer linken oberen Seite oder
umgekehrt. Es versteht sich für
den Fachmann, dass in entsprechenden Ausführungsformen einige durchbiegungshindernde
Teile verschieden von den anderen durchbiegungshindernden Teilen
ausgerichtet, d.h. orientiert sein können. In einem Aspekt der Erfindung
liegt eine Längsachse
mindestens eines gewissen Teils der ersten Struktur P1 in einem
Winkel in Bezug auf eine Längsachse
mindestens eines gewissen Teils der zweiten Struktur P2.
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In 4 wird
die durchbiegungshindernde Struktur P als geradliniger Typ dargestellt,
was später weiter
erläutert
wird. Wenn jedoch die durchbiegungshindernde Struktur P einen oder
mehrere Bögen
aufweist, wie zum Beispiel in 15 gezeigt, kann
die Gesamtausrichtung der durchbiegungshindernden Struktur P durch
eine Ausrichtung einer Sehne, d.h. einer geradlinigen Verbindung
zweier Punkte auf einer Kurve des Bogens, bestimmt sein. Die Gesamtausrichtung
einer durchbiegungshindernden Struktur P, die andere Formen statt
geradlinig oder statt eines Bogens aufweist, kann durch die Methode
zur Bestimmung der Ausrichtung des Bogens, wie zuvor diskutiert,
bestimmt werden.
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In
noch einem weiteren Aspekt kann sich mindestens ein gewisser Teil
der ersten Struktur P1 entlang einer Richtung erstrecken, die im
wesentlichen orthogonal zu einer die erste Ecke halbierenden Achse
ist. Ebenso kann sich die zweite Struktur P2 entlang einer Richtung
erstrecken, die im wesentlichen orthogonal zu einer die zweite Ecke
halbierenden Achse ist.
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Einige
der Elemente der Halbleiterchippackung können auf einer Seite des Schaltkreissubstrats 100 und
andere Elemente können
auf der anderen Seite des Schaltkreissubstrats 100 angeordnet sein.
Als ein Beispiel kann der Bondfinger 106 auf einer ersten
Seite des Schaltkreissubstrats 100 vorgesehen sein und
der Lotkugelkontakt kann auf einer zweiten, gegenüberliegenden
Seite des Schaltkreissubstrates 100 angeordnet sein. Ferner
können
die Blindstruktur und/oder die durchbiegungshindernde Struktur P
auf der einen Seite oder der anderen Seite des Schaltkreissubstrats 100 oder
auf beiden Seiten vorgesehen sein.
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Wenn
das Schaltkreissubstrat 100 mehr als eine Schicht bzw.
Schichtebene umfasst, kann die durchbiegungshindernde Struktur P
auch in mehr als einer Schicht bzw. Ebene vorgesehen sein, obgleich nicht
näher dargestellt.
Insbesondere kann die durchbiegungshindernde Struktur P, wenn das
Schaltkreissubstrat 100 eine mehrschichtige PCB enthält, in einer
untersten Schicht, einer obersten Schicht und/oder einer zwischenliegenden
Schicht der mehrschichtigen PCB vorgesehen sein. Dabei kann die erste
Struktur P1 z.B. in einer anderen Schicht der mehrschichtigen PCB
wie die zweite Struktur P2 angeordnet sein. Die durchbiegungshindernde
Struktur P kann z.B. mittels Siebdruck, Plattieren, Photolithographie
oder anderen geeigneten Prozessen ausgebildet werden.
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Wie
aus 4 ersichtlich, können die durchbiegungshindernden
Strukturen P in einer oder mehreren Eckbereichen des Schaltkreissubstrats 100 jeweils
ein oder mehrere durchbiegungshindernde Elemente, wie z.B. die Elemente
L1 und L2, beinhalten. In entsprechenden Ausführungsformen verlaufen wenigstens
zwei dieser Elemente, wie L1 und L2, im Wesentlichen parallel zueinander.
Zusätzlich
oder alternativ können
ein oder mehrere dieser durchbiegungshindernden Elemente auch unter
einem Winkel zu einem oder mehreren anderen durchbiegungshindernden
Elementen im gleichen Eckbereich verlaufen, wie z.B. in den 6 und 10 veranschaulicht,
z.B. unter einem spitzen oder stumpfen Winkel. Die durchbiegungshindernden
Elemente können, wenn
gewünscht,
aus dem gleichen Material wie die leitfähige Struktur 112 bestehen
und können
eine von der Anwendung abhängige
Breite aufweisen, z.B. eine Breite von etwa 100μm oder größer oder kleiner als 100μm. Die durchbiegungshindernden
Elemente L1, L2 können
in einer Reihenfolge innerhalb einer einzelnen durchbiegungshindernden
Struktur des betreffenden Eckbereichs, wie den Strukturen P1 und P2
von 4, angeordnet sein. Beispielsweise kann das der
Ecke am nächsten
liegende durchbiegungshindernde Element als ein durchbiegungshinderndes Element
erster Ordnung, ein der Ecke zweitnächstes durchbiegungshinderndes
Element als ein durchbiegungshinderndes Element zweiter Ordnung
etc. bezeichnet werden. Die durchbiegungshindernde Struktur P1,
P2 jedes Eckbereichs kann durchbiegungshindernde Elemente entsprechender
Ordnungen zu denjenigen in den anderen Eckbereichen umfassen. Die
Länge der
durchbiegungshindernden Elemente, wie L1 und L2, kann sich sukzessive
mit wachsender Entfernung von den Ecken des Schaltkreissubstrats 100 erhöhen, d.h.
ein näher
an der Ecke liegendes durchbiegungshinderndes Elemente L1 ist in
diesem Fall kürzer
als ein weiter von der Ecke entferntes durchbiegungshinderndes Element L2.
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In
entsprechenden Ausführungsformen
der Erfindung schließt
wenigstens eines der durchbiegungshindernden Elemente einen Winkel
von etwa 90° mit
einer Achse ein, die sich vom Mittenbereich des Substrats 100 zu
einer entsprechenden Ecke erstreckt, wie unten in Verbindung mit 6 näher erläutert.
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Je
nach Ausführungsform
der Erfindung können
sich die durchbiegungshindernden Elemente bis zu einer Kante des
Schaltkreissubstrats 100 oder nur bis in die Nähe einer
solchen erstrecken. Wenn zur Bildung der durchbiegungshindernden
Elemente eine Photolithographietechnik eingesetzt wird, ist es von
Vorteil, wenn sich die durchbiegungshindernden Elemente nicht ganz
bis zur Kante des Schaltkreissubstrats 100 erstrecken,
sondern an einem oder beiden Enden mit Abstand vor den die betreffende
Ecke bildenden Kanten enden.
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In
entsprechenden Ausführungsformen
der Erfindung können
die durchbiegungshindernden Elemente im Wesentlichen geradlinig
verlaufen oder mäanderförmig oder
abgewinkelt oder gerundet oder partiell gerundet oder in einer Kombination
solcher Formen, z.B. mit einem geradlinigen Abschnitt und/oder einem
gerundeten Abschnitt. Die durchbiegungshindernden Elemente können jeweils
eine einheitliche Breite haben oder alternativ eine sich entlang
der Längserstreckung
der durchbiegungshindernden Struktur P verändernde Breite. Der Abstand zwischen
je zwei benachbarten durchbiegungshindernden Elementen kann gleich
der Breite der Elemente sein, ohne dass dies zwingend wäre. Das Rastermaß der durchbiegungshindernden
Elemente kann von der Höhe
der mechanischen Spannung im leitfähigen Strukturbereich 102 abhängen und
entsprechend variabel gewählt
sein. Auch kann die Anzahl an durchbiegungshindernden Elementen
in der durchbiegungshindernden Struktur P in Abhängigkeit vom Typ und/oder der
Abmessung der Halbleiterchippackung variieren. Bei höherer mechanischer Spannungsbelastung
im leitfähigen
Strukturbereich 102 ist es zweckmäßig, mehr durchbiegungshindernde
Elemente vorzusehen.
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Im
Ausführungsbeispiel
von 4 sind die durchbiegungshindernden Elemente, wie
L1 und L2, geradlinig ausgebildet und enden an den Kanten des Schaltkreissubstrats 100.
Mit anderen Worten ist bei diesem Aspekt der Erfindung die Längsachse
wenigstens eines gewissen Teils der Strukturen, wie P1 und P2, so
orientiert, dass sie die beiden Seitenkanten schneidet, welche die
betreffende Ecke des Schaltkreissubstrats 100 bilden.
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Die
oben unter Bezugnahme auf 4 allgemein
erläuterten
Aspekte der Erfindung können
in identischer oder ähnlicher
Weise auch in den Ausführungsbeispielen
gemäß den 6 bis 22 Anwendung finden. 5 veranschaulicht
schematisch mechanische Spannungslinien eines Schaltkreissubstrats 100 zur
weiteren Veranschaulichung des Konzepts der Erfindung, wobei das
Substrat 100 einen leitfähigen Strukturbereich 102 und
einen durchbiegungshindernden Bereich 104 mit unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten (CTE) aufweist. Zudem kann sich der CTE
eines aufzubringenden Halbleiterchips 120 von demjenigen
des Schaltkreissubstrats 100 unterscheiden. Die CTE-Unterschiede führen zu
mechanischer Spannungsbelastung in der Chippackung während Erwärmungsprozessen,
wie einem Lotaufschmelzprozess zur Oberflächenmontage der Chippackung
an einer Leiterplatte. Die gesamte mechanische Spannung S, die an
einer jeweiligen Ecke der Chippackung auftritt, ergibt sich aus
einer Kombination einer längsseitigen
Spannung S1, einer Mittenbereichsspannung S2 und einer querseitigen
Spannung S3. In 5 bezeichnet S2 eine von einem
Mittenbereich verursachte mechanische Spannung, d.h. von einem Bereich
um einen Mittenpunkt O des Schaltkreissubstrats 100 herum, während S1
und S3 mechanische Spannungsbelastungen repräsentieren, die von Bereichen
benachbart zu den Ecken des Schaltkreissubstrats 100 verursacht
werden. Die verschiedenen Stressbeiträge ergeben zusammen ein Stressfeld,
d.h. ein mechanisches Spannungsfeld. Eine Funktion der durchbiegungshindernden
Struktur P besteht darin, die Stresskonzentra tion an den Eckbereichen
des Schaltkreissubstrats 100 merklich zu reduzieren, indem
die sich vom leitfähigen
Strukturbereich 102 zu den Ecken hin erstreckenden Stresslinien
geschnitten werden, d.h. die durchbiegungshindernde Struktur P kreuzt
die Stresslinien unter gewissen Winkeln. Von Vorteil kann ein Kreuzen
mit einem Winkel von etwa 90° sein,
es reicht aber oft auch ein anderer Kreuzungswinkel aus, solange
sich die durchbiegungshindernde Struktur P wenigstens in einem gewissen
Abschnitt nicht-parallel zu den Stresslinien erstreckt. Mit anderen
Worten schneidet eine Längsachse
bzw. eine Bogenrichtung der durchbiegungshindernden Struktur P die
Stresslinien. An den Punkten, an denen die jeweilige Stresslinie
auf die durchbiegungshindernde Struktur P trifft, verändert die
mechanische Spannung ihre Richtung oder wird dissipiert, was die
Durchbiegung des Schaltkreissubstrats 100 minimiert oder
jedenfalls merklich verringert. Indem die durchbiegungshindernde
Struktur P die Stresslinien kreuzt, wirkt sie den Stressfeldlinien
entgegen, die sich z.B. von einem inneren Bereich des Substrats 100 zu
den Eckbereichen desselben erstrecken. Dies resultiert in geringerer
Durchbiegung der Chippackung während
Erwärmungsprozessen, wie
Lotaufschmelzprozessen. Außerdem
kann in entsprechenden Ausführungsformen
die mechanische Spannungsbelastung, die zu einer Durchbiegung des Substrats 100 führen könnte, noch
effektiver dadurch reduziert werden, dass mehrere voneinander beabstandete
bzw. getrennte durchbiegungshindernde Elemente vorgesehen werden,
welche die durchbiegungshindernde Struktur P bilden, wie in 4 gezeigt.
Beispielsweise lässt
sich damit vermeiden, dass Stressfeldlinien über verbundene durchbiegungshindernde
Elemente hinweg bis zu den Ecken laufen können, indem verbundene durchbiegungshindernde
Elemente als Kanäle
für Stressfeldlinien zu
den Substratecken fungieren statt selbige zu blockieren.
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Wenn
die durchbiegungshindernden Elemente aus einem anderen Material
bestehen wie das Schaltkreissubstrat, kann dies in bestimmten Fällen zu
einer stärkeren
Verringerung der Stressfeldlinien führen, da sie in Richtung Substratecken über unterschiedliche
Materialien laufen. Speziell können
sie dabei abgeschwächt
oder zum Verschwinden gebracht werden, wenn sie über aufeinanderfolgende, nicht
miteinander verbundene Materialgrenzflächen hinweg laufen. Auf diese
Weise können
mehrere getrennte durchbiegungshindernde Elemente der Erfindung
Stressfeldlinien sehr effektiv blockieren und dadurch eine Konzentration
derselben an den Substratecken verhindern.
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6 veranschaulicht
vergrößert eine
beispielhafte Ecke eines Schaltkreissubstrats zur weitergehenden
Erläuterung
grundlegender Konzepte der Erfindung. Gemäß 6 sind durchbiegungshindernde
Strukturen in den Eckbereichen des Schaltkreissubstrats 100 ausgebildet
und erstrecken sich in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht
zu einer den Eckbereich des Schaltkreissubstrats 100 halbierenden
Achse ist. Es können
sich auch durchbiegungshindernde Strukturen in einer Richtung senkrecht
zu einer Achse erstrecken, die von einem Mittenbereich des Schaltkreissubstrats 100 zur
betreffenden Ecke verläuft.
Durch Anordnen von durchbiegungshindernden Strukturen, die sich
in diesen und anderen Richtungen des Schaltkreissubstrats 100 erstrecken,
gelingt ein effektives Blockieren von Stressfeldlinien, die sich
von einem inneren Bereich eines Schaltkreissubstrats zu Eckbereichen
erstrecken. Dabei brauchen die durchbiegungshindernden Strukturen
nicht unbedingt senkrecht zu den Stressfeldlinien verlaufen, solange
sie so ausgebildet sind, dass sie die Stressfeldlinien effektiv
blockieren bzw. reduzieren, um die Durchbiegung des Schaltkreissubstrates 100 zu
verringern. Es kann dazu genügen,
dass die durchbiegungshindernden Elemente mit einer Längsachse
einen (z.B. spitzen oder stumpfen) Winkel mit den Stressfeldlinien
einschließen.
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7 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, bei dem
durchbiegungshindernde Elemente L2 einer durchbiegungshindernden
Struktur bis zu einem leitfähigen
Strukturbereich 102 verlaufen. Dabei kontaktiert z.B. eines
von mehreren durchbiegungshindernden Elementen L2 der durchbiegungshindernden
Struktur in einem jeweiligen Eckbereich den leitfähigen Strukturbereich 102,
indem es mit einem Ende dort und nicht an der Kante des Schaltkreissubstrats 100 endet.
Das jeweilige durchbiegungshindernde Element L2 verläuft in Bezug
auf eine Seite des Schaltkreissubstrats 100 im Beispiel
von 7 unter einem anderen Winkel als die im Beispiel
von 4 verwendeten durchbiegungshindernden Elemente.
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8 veranschaulicht
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Form eines Schaltkreissubstrats 100, das
eine durchbiegungshindernde Struktur P aufweist, deren verschiedene
Teile, die sich jeweils in einem Eckbereich des Substrats 100 erstrecken,
an der Substratlängsseite
zusammentreffen. Speziell treffen sich dabei die durchbiegungshindernden
Strukturbereiche 104 bzw. deren Strukturen P1, P2 von benachbarten
Eckbereichen aus an einem mittleren Abschnitt der Substratlängsseite,
wie gezeigt, oder alternativ an einem anderen Punkt entlang der
Substratlängsseite.
Im Beispiel von 8 ist eine Schrägseite des
dreieckförmigen
durchbiegungshindernden Bereichs 104 länger als in den Beispielen
der 4 und 7. Die durchbiegungshindernden
Elemente L3 können
sich dabei parallel oder unter einem Winkel zu dieser längeren Schrägseite des
durchbiegungshindernden Bereichs 104 erstrecken.
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9 veranschaulicht
als weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Schaltkreissubstrat 100 mit einem durchbiegungshindernden
Bereich 104 bzw. entsprechenden durchbiegungshindernden Strukturen
P1, P2 mit den jeweiligen Substrateckbereichen zugeordneten Teilen,
die an einer jeweiligen Querseite des Schaltkreissubstrats 100 zusammentreffen.
Dabei können
je zwei benachbarte durchbiegungshindernde Strukturteile P1, P2
in nicht weiter gezeigter Weise auch auf einen leitfähigen Strukturbereich 102 an
einem Punkt entlang einer jeweiligen Querseite des Schaltkreissubstrats 100 treffen.
Im Beispiel von 9 befindet sich der Punkt des
Zusammentreffens zweier benachbarter durchbiegungshindernder Strukturteile
P1, P2 etwa in der Mitte der jeweiligen Querseite, alternativ kann
er aber auch an einer anderen Stelle der Querseite liegen. Im Beispiel
von 9 hat der jeweilige durchbiegungshindernde Bereich 104 eine
dreieckige Form mit einer Schrägseite,
die länger
als jene in den Beispielen der 4 und 7 ist.
Die durchbiegungshindernden Elemente L4 können sich z.B. im wesentlichen parallel
zu dieser längeren
Schrägseite
des durchbiegungshindernden Bereichs 104 erstrecken oder
sie können
alternativ nicht-parallel zu dieser längeren Schrägseite verlaufen.
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10 veranschaulicht
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100 und einer
durchbiegungshindernden Struktur, bei der ein durchbiegungshinderndes
Element eine andere Steigung als ein anderes durchbiegungshinderndes
Element im gleichen Eckbereich aufweist. Speziell weist in 10 ein
durchbiegungshinderndes Element L2 eine andere Steigung auf als ein
anderes durchbiegungshinderndes Element L1 innerhalb der gleichen
durchbiegungshindernden Struktur P2 eines jeweiligen Eckbereichs
des Substrats 100. Speziell verläuft das durchbiegungshindernde
Element L2 unter einem Winkel zum durchbiegungshindernden Element
L1. Allgemeiner gesagt, verlaufen die durchbiegungshindernden Elemente
wenigstens einer Ordnung in den Strukturteilen, die den jeweiligen
Substrateckbereichen zugeordnet sind, unter einem Winkel zu den
durchbiegungshindernden Elementen wenigstens einer anderen Ordnung.
Die unterschiedlichen Schrägwinkel von
durchbiegungshindernden Elementen innerhalb einer jeweiligen durchbiegungshindernden
Struktur P2 in einem Substrateckbereich kann dazu beitragen, die
mechanischen Spannungen von den Längs- und Querseiten des Schaltkreissubstrats 100 zu
verteilen. Speziell kann die aus verschiedenen Richtungen in den
jeweiligen Eckbereich gelangende mechanische Spannungsbelastung
durch die unter einem Winkel zueinander verlaufenden durchbiegungshindernden
Elemente L1 und L2 effektiv blockiert bzw. aufgenommen werden.
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11 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, bei dem
eine leitfähige
Struktur 112 sich in einen durchbiegungshindernden Strukturbereich
erstreckt, wobei die leitfähige
Struktur 112 wie gezeigt ein oder alternativ mehrere durchbiegungshindernde
Elemente L in entsprechende Abschnitte bzw. Teilelemente L7 auftrennt.
Diese Konfiguration kann dazu beitragen, den für die leitfähige Struktur 112 verfügbaren Oberflächenplatz
des Schaltkreissubstrats 100 beizubehalten und so eine
geringere Gesamtgröße für die Halbleiterchippackung
zu ermöglichen.
Mit anderen Worten kann die Maßnahme,
dass sich die leitfähige
Struktur 112 in die durchbiegungshindernde Struktur hinein
erstreckt, zu einer größeren Designflexibilität beitragen.
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12 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, bei dem
sich eine Lotkugelkontaktstelle in eine durchbiegungshindernde Struktur
hinein erstreckt, wobei sie wie gezeigt ein oder alternativ mehrere durchbiegungshindernde
Elemente L in wie gezeigt zwei oder alternativ mehr Teilelemente
L9 aufteilt.
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Die 13 und 14 veranschaulichen Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, das durchbiegungshindernde
Strukturen P mit abgewinkelt verlaufenden durchbiegungshindernden
Elementen beinhaltet. So sind in den 13 und 14 abgewinkelte
durchbiegungshindernde Elemente L8 und L9 dargestellt, wobei sie
mit ihren Winkelpunkten im Fall des Elements L8 zum leitfähigen Strukturbereich 102 und
im Fall des Elements L9 zur jeweiligen Ecke des Substrats 100 hin
weisen. Die abgewinkelten durchbiegungshindernden Elemente L8, L9
können
effektiv Stresslinien dissipieren oder blockieren, die aus verschiedenen
Richtungen auf die jeweilige Ecke zulaufen.
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Die 15 und 16 veranschaulichen Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, das durchbiegungshindernde
Strukturen P mit bogenförmigen
durchbiegungshindernden Elementen beinhaltet. So sind im Beispiel
von 15 bogenförmige
durchbiegungshindernde Elemente C1 mit konkavem Verlauf vorgesehen,
deren Krümmungsmittelpunkt
in Richtung der zugehörigen
Substratecke weist, während
im Beispiel von 16 durchbiegungshindernde Elemente C2
vorgesehen sind, deren jeweiliger Krümmungsmittelpunkt in Richtung
des leitfähigen
Strukturbereichs 102 bzw. des Mittenbereichs des Schaltkreissubstrats 100 weist.
Die bogenförmig
verlaufenden durchbiegungshindernden Elemente C1, C2 können effektiv
Stresslinien dissipieren oder blockieren, die aus verschiedenen
Richtungen auf den jeweiligen Substrateckbereich zulaufen.
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17 veranschaulicht
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, das eine
durchbiegungshindernde Struktur P mit Strukturelementen CL3, CL4
aufweist, die Abschnitte L0, L1 in je zwei Substrateckbereichen und
einen diese verbindenden Mittenabschnitt A1 längs einer jeweiligen Substratlängsseite
umfassen. Dabei können
die durchbiegungshindernden Elemente CL3, CL4 ähnlich wie die ersten und zweiten Strukturen
P1, P2 von 4 in verschiedenen Ordnungen
angeordnet sein. Im gezeigten Beispiel sind die durchbiegungshindernden
Elemente L0, L1 einer ersten Teilstruktur P1 und einer zweiten Teilstruktur P2 über den
mittleren Hilfsabschnitt A1 zur Bildung des durchbiegungshindernden
Elements CL3 entsprechender Ordnung verbunden, wie gezeigt. Diese Anordnung
kann besonders nützlich
sein, wenn der Halbleiterchip 120 von einer rechteckförmigen Gestalt
und mit seinen Längsseiten
im Wesentlichen parallel zu den Substratlängsseiten angeordnet ist.
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18 veranschaulicht
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, das eine
durchbiegungshindernde Struktur mit in den Substrateckbereichen
angeordneten Abschnitten und diese verbindenden, entlang der Substratquerseiten
verlaufenden Strukturteilen umfasst. Speziell sind in 18 benachbarte
durchbiegungshindernde Strukturen P1, P2 in den Substrateckbereichen
durch je eine sich entlang einer Substratquerseite erstreckende
Hilfsstruktur A1 paarig unter Bildung entsprechender durchbiegungshindernder
Elemente CL3, CL4 verschiedener Ordnungen verbunden. Hierbei sind
z.B. die durchbiegungshindernden Elemente L0, L1 gleicher Ordnung
von zwei benachbarten Eckbereich-Strukturteilen P1, P2 miteinander
durch die Hilfsstruktur A1 unter Bildung der durchbiegungshindernden
Elemente CL3, CL4 verbunden. Diese Anordnung kann besonders nützlich sein,
wenn der Halbleiterchip 120 rechteckig und mit seiner Längsseite
im Wesentlichen parallel zur Querseite des Schaltkreissubstrats 100 angeordnet
ist.
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19 veranschaulicht
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, das durchbiegungshindernde
Elemente unterschiedlicher Ordnungen umfasst, wobei deren Strukturabschnitte
in den Eckbereichen zu umlaufenden Strukturelementen über Hilfsstrukturteile
A1 verbunden sind, die sich entlang der Längs- und Querseiten des Substrats 100 erstrecken.
Diese Anordnung, wie in 19 gezeigt,
kann besonders für
einen LCD-Treiber-IC(LDI) nützlich
sein, wenn der Halbleiterchip 120 relativ kleine Abmessungen
besitzt und eine große
Anzahl von Zwischenverbindungsstrukturen aufweist, die sich von
seinen Längsseiten
aus erstrecken.
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20 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit einem Schaltkreissubstrat 100, das eine
durchbiegungshindernde Struktur aufweist, die Strukturteile in den
Substrateckbereichen und zusätzliche
Strukturteile im Bereich der Substratquerseiten zwischen den Eckberei chen
umfasst. Speziell ist gemäß 20 eine
zusätzliche
durchbiegungshindernde Struktur A2 jeweils zwischen zwei durchbiegungshindernde
Strukturen P1, P2 vorgesehen, die sich in den Substrateckbereichen
befinden. Mit dieser Anordnung lässt
sich eine mechanische Spannungsübertragung
zwischen den Eckbereichen reduzieren. Dabei umfasst der zusätzliche
durchbiegungshindernde Strukturteil A2 ein oder wie gezeigt mehrere
durchbiegungshindernde Hilfselemente CL5, die sich z.B. unter einem
Winkel relativ zu den durchbiegungshindernden Elementen L0, L1 der Strukturteile
P1, P2 in den Eckbereichen erstrecken. Damit lässt sich insbesondere eine
mechanische Spannungsbelastung reduzieren bzw. blockieren, die sich
entlang einer Kante des Schaltkreissubstrats 100 ausbreitet,
speziell senkrecht zur Längsrichtung der
Hilfselemente CL5 der zusätzlichen
durchbiegungshindernden Struktur A2. Der zusätzliche durchbiegungshindernde
Strukturteil A2 kann von irgendeiner der oben erläuterten
Strukturformen sein, wie bogenförmig,
geradlinig, gewinkelt, mit Mäanderverlauf etc.
Die verschiedenen durchbiegungshindernden Hilfselemente CL5 der
zusätzlichen
durchbiegungshindernden Struktur A2 können auch in verschiedenen
Richtungen längs
der zugehörigen
Kante des Schaltkreissubstrats 100 verschoben und/oder
verkippt sein, um mechanische Spannungen zu reduzieren bzw. zu blockieren,
die sich in unterschiedlichen Richtungen ausbreiten.
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21 veranschaulicht
ein Schaltkreissubstrat mit einem Dummybereich gemäß der Erfindung. Speziell
ist im gezeigten Beispiel eine Dummystruktur 160 in einem
leitfähigen
Strukturbereich 102 des Schaltkreissubstrats 100 angeordnet,
wobei sie auf die durchbiegungshindernde Struktur P abgestimmt ist,
um eine Stresskonzentration an den Eckbereichen des Schaltkreissubstrats 100 zu
reduzieren oder zu minimieren. Die Dummystruktur 160 kann z.B.
eine Netzstruktur, eine ebene Struktur oder eine Inselstrukur sein.
Beim oben erwähnten
Stand der Technik wurde die Dummystruktur ohne die durchbiegungshindernde Struktur
gebildet, wodurch sich die Durchbiegungsproblematik verstärkt hat,
wie oben erläutert.
Wenn hingegen die Dummystruktur 160 wie im Fall der Erfindung
zusammen mit der durchbiegungshindernden Struktur P gebildet wird,
kann sie zur Reduzierung der Durchbiegungsproblematik beitragen.
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Die 22a bis 22c veranschaulichen verschiedene
Typen von erfindungsgemäß einsetzbaren
Schaltkreissubstraten 100, speziell was die äußere Form
derselben angeht. Wie daraus ersichtlich, kann das Schaltkreissubstrat 100 z.B.
die Form verschiedener Polygone mit wenigstens drei Ecken oder Knoten
haben. So zeigt 22a ein dreieckförmiges Substrat, 22b ein Substrat mit Pentagonform und 22c ein viereckförmiges Substrat. Der Einsatz
einer durchbiegungshindernden Struktur ist dabei in allen Fällen unabhängig von
der Gestalt des Schaltkreissubstrats von Vorteil. Die durchbiegungshindernde
Struktur kann in allen oder nur in einem Teil der je nach Form des
Schaltkreissubstrats vorhandenen Substrateckbereiche vorgesehen
sein. Dabei können
für die
durchbiegungshindernde Struktur P im Fall von dreieckförmigen oder
fünfeckförmigen Schaltkreissubstraten
durchbiegungshindernde Elemente der verschiedenen Arten zum Einsatz
kommen, wie sie oben unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele mit rechteckförmigem Schaltkreissubstrat 100 erläutert wurden.
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23 veranschaulicht
in einem Kennliniendiagramm die Durchbiegung einer Chippackung in Abhängigkeit
von der Temperatur während
eines Erwärmungsprozesses,
wie eines Lotaufschmelzprozesses. Wie aus 23 ersichtlich,
reduziert das Anbringen einer durchbiegungshindernden Struktur P
in einer Chippackung die Stresskonzentration an den Eckbereichen
eines Schaltkreissubstrats und damit die resultierende Durchbiegung,
welche die Chippackung während
eines Erwärmungsprozesses
erfährt. Im
hohen Temperaturbereich während
eines Aufschmelzprozesses zeigt die herkömmliche Chippackung eine Durchbie gung
von mehr als 50μm
und damit eine Durchbiegung der Ecken der Packung, während im
Gegensatz dazu die Durchbiegung der Chippackung unter Verwendung
der durchbiegungshindernden Elemente gemäß der Erfindung unter 50μm gehalten
wird. Die Erfindung ermöglicht
somit eine beträchtliche
Verringerung der Durchbiegung der Chippackung in den Eckbereichen,
was die Zuverlässigkeit
der Chippackung verbessert und das Auftreten von Leitungsunterbrechungen
verringert.
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Nochmals
bezugnehmend auf die 4 und 19 kann
eine Halbleiterchippackung ein rechteckförmiges Schalkreissubstrat 100 mit
einem leitfähigen
Strukturbereich 102 und einer durchbiegungshindernden Struktur
P beinhalten, wobei letztere mehrere Strukturteile umfassen kann,
z.B. einen ersten bis vierten Strukturteil in je einem der vier
Eckbereiche des Schaltkreissubstrats 100. Die Gesamtorientierung
des ersten Strukturteils kann sich von derjenigen des zweiten Strukturteils
unterscheiden, wobei die beiden zugehörigen Eckbereiche einander benachbart
sind. Der erste und der dritte Strukturteil, die sich an diagonal
gegenüberliegenden
Eckbereichen befinden, können
z.B. entlang im Wesentlichen der gleichen Richtung orientiert sein.
Jede der vier durchbiegungshindernden Strukturen in den Substrateckbereichen
kann eine Mehrzahl von durchbiegungshindernden Elementen umfassen.
Gemäß 19 kann
der erste Strukturteil mit dem zweiten Strukturteil durch eine erste
Hilfsstruktur verbunden sein, der zweite Strukturteil kann mit dem
dritten Strukturteil durch eine zweite Hilfsstruktur verbunden sein,
der dritte Strukturteil kann mit dem vierten Strukturteil durch
eine dritte Hilfsstruktur verbunden sein, und der vierte Strukturteil
kann mit dem ersten Strukturteil durch eine vierte Hilfsstruktur
verbunden sein.
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Nachfolgend
wird auf Vorgehensweisen zur Bildung von entsprechenden Schaltkreissubstraten eingegangen,
wobei eine nähere
Beschreibung von solchen Prozessen unterbleibt, die dem Fachmann allgemein
geläufig
sind.
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Bei
einem entsprechenden Ausführungsbeispiel
der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltkreissubstrats
nach Art von 4 das Bereitstellen eines elektrisch
isolierenden Substrats, das Bilden einer leitfähigen Struktur 112 in einem
leitfähigen
Strukturbereich 102 des Substrats 100, das Bilden
einer ersten durchbiegungshindernden Struktur in einem ersten Eckbereich
des Substrats 100 und das Bilden einer zweiten durchbiegungshindernden
Struktur in einem zweiten Eckbereich des Substrats 100 benachbart
zum ersten Eckbereich. Die erste und die zweite durchbiegungshindernde
Struktur können
so orientiert sein, dass sie mechanischen Stressbelastungen entgegenwirken bzw.
diese aufnehmen, die sich von einem inneren Bereich des Substrats
zu den Eckbereichen desselben ausbreiten. Dabei kann sich eine Gesamtorientierung
der ersten durchbiegungshindernden Struktur von einer Gesamtorientierung
der zweiten durchbiegungshindernden Struktur in Bezug auf das Substrat unterscheiden.
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Die 24 und 25 veranschaulichen Verfahren
zur Bildung einer durchbiegungshindernden Struktur unter Verwendung
eines zusätzlichen Prozesses
bzw. eines Ätzprozesses.
Im Beispiel von 24 wird bei dem zusätzlichen
Prozess eine Trockenfilmstruktur 170, wie eine Photoresiststruktur, auf
einem Kernsubstrat 172 gebildet, das z.B. eine Folienschicht 174 aus
leitfähigem
Material, wie Kupfer, umfasst. Das Kernsubstrat 172 kann
als Trägerschicht
ein dielektrisches Material beinhalten, z.B. ein Laminat aus einem
Polymermaterial, wie Epoxid, Polyimid, Teflon oder Polyester, das
mit einer Glasgewebematte verstärkt
ist, oder ein mit Glasfaserstücken
verstärktes
Polymermaterial. Der Elastizitätsmodul
(Young-Modul) kann für
das Kernsubstrat 172 z.B. im Bereich von etwa 23.100 MPa
bis etwa 23.300 MPa liegen. Dabei kann der Elastizitätsmodul für das leitfähige Material
größer als
für das
Kernsubstrat sein, z.B. 120.000 MPa im Fall von Kupfer. Danach wird
z.B. ein Kupferplattierprozess verwendet, um eine Kupferstruktur
auf der Kupferfolien schicht 174 aufzubauen. Die vom Trockenfilm 170 bedeckten Bereiche
der Kupferfolienschicht 174 bleiben frei von plattiertem
Kupfer.
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Schließlich werden
die Trockenfilmstruktur 170 und die von dieser bedeckten
Bereiche der Kupferfolienschicht 174 entfernt, wodurch
die gewünschte
durchbiegungshindernde Struktur P zurückbleibt.
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Beim Ätzprozess
von 25 wird zuerst ein geeignetes leitfähiges Material,
wie Kupfer, auf ein Kernsubstrat 172 plattiert, das eine
Folienschicht aus leitfähigem
Material, wie eine Kupferfolienschicht 174, beinhaltet.
Dann wird auf die plattierte Kupferschicht 174' eine Trockenfilmstruktur 170,
wie eine Photoresiststruktur, aufgebracht. Die plattierte Kupferschicht 174' wird dann in
den von der Trockenfilmstruktur 170 freigelassenen Bereichen
weggeätzt, wonach
die Trockenfilmstruktur 170 von der plattierten Kupferschicht 174' abgelöst wird,
so dass die gewünschte
durchbiegungshindernde Struktur P zurückbleibt.
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Die 26a bis 26c veranschaulichen die
Bildung eines Lotresists (in 4 nicht
gezeigt) auf einem Kernsubstrat 172 gemäß der Erfindung. Nach Erzeugung
der durchbiegungshindernden Struktur P auf dem Kernsubstrat 172 wird
dazu eine Lotresistschicht 180 gebildet, welche wenigstens
einen Teil der durchbiegungshindernden Struktur P und des Kernsubstrats 172 bedeckt,
wie in 26a gezeigt. Dabei lässt die
Lotresiststruktur 180 wenigstens einen Teil der durchbiegungshindernden
Struktur P frei, wie in 26b gezeigt.
Es versteht sich, dass die obigen Prozesse zur Bildung der durchbiegungshindernden
Struktur P im Wesentlichen gleichzeitig mit Prozessen zur Bildung
einer leitfähigen Struktur
auf dem Substrat 100 durchgeführt werden können. Die
durchbiegungshindernde Struktur P kann dabei auch aus einem anderen
Material anstelle von Kupfer gebildet werden, z.B. durch Aufbringen
einer Lotresistschicht 180 und Strukturierung derselben,
wie in 26c veranschaulicht.
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Wenn
das Substrat 100 aus mehr als einer Schichtlage aufgebaut
ist, können
die obigen Prozesse zur Bildung der durchbiegungshindernden Struktur
P in mehreren dieser Schichtlagen wiederholt ausgeführt werden.
Beispielsweise kann ein Teil der durchbiegungshindernden Struktur
P in einem ersten Eckbereich des Substrats 100 in einer
ersten Schichtebene und ein anderer Teil der durchbiegungshindernden
Struktur P in einem zweiten Eckbereich des Substrat 100 in
einer zweiten Schichtebene gebildet werden. Die Schichten können dann
in das Substrat 100 kombiniert werden, das in diesem Fall eine
durchbiegungshindernde Struktur P aufweist, die sich in mehr als
einer Schichtebene und/oder in mehr als einem Eckbereich erstreckt.
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Weitere,
nicht gezeigte Ausführungsbeispiele
der Erfindung können
ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltkreissubstrats mit einer
durchbiegungshindernden Struktur P, wie derjenigen von 4,
umfassen, bei dem ein rechteckförmiges, elektrisch
isolierendes Substrat 100 bereitgestellt wird, eine leitfähige Struktur
in einem leitfähigen Strukturbereich 102 des
Substrats 100 gebildet wird, ein durchbiegungshindernder
Bereich 104 auf dem Substrat 100 derart gebildet
wird, dass er sich nicht mit dem leitfähigen Strukturbereich 102 überlappt, und
eine erste, zweite, dritte und vierte durchbiegungshindernde Struktur
in einem ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Eckbereich des durchbiegungshindernden
Bereichs 104 gebildet werden. Der durchbiegungshindernde
Bereich 104 kann entsprechende durchbiegungshindernde Strukturteile
in z.B. vier Eckbereichen des Substrats 100 beinhalten,
wobei z.B. ein erster und ein zweiter durchbiegungshindernder Strukturteil
unterschiedlich orientiert sind, um mechanische Spannungslinien
aufzunehmen bzw. zu blockieren, die von einem inneren Bereich des
Substrats 100 zu zwei entsprechenden Eckbereichen des Substrats 100 gerichtet
sind.
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Bei
entsprechenden Ausführungsformen
der Erfindung umfasst eine erste durchbiegungshindernde Struktur
eine Mehrzahl von durchbiegungshindernden Elementen in einem ersten
Substrateckbereich, und eine zweite durchbiegungshindernde Struktur
umfasst mehrere durchbiegungshindernde Elemente in einem zweiten
Substrateckbereich. Dabei können
die durchbiegungshindernden Elemente des ersten Eckbereichs unter
einem Winkel zu denjenigen des zweiten Eckbereichs verlaufen. Die
durchbiegungshindernden Elemente können aus dem gleichen oder
einem anderen Material wie leitfähige Strukturen
des Schaltkreissubstrats gebildet werden, in letzterem Fall z.B.
aus einem Lotresistmaterial.