DE10238582B4

DE10238582B4 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus einer getesteten integrierten Schaltung und einer elektrischen Einrichtung

Info

Publication number: DE10238582B4
Application number: DE10238582A
Authority: DE
Inventors: Harry Hedler; Thorsten Meyer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: US20040070075A1; US6927157B2; DE10238582A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbundes (10, 16, 19) aus einer getesteten integrierten Schaltung (10) und einer elektrischen Einrichtung (16), wobei die integrierte Schaltung (10) aufweist:
mindestens eine elastisch deformierbare Erhebung (11) auf einem Schaltungssubstrat (10) der integrierten Schaltung;
eine Kontaktierungseinrichtung (13) auf der Erhebung (11) zum Vorsehen einer elektrischen Anbindung;
eine Umverdrahtungseinrichtung (12, 14, 15) zum elektrischen Verbinden eines aktiven Halbleiterabschnitts der integrierten Schaltung (12) mit der Kontaktierungseinrichtung (13);
wobei die Umverdrahtungseinrichtung (12, 14, 15) um die flexible Erhebung (11) am Fuß der Erhebung (11) ringförmig ausgebildet ist, und dieser Ring (15) mit der Kontaktierungseinrichtung (13) elektrisch leitend verbunden ist;
wobei die Umverdrahtungseinrichtung (14) gerade, mäanderförmig, spiralförmig, schlingenförmig oder zick-zack-förmig auf der nachgiebigen Erhebung (11) bis zur Kontaktierungseinrichtung (13) verläuft;
mit den Schritten:
Durchführen eines Tests der integrierten Schaltung (10) unter vorübergehender Nutzung der Kontaktierungseinrichtung (13) auf der flexiblen Erhebung (11);...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus einer getesteten integrierten Schaltung und einer elektrischen Einrichtung.

Aus der US 5,431,328 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus einer integrierten Schaltung und einer elektrischen Einrichtung bekannt, wobei die integrierte Schaltung eine Kontaktierungseinrichtung aufweist, die vollständig metallisierte Polymer-Erhebungen umfaßt. Diese Polymer-Erhebungen werden durch Lot mit entsprechenden Kontaktflächen der elektrischen Einrichtung verbunden.

Aus der EP 0 295 914 A2 und der DE 101 35 308 A1 ist eine integrierte Schaltung bekannt, welche eine Kontaktierungseinrichtung auf einer elastisch deformierbaren Erhebung aufweist, die mittels einer Umverdrahtungseinrichtung an einen aktiven Halbleiterabschnitt angeschlossen ist.

Die US 4,740,700 beschreibt eine thermisch isolierende und elektrisch leitende Verbindung zwischen einer integrierten Schaltung und einer elektrischen Einrichtung.

Die US 5,477,087 beschreibt die Verbindung einer integrierten Schaltung mit erhabenen metallisierten Kontakten und einer elektrischen Einrichtung.

Die WO 01/75 969 A1 beschreibt ein elektronisches Bauelement mit flexiblen Kontraktierungsstellen und dessen Verbindung mit einem Schaltungssubstrat unter Verwendung von einem Leitkleber.

Integrierte Schaltungen bzw. Halbleitervorrichtungen in Wafer-Level-Packages (WLP) sind im Gegensatz zu Standard-Packages auf einer vollständigen, d.h. noch nicht aufgeteilten, Silizium-Wafer-Scheibe aufgebaut. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht in der Möglichkeit, daß man die einzelnen bereits verpackten integrierten Schaltungen bereits auf Wafer-Ebene in einem Parallelprozeß testen kann.

Verbindungseinrichtungen bzw. -elemente z.B. von einem Package zu einer Leiterplatte bei in Flip-Chip-Technologie verwendeten DRAM-Einheiten bzw. -Packages müssen zwei Hauptanforderungen erfüllen. Erstens müssen die DRAM-Packages nach dem Verpacken der Halbleiterplättchen bzw. -dies getestet werden. Deshalb wird die Verbindungseinrichtung eingesetzt, um einen vorübergehenden Kontakt zu der Testleiterplatte herzustellen. Zum Ausbalancieren der Höhenabweichungen weist eine in Z-Richtung, d.h. normal zur Oberfläche des Packages, flexible bzw. nachgiebige Verbindungseinrichtung viele Vorteile auf. Beispielsweise kann aufgrund der einfachen Kontaktmethode über eine Druckkontaktierung unter Deformation der flexiblen Verbindungseinrichtung eine preiswerte Testleiterplatte eingesetzt werden. Ein vernünftiges Testen der integrierten Schaltung bzw. Halbleitereinrichtung auf Wafer-Ebene ist nur mit flexiblen Verbindungseinrichtungen bzw. Kontaktierungseinrichtungen möglich.

Die zweite Anforderung an eine Verbindungseinrichtung besteht darin, einen elektrischen Kontakt zu einer Leiterplatte, einer weiteren integrierten Schaltung oder einer Modulplatte vorzusehen. Diese sollte eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen und mechanische Spannungen kompensieren, welche aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Chip und Leiterplatte auftreten, die normalerweise noch von einem Füllmaterial unterstützt werden, und für eine feste, robuste Anbindung an die Leiterplatte bzw. die andere integrierte Schaltung zu sorgen hat.

Standard-Verbindungselemente, wie z.B. Lotkugeln, können stets nur eine der beiden Anforderungen, aber nicht beide gleichzeitig erfüllen. Üblicherweise werden Lotkugeln als feste Verbindungseinrichtungen eingesetzt. Mit einer Unterfüllung stellen diese einen verlässlichen Kontakt dar. Zur Steigerung der Verlässlichkeit bei Verbindungselementen der zweiten Ebene, d.h. für eine dauerhafte elektrische Anbindung z.B. an eine Leiterplatte, sind Ringe aus einem Polymer um die Lotkugel bekannt. Die Festigkeit eines Packages wäre bereits durch die Lotkugeln ohne Unterfüllung gegeben. Während des Komponententests müssen bei einer derartigen Anordnung komplexe Klammermechanismen eingesetzt werden. Für einen Test auf Wafer-Ebene ist keine Lösung bei Lotkugeln als Verbindungseinrichtungen bekannt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes aus einer getesteten integrierten Schaltung und einer elektrischen Einrichtung zu schaffen, wobei die Kontaktierungseinrichtung sowohl für den Test als auch für den späteren Verbund optimiert gestaltet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im wesentlichen darin, eine Kontaktierungseinrichtung vorzusehen, welche flexibel bzw. nachgiebig für einen Test einer Halbleitereinrichtung, z.B. auf Wafer-Ebene, ist, und die Eigenschaften einer herkömmlichen Lotkugel beim Zusammenbau der zweiten Ebene, d.h. der Anbindung an eine weitere elektrische Einrichtung, wie beispielsweise eine weitere integrierte Schaltung oder eine Leiterplatte, aufweist. Das Kontaktierungselement ist somit flexibel zum Testen der integrierten Schaltung und robust bzw. fest nach der Montage auf einer weiteren elektrischen Einrichtung.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildun gen und Verbesserungen des jeweiligen Erfindungsgegenstandes.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Umverdrahtungseinrichtung geschichtete Metallisierungen auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die nachgiebige Erhebung halbkugelförmig ausgebildet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die nachgiebige Erhebung aus einem nicht leitfähigen Grundstoff, wie beispielsweise Silikon, hergestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer integrierten Schaltung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht eines Ausschnitts einer integrierten Schaltung gemäß 1 zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer Leiterplatte zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer Leiterplatte gemäß 3 nach einem weiteren Verfahrensschritt zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines Verbunds aus einer Leiterplatte und einer integrierten Schaltung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6 eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts des Verbunds gemäß 5 nach einem weiteren Verfahrensschritt zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer integrierten Schaltung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist ein Ausschnitt einer integrierten Schaltung 10 bzw. einer Halbleitereinrichtung dargestellt, welche vorzugsweise in Wafer-Form vorliegt. Auf die integrierte Schaltung bzw. das Schaltungssubstrat 10 ist eine Erhebung 11 aufgebracht, welche vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen flexiblen bzw. nachgiebigen Material, wie z.B. Silikon, besteht, und insbesondere halbkugelförmig gebildet ist. Auf das Schaltungssubstrat 10 ist ebenfalls eine Umverdrahtungseinrichtung 12 aufgebracht, welche insbesondere mit einem aktiven Halbleiterabschnitt (nicht dargestellt) auf dem Schaltungssubstrat 10 verbunden ist, und vorzugsweise einen mehrschichtigen Aufbau aufweist.
Die Umverdrahtungseinrichtung 12 weist einen Abschnitt 13 auf der Spitze der insbesondere in Z-Richtung, also normal zur Oberfläche der integrierten Schaltung flexiblen Erhebung 11, auf, die eine Kontaktierungseinrichtung 13 bildet. Diese Kontaktierungseinrichtung 13 ist z.B. kreisförmig vorgesehen und die beiden Abschnitte 14, die die Kontaktierungseinrichtung 13 mit der Umverdrahtungseinrichtung 12 auf der Halbleitereinrichtung 10 verbindet, vorzugsweise an der Oberfläche der flexiblen Erhebung 11 gebildet. Dieser Verbindungsabschnitt 14 kann sowohl wie dargestellt auf direktem Weg zwischen der Umverdrahtungseinrichtung 12 auf dem Schaltungssubstrat 10 und der Kontaktierungseinrichtung 13 auf der flexiblen Erhebung 11 verlaufen, aber auch spiralförmig, mäanderförmig, schlingenförmig oder zick-zack-förmig vorgesehen sein, wodurch eine bessere Flexibilität und Bruchfestigkeit der Umverdrahtungseinrichtung 14 auf der Oberfläche der flexiblen Erhebung 11 bereitgestellt wird. Darüber hinaus besitzt die Umverdrahtungseinrichtung 12 einen Abschnitt 15 auf der Oberfläche des Schaltungssubstrats 10, welcher die flexi ble Erhebung 11 ringförmig, vorzugsweise in einem geschlossenen Ring 15, umgibt.
Die Umverdrahtungseinrichtungen 12, 14, 15 und die Kontaktierungseinrichtung 13 werden z.B. durch Aufsputtern einer Trägerschicht, dem Auftragen und der Strukturierung eines Photolacks in einem photochemischen Prozeß, elektrochemischen Plattieren mehrerer weiterer Metallisierungen, Entfernen der Photolackmaske und Entfernen der Trägerschicht in Ätzprozessen oder auf andere Weise erzeugt. Daraus ergibt sich ein mehrschichtiger Aufbau dieser Einrichtungen 12, 13, 14, 15, welche als Abschlußschicht vorzugsweise eine korrosionsbe-, ständige und insbesondere leicht mit Lot benetzbare Metallisierung, wie z.B. aus Gold, aufweisen. Somit wird eine flexible Verbindungseinrichtung 11, 12, 13, 14, 15 geschaffen, welche bei einem Test der integrierten Schaltung 10 auf Wafer-Ebene eine Kontaktierung der Kontaktierungseinrichtung 13 unter elastischer Deformation der flexiblen Erhebung 11 ermöglicht, um nach dem Test für eine dauerhafte elektrische Kontaktierung mit Lot versehen zu werden.
2 zeigt eine Draufsicht eines Ausschnitts einer integrierten Schaltung gemäß 1 zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 2 ist auf dem Schaltungssubstrat 10 die flexible, in Draufsicht kreisförmige, Erhebung 11 dargestellt. Auf dem Schaltungssubstrat 10 verläuft eine Umverdrahtungseinrichtung 12 z.B. von einem aktiven Halbleiterabschnitt (nicht dargestellt) der integrierten Schaltung 10 zu einer Kontaktierungseinrichtung 13, welche sich auf der Spitze der flexiblen Erhebung 11, vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, befindet. Ein Verbindungsabschnitt 14 auf der Oberfläche der flexiblen Erhebung 11 ist zwischen der Umverdrahtungseinrichtung 12 auf dem Schaltungssubstrat 10 und der Kontaktierungseinrichtung 13 auf der flexiblen Erhebung 11 vorgesehen. Die flexible Erhebung 11 wird an deren Fuß auf der integrierten Schaltung 10 von einem Umverdrahtungsring 15 umgeben, welcher vorzugsweise geschlossen ist.
3 bis 6 zeigen Seitenansichten bzw. Querschnittsansichten aus dem Herstellungsverfahren eines Verbundes einer integrierten Schaltung und einer weiteren elektrischen Einrichtung, wie beispielsweise einer Leiterplatte, zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 ist eine elektrische Einrichtung 16, z.B. eine Leiterplatte, eine weitere integrierte Schaltung oder ein Anschlußmodul dargestellt, welches über eine Kontakteinrichtung 17, z.B. ein Bondpad, verfügt. Gemäß 4 ist auf die Kontakteinrichtung 17 Lot 18, z.B, in einem Print-Prozeß, aufgebracht. Das Lot liegt in Form einer Lotpaste vor, welche beispielsweise unter Druck verformbar ist.
In 5 wird nun eine integrierte Schaltung 10 kopfüber, d.h. in Flip-Chip-Technologie, mit der Verbindungseinrichtung 11, 12, 13, 15 über der Kontakteinrichtung 17 der Leiterplatte 16 ausgerichtet, wobei die Lotpaste 18 so verformt wird, daß sie die gesamte flexible Erhebung 11 umgibt und den Ringabschnitt 15, die Kontaktierungseinrichtung 13 und das Verbindungselement 14 kontaktiert. Mit anderen Worten wird die flexible Erhebung 11 auf dem Schaltungssubstrat 10 in der Lotpaste 18 plaziert bzw. eingetaucht.
In 6 ist die Anordnung gemäß 5 dargestellt, wobei jedoch die Lotpaste 18 gemäß 5 erhitzt und damit wiederverflüssigt wurde und nach Abkühlung ein festes Lot 19 ausbildet, welches die gesamte flexible Erhebung 11 umschließt und einen mechanisch stabilen und elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Schaltungssubstrat 10 und der Leiterplatte 16 bereitstellt. Diese Struktur weist Eigenschaften (mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, ...) auf, welche gleich oder besser als die einer herkömmlichen Lotkugel sind, wobei mit der gleichen Einrichtung 11, 12, 13, 14, 15 auf dem das Schaltungssubstrat bzw. die integrierte Schaltung 10 diese in einem Test auf Wafer-Ebene, z. B. mit einer Meßeinrichtung, getestet wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Insbesondere muß der Ring um die flexible Erhebung nicht vollständig geschlossen sein oder notwendigerweise eine runde Form aufweisen, sondern ist auch eckig vorstellbar.
Die Form der flexiblen Erhebung kann ebenfalls abgeändert sein, wie z.B. abgeflacht, quaderförmig oder vieleckig ausgeführt sein.

10: integrierte Schaltung bzw. Schaltungssubstrat
11: flexible Erhebung, vorzugsweise aus Silikon
12: Umverdrahtungseinrichtung, insbesondere mehrschichtig
13: Kontaktierungseinrichtung auf flexibler Erhebung
14: Verbindungsabschnitt auf flexibler Erhebung zwischen
: Kontaktierungseinrichtung und Umverdrahtung auf int.
: Schaltg.
15: ringförmiger Umverdrahtungsabschnitt um Fuß der flexi
: blen Erhebung auf integrierter Schaltung
16: elektrische Einrichtung, z.B. Leiterplatte und/oder
: weitere integrierte Schaltung
17: Kontakteinrichtung, z.B. Bondpad auf elektrischer Ein
: richtung
18: Lotpaste, vorzugsweise verformbar
19: abgekühltes wiederverflüssigtes Lot

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundes (10, 16, 19) aus einer getesteten integrierten Schaltung (10) und einer elektrischen Einrichtung (16), wobei die integrierte Schaltung (10) aufweist: mindestens eine elastisch deformierbare Erhebung (11) auf einem Schaltungssubstrat (10) der integrierten Schaltung; eine Kontaktierungseinrichtung (13) auf der Erhebung (11) zum Vorsehen einer elektrischen Anbindung; eine Umverdrahtungseinrichtung (12, 14, 15) zum elektrischen Verbinden eines aktiven Halbleiterabschnitts der integrierten Schaltung (12) mit der Kontaktierungseinrichtung (13); wobei die Umverdrahtungseinrichtung (12, 14, 15) um die flexible Erhebung (11) am Fuß der Erhebung (11) ringförmig ausgebildet ist, und dieser Ring (15) mit der Kontaktierungseinrichtung (13) elektrisch leitend verbunden ist; wobei die Umverdrahtungseinrichtung (14) gerade, mäanderförmig, spiralförmig, schlingenförmig oder zick-zack-förmig auf der nachgiebigen Erhebung (11) bis zur Kontaktierungseinrichtung (13) verläuft; mit den Schritten: Durchführen eines Tests der integrierten Schaltung (10) unter vorübergehender Nutzung der Kontaktierungseinrichtung (13) auf der flexiblen Erhebung (11); Aufbringen von Lotpaste (18) auf eine Kontakteinrichtung (17) der elektrischen Einrichtung (16); Aufsetzen der getesteten integrierten Schaltung bzw. des Schaltungssubstrats (10) auf die elektrische Einrichtung (16) unter Ausrichtung der Kontaktierungseinrichtung (13) auf die mit Lotpaste (18) versehene Kontakteinrichtung (17) der elektrischen Einrichtung (16); und Wiederverflüssigen der Lotpaste (19) derart, daß sie nach Abkühlung festes Lot zwischen der integrierten Schaltung (10) und der elektrischen Einrichtung (16) ausbildet, welches die flexible Erhebung (11) umschliesst und einen mechanisch stabilen und leitfähigen Kontakt zwischen der integrierten Schaltung (10) und der elektrischen Einrichtung (16) ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umverdrahtungseinrichtung (12, 13, 14, 15) geschichtete Metallisierungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Erhebung (11) halbkugelförmig und/oder abgeflacht oder polygonförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Erhebung (11) aus einem nicht leitfähigen Kunststoff, wie beispielsweise Silikon, besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung (16) eine weitere getestete integrierte Schaltung und/oder eine Leiterplatte (16) ist.