DE10333841A1

DE10333841A1 - Halbleiterbauteil in Halbleiterchipgröße mit flipchipartigen Außenkontakten und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE10333841A1
Application number: DE10333841A
Authority: DE
Inventors: Horst Theuss; Helmut Kiendl; Michael Weber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: US20070090535A1; US9385008B2; US7163843B2; US20110147930A1; US20050017374A1; US7932599B2; DE10333841B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung in Halbleiterchipgröße mit einem Halbleiterchip (2), der auf seiner aktiven Oberseite (3) flipchipartig angeordnete Außenkontakte (4) des Halbleiterbauteils (100) aufweist, wobei der Halbleiterchip (2) mindestens auf seiner Rückseite (6) und seiner Randseite (7, 8) von einer Kunststoffmasse (5) umhüllt ist und die Außenkontakte (4), die auf Außenkontaktanschlussflächen (16) angeordnet sind, von der aktiven Oberseite (3) herausragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil in Halbleiterchipgröße mit einem Halbleiterchip, der flipchipartige Außenkontakte aufweist und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Halbleiterbauteile, die als sogenannten Flipchipbauteile oder als WLP-Bauteile (Wafer Level Package) bekannt sind, werden mit ihren Flipchipkontakten als nackte Halbleiterchips auf übergeordneten Schaltungsplatinen angebracht oder werden mit einer dünnen Polymerschutzschicht vor dem Aufbringen auf die übergeordnete Schaltungsplatine überzogen.

Ein Nachteil derartiger Halbleiterbauteile ist ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber Stoßbelastungen oder gegenüber Temperaturwechselbelastungen. Weiterhin sind die großflächigen Rückseiten der Halbleiterbauteile erosiven Umwelteinflüssen ausgesetzt und insbesondere bei Wartung und Instandhaltung gefährdet. Auch die Polymerschichten können die Probleme der geringen mechanischen Belastbarkeit dieser Bauteile nicht beheben. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauteil in Halbleiterchipgröße anzugeben, das erhöhten mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann und vor erosiven Angriffen der Umgebung zuverlässig geschützt ist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, derartige zuverlässige Bauteile kostengünstig herzustellen, wobei die eingesetzten Verfahren für eine Massenproduktion geeignet sein sollen.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil in Halbleiterchipgröße angegeben, das einen Halbleiterchip aufweist, der auf seiner aktiven Oberseite flipchipartig angeordnete Außenkontakte aufweist. Der Halbleiterchip ist mindestens auf seiner Rückseite und seinen Randseiten von einer Kunststoffmasse umhüllt, wobei die Außenkontakte auf Außenkontaktanschlussflächen angeordnet sind. In diesem Zusammenhang wird unter einem Halbleiterbauteil in Halbleiterchipgröße ein Halbleiterbauteil verstanden, das zusätzlich zu den Dimensionen eines Halbleiterchips eine minimale Umhüllung aus einer Kunststoffmasse, vorzugsweise aus einem Epoxidharz, umfasst. Ein derartiges Halbleiterbauteil hat gegenüber einem Halbleiterbauteil aus einem nackten Chip mit Flipchipaußenkontakten, dass einerseits die Außenkontakte in ihren Dimensionen um einen beträchtlichen Faktor größer sind als reine Flipchipkontakte, die bei herkömmlichen Halbleiterbauteilen innerhalb einer Gehäusemasse, beispielsweise über einen Flachleiterrahmen mit Außenkontakten elektrisch verbunden sind. Insofern bezieht sich der Ausdruck flipchipartig darauf, dass die Außenkontakte im Bereich der aktiven Oberseite eines Halbleiterchips angeordnet sind. Außerdem werden für das Anordnen der Außenkontakte mit dieser Erfindung Rußenkontaktanschlussflächen zur Verfügung gestellt, die eine beträchtlich größere Anschlussfläche aufweisen als die Kontaktflächen, welche unmittelbar auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips angeordnet sind und die mit den Elektroden der Halbleiterelemente einer integrierten Schaltung über Leiterbahnen elektrisch in Verbindung stehen. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil unterscheidet sich folglich von Halbleiterbauteilen, die Halblei terchips mit Flipchipkontakten aufweisen und auch von Halbleiterbauteilen, die exakt der Halbleiterchipgröße entsprechen und eventuell zusätzlich mit einer wenige Mikrometer dicken Polymerschutzschicht überzogen sind. Dabei kann die aktive Oberseite mit den Außenkontaktanschlussflächen und den Außenkontakten völlig frei von einer Kunststoffmasse aus Epoxidharz sein. Dennoch wird aufgrund der vollständigen Umhüllung der Rückseiten und der Randseiten des Halbleiterchips mit einer Kunststoffmasse, wie sie üblicherweise für Halbleiterbauelementgehäuse eingesetzt werden, nun auch ein Halbleiterbauteil in Halbleiterchipgröße mit der stoßfesten und wechseltemperaturfesten und erosionsbeständigen Kunststoffmasse abgedeckt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Außenkontakt mindestens bis zu ihrer halben Höhe von Kunststoffmasse umhüllt. In diesem Fall erstreckt sich die Umhüllung der Kunststoffmasse auch auf die aktive Oberseite des Halbleiterchips und umgibt mindestens die Hälfte der Oberseite eines jeden Außenkontaktes, so dass die Außenkontakte wie Zähne in einem Zahnfleisch eingebettet sind und somit der Fußbereich eines jeden Außenkontaktes eine zusätzliche Stützung erfährt. Diese zusätzliche Stützung verhindert ein Abreißen der Außenkontakte von den Außenkontaktanschlussflächen insbesondere bei zyklischer, thermischer Wechselbelastung. Somit sind derartige Halbleiterbauteile besonders widerstandsfähig gegenüber Scherbeanspruchung aufgrund von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterchips und einer übergeordneten Schaltungsplatine, auf der die erfindungsgemäßen Halbleiterbauteile ohne Beschädigung angeordnet sein können.

Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil die aktive Oberseite des Halbleiterchips eine Umverdrahtungslage tragen. Die Flächengröße dieser aktiven Umverdrahtungslage entspricht der Flächengröße der aktiven Oberseite des Halbleiterchips. Diese Umverdrahtungslage ist folglich nicht dazu gedacht, die zur Verfügung stehende aktive Oberseite des Halbleiterchips für entsprechend große Außenkontaktanschlussflächen zu vergrößern und ragt deshalb auch nicht über die aktive Oberseite des Halbleiterchips hinaus. Die Umverdrahtungslage selbst ist mindestens aus drei Schichten aufgebaut, wobei eine erste Schicht eine Isolationsschicht mit Durchkontakten zu Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips ist und die zweite Schicht eine Umverdrahtungsschicht mit einer Umverdrahtungsstruktur bildet, die Umverdrahtungsleitungen und Außenkontaktanschlussflächen aufweist, wobei die Umverdrahtungsleitungen die Außenkontaktanschlussflächen mit den Durchkontakten in der ersten Schicht der Umverdrahtungslage verbinden. Eine dritte Schicht ist wiederum eine Isolationsschicht, die einerseits die Umverdrahtungsleitungen schützt und andererseits Fenster für die Außenkontaktanschlussflächen freilässt, in denen dann Außenkontakte angeordnet werden können. Dieses Anordnen der Außenkontakte, ebenso wie das Aufbringen der Umverdrahtungslage kann bereits auf einem Halbleiterwafer durchgeführt sein, so dass zur Bildung eines erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils lediglich die erfindungsgemäße Umhüllung der einzelnen Halbleiterchips durchzuführen ist.

Weiterhin können die Außenkontakte auch vollständig in Kunststoffmasse eingebettet sein und ein Lotdepot aufweisen, das aus der Kunststoffmasse als Außenkontaktfläche herausragt. Bei einer derartigen Konstruktion können die Außenkontakte aus einer Goldlegierung hergestellt sein und das Lotdepot ei ne bleifreie Zinnlegierung aufweisen. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Außenkontakte selbst in ihrer Dimension verkleinert werden können, während die Endgröße des Außenkontaktes durch das Lotdepot bestimmt wird. Darüber hinaus hat diese Ausführungsform der Erfindung den Vorteil, dass ein Abreißen der Außenkontakte von den Außenkontaktanschlussflächen auf dem Halbleiterchip äußerst unwahrscheinlich ist und somit ein sehr zuverlässiges Halbleiterbauteil geschaffen wird.

Anstelle der Lotlegierung kann der Außenkontakt auch als elastischer Außenkontakt ausgebildet sein, wobei der Kern des Außenkontaktes ein gummielastisches Material aufweist. Dieses gummielastische Kernmaterial ist teilweise von einer Metallschicht als Außenkontaktfläche bedeckt. Die Vorteile derartiger elastischer Außenkontakte bestehen darin, dass äußere Beanspruchungen, insbesondere Scherbeanspruchungen, auf die Außenkontaktanschlussflächen auf der Umverdrahtungslage übertragen werden.

Weitere mögliche Ausführungsformen der Außenkontakte können Lotbumps darstellen, wobei der gesamte Außenkontakt aus einer Lotmasse hergestellt ist, die beispielsweise mit Hilfe eines Schablonendruckes aufgebracht wurde. Darüber hinaus können die Außenkontakte auch galvanisch oder chemisch abgeschiedene Bumps darstellen, die aufgrund der galvanischen oder chemischen Abscheidung in ihren Konturen frei gestaltbar sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Außenkontakte aus Studbumps bestehen, derartige Studbumps sind Thermokompressionsköpfe, die nacheinander auf die Außenkontaktanschlussflächen mittels eines Bondvorgangs aufgebracht sind. Derartige Studbumps weisen als Material das Material von Bonddrähten auf, die beim Thermokompressionsbonden die Ther mokompressionsköpfe beziehungsweise die Studbumps ausbilden. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass Lotbumps oder galvanisch oder chemisch abgeschiedene Bumps gleichzeitig mit einem Verfahrensschritt auf den aktiven Oberseiten eines Halbleiterchips in einem Verfahrensschritt gleichzeitig herstellbar sind, während Studbumps aus Thermokompressionsköpfen nacheinander auf die Halbleiterchips aufgebracht werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Nutzen, der in Zeilen und Spalten angeordnete Bauteilpositionen für Halbleiterbauteile. Ein derartiger Nutzen für das erfindungsgemäße Bauteil unterscheidet sich von herkömmlichen Nutzen dadurch, dass der Abstand zwischen den in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen gerade so groß ist, dass ein Sägeblatt durch den Nutzen zwischen den Zeilen und Spalten mit Halbleiterchips hindurchgeführt werden kann, ohne die Randseiten der Halbleiterchips freizulegen. Vielmehr soll auf den Randseiten der Halbleiterchips eine Kunststoffmasse verbleiben, die dafür sorgt, dass auch die Randseiten der Halbleiterchips vollständig von ihr bedeckt bleiben.

Ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterchips mit flipchipartigen Außenkontakten aus einem Halbleiterwafer mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Halbleiterwafer mit mehreren in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen bereitgestellt, wobei in den Halbleiterchippositionen integrierte Schaltungen angeordnet sind, deren Elektroden über Leiterbahnen mit Kontaktflächen an der Oberseite des Halbleiterwafers verbunden sind. Als nächstes werden Außenkontaktanschlussflächen in den Halbleiterchippositionen auf aktiven Oberseiten der integrierten Schaltungen mittels Herstellen einer Umverdrahtungslage be reitgestellt. Anschließend werden flipchipartig Außenkontakte auf den Außenkontaktanschlussflächen der Umverdrahtungslage in den Halbleiterchippositionen aufgebracht. Ein derartiger Halbleiterwafer ist nun einseitig gespickt mit Außenkontakten und wird in einzelne Halbleiterchips mit flipchipartigen Außenkontakten aufgetrennt.

Diese Verfahren hat den Vorteil, dass die Außenkontakte bereits auf einem Halbleiterwafer gleichzeitig für viele Halbleiterchippositionen herstellbar sind, was den zusätzlichen Effekt mit sich bringt, dass ein Funktionstest jedes einzelnen Halbleiterchips in den Halbleiterchippositionen des Halbleiterwafers mit angepassten Abtastsystemen durchführbar wird. Halbleiterchippositionen, die nicht einen funktionierenden Halbleiterchip aufweisen, können bei diesem Funktionstest markiert werden und werden dann im weiteren Verfahren nicht weiterverarbeitet. Ohne ein Aufbringen der Außenkontakte müssen wesentlich komplexere Testgeräte eingesetzt werden, um die Außenkontaktanschlussflächen mit entsprechenden Vielfachspitzenprobern an entsprechende Auswertegeräte anschließen zu können.

Zur Herstellung von Außenkontaktanschlussflächen wird zunächst eine Isolationsschicht auf den Halbleiterwafer aufgebracht. Diese Isolationsschicht kann durch Durchgangsöffnungen zu den Kontaktflächen auf den aktiven Oberseiten der integrierten Schaltungen aufweisen. Anschließend wird eine strukturierte Umverdrahtungsschicht mit Durchkontakten zu den Kontaktflächen der Oberseite der integrierten Schaltung und mit Außenkontaktanschlussflächen sowie mit Umverdrahtungsleitungen als Verbindungsleitungen zwischen den Außenkontaktanschlussflächen und den Kontaktflächen hergestellt. Dazu kann zunächst die gesamte Oberseite des Halbleiterwafers metalli siert werden und anschließend durch einen Photolithographieschritt können die Strukturen mit Durchkontakten, Umverdrahtungsleitungen und Außenkontaktanschlussflächen aus einer entsprechenden Metallschicht hergestellt werden. Als Abschluss der Umverdrahtungsschicht kann eine Isolationsschicht aufgebracht werden, die die Umverdrahtungsleitungen und Durchkontakte schützt, jedoch in der Fenster zu den Außenkontaktanschlussflächen frei bleiben. Da diese Schichtfolge für eine Umverdrahtungslage unmittelbar auf dem Halbleiterwafer durchgeführt wird, entstehen beim Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips Umverdrahtungslagen, die die gleiche Flächengröße wie die aktiven Oberseiten der Halbleiterchips aufweisen. Die Umverdrahtungslagen sind folglich weder größer noch kleiner als die aktive Oberseite der Halbleiterchips.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nutzens mit in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte aufweist. Zunächst werden Halbleiterchips mit flipchipartigen Außenkontakten, wie oben beschrieben, hergestellt. Anschließend werden diese Halbleiterchips mit ihren flipchipartigen Außenkontakten auf einen Hilfsträger aufgebracht und auf dem Hilfsträger fixiert. Dieses Aufbringen von Halbleiterchips erfolgt in Zeilen und Spalten unter Einhaltung eines Abstands zwischen den Halbleiterchips. Der Abstand zwischen den Halbleiterchips entspricht vorzugsweise mindestens einer doppelten Sägeblattstärke eines Sägeblattes, mit dem dann abschließend der Nutzen in einzelne Halbleiterbauteile getrennt wird. Nach dem Fixieren der Halbleiterchips auf dem Hilfsträger wird eine Kunststoffmasse auf dem Hilfsträger unter Einbetten der Halbleiterchips mit ihren flipchipartigen Außenkontakten aufgebracht. Anschließend wird der Hilfsträger unter Freilegen der Berührungsflächen zwischen Außenkontakten und Hilfsträger entfernt. Die Berührungsflächen zwischen Hilfsträger und Außenkontakten bilden somit Außenkontaktflächen, die frei zugänglich sind, so dass Funktionstests für die einzelnen Bauteile in den Bauteilposition des Nutzens erfolgen können. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein plattenförmiger Verbundkörper als Nutzen entsteht, der auf seiner einen Seite vollständig aus Kunststoff hergestellt ist und auf seiner anderen Seite eine Kunststoff-Fläche aufweist, die an den Positionen der Außenkontakte Berührungsflächen zeigt. Bei einem Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird als Hilfsträger eine mit Klebstoff beschichtete Kunststoff-Folie eingesetzt. In diesen Klebstoff werden die Außenkontakte der einzelnen Halbleiterchips in den entsprechenden Bauteilpositionen eingepresst, so dass die Oberseite der Außenkontakte, die in der Klebstoffschicht eingepresst ist, später die Außenkontaktflächen, die aus der Kunststoffmasse herausragen, bilden kann. Je nach Dicke der Klebstoffschicht kann somit ein größerer oder kleinerer Anteil der Außenkontakte zur Bildung der Außenkontaktflächen beitragen. Im äußersten Fall ist die Klebstoffschicht derart dick, dass die Außenkontakte vollständig in der Klebstoffschicht verschwinden, womit erreicht wird, dass beim Entfernen des Hilfsträgers mit der Klebstoffschicht die Außenkontakte frei von der aufzubringenden Kunststoffmasse sind. Folglich kann mit diesem Verfahren der Grad der Einbettung der Außenkontakte in eine Kunststoffmasse eingestellt werden.

Eine weitere Möglichkeit einen Nutzen herzustellen, besteht darin, dass als Hilfsträger eine Metallplatte eingesetzt wird und die Außenkontakte der Halbleiterchips beim Fixieren der Halbleiterchips auf dem Hilfsträger an die Metallplatte angelötet werden. Nach dem Aufbringen der Kunststoffmasse, die nun die Außenkontakte vollständig einschließt, jedoch nicht die Berührungsfläche zwischen Lotmaterial und Metallplatte benetzt, bleibt nach Entfernen der Metallplatte ein Lot als Lotdepot unter Ausbildung von Außenkontaktflächen auf den vollständig eingebetteten Außenkontakten zurück. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass bereits ein Lotdepot für die weitere Verarbeitung des Halbleiterbauteils in jeder Außenkontaktposition zur Verfügung gestellt wird, was die Weiterverarbeitung erleichtert. Während die Kunststoff-Folie mit Klebstoffschicht durch Erwärmen von dem Nutzen abgezogen werden kann, wird die Metallplatte als Hilfsträger durch Nass- oder Trockenätzen abgetragen bis die einzelnen Lotdepots freigelegt sind.

Der auf diese Weise entstandene Nutzen mit den in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen kann abschließend in einzelne Halbleiterbauteile aufgetrennt werden, indem ein Sägeblatt in den vorgesehenen Sägespuren zwischen den Zeilen und Spalten der Halbleiterchips hindurchgeführt wird. Bei Einhaltung des obenerwähnten Mindestabstandes werden die Randseiten jedes Halbleiterchips der Halbleiterbauteile in Halbleiterchipgrößenordnung mindestens mit der halben Stärke eines Sägeblattes von der Kunststoffmasse umhüllt sein.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein mit sogenannten "Bumps" versehener Halbleiterchip mit diesen Bumps in eine Klebstoff-Folie gedrückt wird, so dass die Bumps ganz oder teilweise in der Klebstoffschicht verschwinden. Danach wird die Anordnung mit Kunststoff umspritzt und die Folie anschließend abgezogen. Nach dem Abziehen der Folie kann dann der entstandene Nutzen zu "Packages" vereinzelt werden. Alternativ kann anstelle der Klebefolie ein "Lead Frame", zum Beispiel in Form eines Kup ferbleches, verwendet werden. In diesem Fall wird durch einen Lötprozeß ein Benetzen der Bumps mit dem Lead Frame erzwungen. Ansonsten sind die Verfahrensschritte der beiden Verfahrensvarianten ähnlich. Somit entsteht ein Halbleitergehäuse für ein Halbleiterbauteil mit flipchipartigen Außenkontakten, welches bis auf die elektrischen Außenkontakte vollständig mit Kunststoff umhüllt ist. Wahlweise kann die aktive Fläche des Halbleiterchips von Kunststoff auch frei bleiben, nämlich beim vollständigen Eindrücken der Bumps in die Klebstoffschicht der Kunststoff-Folie. Somit wird auf einfache und preiswerte Weise eine "Back Side Protection" zum Schutz der Rückseite des Halbleiterchips erreicht. Zusammenfassend ergeben sich mit diesem Verfahren und den daraus resultierenden Halbleiterbauteilen folgende Vorteile:

1. Eine bessere Verankerung der elektrischen Kontakte am Halbleiterchip durch teilweise Umhüllung der Außenkontakte mit Kunststoff. Insbesondere auf der Chipseite liegt bei Zuverlässigkeitstests die typische Sollbruchstelle am Übergang vom Halbleiterchip zu dem Außenkontakten, die hier durch die teilweise Umhüllung mit Kunststoff besonders geschützt beziehungsweise verstärkt ist.
2. Ein preiswertes und einfaches Verfahren zur Realisierung des kundenseitig geforderten Rückseitenschutzes für Halbleiterbauteile in Halbleiterchipgröße.
3. Eine Realisierung eines einfachen Gehäuses mit flipchipartigen Außenkontakten, welches in einem Verfahrensdurchgang einen Rückseitenschutz mit dem Schutz der aktiven Seite und darüber hinaus mit einer verbesserten Haftung der elektrischen Kontakte auf der aktiven Oberseite der Halbleiterchips ermöglicht.
4. Unter Umständen kann auf einen sonst üblichen "Underfill" beim Aufbringen auf eine übergeordnete Schaltungsplatine verzichtet werden.
5. Die Erfindung ermöglicht ein effektives und kostengünstiges Verfahren, da im "Array" gearbeitet werden kann, beispielsweise auf Streifen mit einem Magazinhandling oder auch auf Waferebene mit einem Wafernutzen. Darüber hinaus lässt das erfindungsgemäße Verfahren sich sogar als verkettetes "Reel-to-Reel-Konzept" realisieren, indem ein Diebonden auf Folie mit anschließendem Molden und Abziehen der Folie als verketteter Prozess durchgeführt wird.
6. Es wird ein miniaturisiertes Kunststoffgehäuse für die Halbleitertechnik verwirklicht.
7. Dieses Halbleitergehäuse ist äußerst zuverlässig durch Anwenden eines speziellen Moldprozesses, nämlich dem "Array-Molden" von Halbleiterchips mit vollständig oder teilweise in Klebefolie eingedrückten Bumps.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer zur Herstellung eines Halbleiterbauteils gemäß der Erfindung,
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips mit Außenkontakten auf einer Kunststoff-Folie mit Klebstoffschicht als Hilfsträger,
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips gemäß 5 nach Aufbringen einer Kunststoffmasse auf den Hilfsträger,
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips gemäß 6 beim Entfernen des Hilfsträgers,
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Nutzen mit teilweise in Kunststoffmasse eingebetteten Außenkontakten,
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer zur Herstellung eines Halbleiterbauteils gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung,
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips mit Außenkontakten auf einer Metallplatte als Hilfsträger,
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips gemäß 10 nach Auflöten der Außenkontakte der Halbleiterchips auf die Metallplatte,
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips gemäß 11 nach Aufbringen einer Kunststoffmasse auf den Hilfsträger,
13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Nutzen mit in Kunststoffmasse eingebetteten Außenkontakten, nach Entfernen des Hilfsträgers,
14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Nutzen gemäß 13 mit Trennbereichen zum Vereinzeln der Bauteilpositionen des Nutzens.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Halbleiterbauteil 100 ist in Halbleiterchipgröße realisiert. Der Halbleiterchip 2 selbst weist eine aktive Oberseite 3 auf, die mit chipartig angeordneten Außenkontakten 4 des Halbleiterbauteils 100 elektrisch in Verbindung steht. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterchip 2 auf seiner Rückseite 6 und auf seinen Randseiten 7 und 8 von einer Kunststoffmasse 5 umhüllt, während die Außenkontakte 4 auf Außenkontaktanschlussflächen 16 einer Umverdrahtungslage 9 angeordnet sind. Die Umverdrahtungslage 9 weist drei Schichten 12, 13 und 14 auf. Dabei ist die Schicht 12 unmittelbar auf der aktiven Oberseite 3 des Halbleiterchips angeordnet. Diese Oberseite 3 weist Kontaktflächen 11 auf. Derartige Kontaktflächen 11 auf der aktiven Oberseite 3 eines Halbleiterchips 2 sind über nicht gezeigte Leiterbahnen mit Elektroden der integrierten Schaltung des Halbleiterchips 2 verbunden. Diese Kontaktflächen 11 sind relativ kleinflächig ausgeführt im Verhältnis zu den Außenkontaktanschlussflächen für die Außenkontakte 4. Die Umverdrah tungslage 9 sorgt nun mit ihren drei Schichten 12, 13 und 14 dafür, dass eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktflächen 11 und Außenkontaktanschlussflächen 16 aufrechterhalten wird. Dazu ist die erste Schicht 12 aus einem Isolationsmaterial aufgebaut, durch das Durchkontakte 15 an den Positionen der Kontaktflächen hindurchführen. Von den Durchkontakten 15 geht es über Umverdrahtungsleitungen 10 in der zweiten Schicht 13 der Umverdrahtungslage 9 unmittelbar zu Außenkontaktanschlussflächen 16, wobei die metallischen Strukturen von Durchkontakten 15, Umverdrahtungsleitungen 10 und Außenkontaktanschlussflächen 16 in der zweiten Schicht als Umverdrahtungsschicht angeordnet sind. Die dritte Schicht der Umverdrahtungslage 9 und damit die äußere Schicht weist wiederum ein Isolationsmaterial auf, das die Durchkontakte 15 und die Umverdrahtungsleitungen 10 schützt und lediglich den Bereich der Außenkontaktanschlussflächen 16 freilässt. Auf diesen Außenkontaktanschlussflächen 16 sind die Außenkontakte 4 angeordnet, die in dieser Ausführungsform der Erfindung als Lotbälle dargestellt sind, wobei die freiliegende Oberfläche der Außenkontakte 4 eine nahezu kugelförmige Außenkontaktfläche 18 bildet. Dieses Halbleiterbauteil weist nahezu die Größe des Halbleiterchips auf. Diese Größe ist lediglich durch die Kunststoffumhüllung auf der Rückseite und auf den Randseiten des Halbleiterchips geringfügig vergrößert. Dafür jedoch ist dieses Halbleiterbauteil 100 auf seiner Rückseite und auf seinen Randseiten durch eine gemoldete Kunststoffmasse aus einem Epoxidharz vor mechanischen und erosiven Beschädigungen geschützt.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 unterscheidet sich von dem Halbleiterbauteil 100, das in 1 gezeigt wird, dadurch, dass die Außenkontakte 4 nicht mehr frei von Kunststoffmasse sind, sondern vielmehr mindestens die halbe Höhe h der Außenkontakte 4 in die Kunststoffmasse 5 eingebettet ist. Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung wird durch das teilweise Einbetten der Außenkontakte 4 in die Kunststoffmasse 5 der kritische Bereich des Übergangs von der Außenkontaktanschlussfläche 16 zum Außenkontakt 4 mechanisch verstärkt. Die Scherbelastung auf diesen kritischen Bereich eines elektronischen Bauteils 200 wird damit vermindert und die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils erhöht.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 300 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Die dritte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, dass einerseits die Außenkontakte 4 vollständig in Kunststoffmasse 5 eingebettet sind. Darüber hinaus weist jeder Außenkontakt ein Lotdepot 17 auf, das eine Außenkontaktfläche 18 ausbildet und somit das Aufbringen dieses elektronischen Bauteils auf eine übergeordnete Schaltungsplatine erleichtert. Die in 1 gezeigte Umverdrahtungslage wird in den 2 und 3 nicht wiederholt gezeigt, sondern lediglich die Lage der Außenkon taktanschlussflächen 16 durch entsprechende Balken angedeutet.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer 21 zur Herstellung eines Halbleiterbauteils 100 oder 200 gemäß der Erfindung. Ein derartiger Halbleiterwafer wird zunächst zur Verfügung gestellt und weist bereits in den entsprechenden Chippositionen 22 sämtliche Elemente einschließlich der Außenkontakte 4 auf, die für das Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils entsprechend der Ausführungsformen nach 1 und 2 vorbereitet sind. Die Halbleiterchippositionen 22 sind auf dem Halbleiterwafer 21 in Zeilen und Spalten angeordnet, wovon hier lediglich ein kleiner Ausschnitt im Querschnitt gezeigt ist. Die Außenkontakte 4 sind als letztes auf dem Halbleiterwafer aufgebracht, so dass nach dem Aufsägen des Halbleiterwafers entlang der Sägespuren 29 einzelne Halbleiterchips 2 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen.
Diese Halbleiterchips 2 werden, wie die nachfolgenden Figuren zeigen, zu Halbleiterbauteilen in Halbleiterchipgröße weiterverarbeitet.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips 2 mit Außenkontakten 4 auf einer Kunststoff-Folie 25 mit Klebstoffschicht 24 als Hilfsträger 23. Die Halbleiterchips 2 sind mit ihren Außenkontakten 4 in die Klebstoffschicht 24 der Klebstoff-Folie 25 des Hilfsträgers 23 derart eingedrückt, dass ein Teil ihrer Oberfläche von Klebstoff bedeckt ist. Dabei sind die Halbleiterchips 2 in den Bauteilpositionen 19 derart angeordnet, dass ein Abstand a zwischen den Halbleiterchips 2 eingehalten wird, der mindestens der doppelten Sägeblattbreite entspricht, die zum Vereinzeln der Halbleiterbauteile erforderlich ist.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips 2 gemäß 5 nach Aufbringen einer Kunststoffmasse 5 auf den Hilfsträgers 23. Die Kunststoffmasse füllt den Halbleiterchip mit seinen Außenkontakten, soweit sie nicht in der Klebstoffschicht 24 stecken, vollständig ein. Nach dem Aufbringen dieser Kunststoffmasse 5 wird diese ausgehärtet, so dass eine freitragende Verbundplatte auf dem Hilfsträger 23 entsteht.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips 2 gemäß 6 beim Entfernen des Hilfsträgers 23. Je nach Art der Klebstoffschicht 24 kann nun von dieser Verbundplatte, die einen Nutzen 20 darstellt, der Hilfsträger 23 abgezogen werden, wobei in der Klebstoffschicht 24 die Abdrücke der Außenkontakte 4 zurückbleiben. Das Abziehen einer derartigen Folie mit Klebstoffschicht kann dadurch erleichtert werden, dass die Klebstoffschicht erwärmt wird. Wie 7 zeigt, bleibt eine selbsttragende Verbundplatte zurück, die als streifenförmiger Nutzen 20 oder als Wafernutzen mit einer kreisförmigen Kontur zur Weiterverarbeitung zur Verfügung steht. Bei dieser Durchführungsform des Verfahrens wird durch die Dicke d der Klebschicht 24 die herausragende Höhe für die Außenkontakte 4 aus der Kunststoffmasse 5 eingestellt. Die zunehmende Dicke d der Klebstoffschicht 24 kann soweit erhöht werden, dass die gesamte Höhe h der Außenkontakte frei von Kunststoffmasse bleibt, womit die erste Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 1 gezeigt wird, herstellbar ist.
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Nutzen 20 mit teilweise in Kunststoffmasse 5 eingebetteten Außenkontakten 4. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Die teilweise Einbettung der Außenkontakte 4 in die Kunststoffmasse 5 wird durch die in 7 gezeigte Dicke d der dort gezeigten Klebstoffschicht 24 eingestellt. Die selbsttragende Verbundplatte in Form eines Nutzens 20 kann nun nach Entfernen des Hilfsträgers entlang der Sägespuren 28, die durch gestrichelte Linien dargestellt sind, in einzelne Halbleiterbauteile für jede der Bauteilpositionen 19 getrennt werden.
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer 21 zur Herstellung eines Halbleiterbauteils 300 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten, die die gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren aufweisen, werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Halbleiterwafer 21 für die dritte Ausführungsform der Erfindung entspricht exakt dem Halbleiterwafer 21, der in 4 gezeigt wird. Somit erübrigt sich die Erörterung der weiteren Bezugszeichen.
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips 2 mit Außenkontakten 4 auf einer Metallplatte 26 als Hilfsträger 23. Anstelle der in der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung eingesetzten Kunststoff-Folie wird nun eine Metallplatte 26 als Hilfsträger zur Verfügung gestellt, auf der die Halbleiterchips 2 mit ihren Außenkontakten 4 in Bauteilpositionen 19 angeordnet werden, wobei die Bauteilpositionen 19 in Zeilen und Spalten auf der Metallplatte 26 vorgesehen sind.
11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips 2 gemäß 10 nach Auflöten der Außenkontakte 4 der Halbleiterchips 2 auf die Metallplatte 26. Bei dem Auflöten der Außenkontakte 4 auf die Metallplatte 26 entstehen Lotdepots 17 rund um jeden der Außenkontakte 4. Gleichzeitig wird mit dem Auflöten jeder Halbleiterchip in der Bauteilposition 19 fixiert. Mit dem Lötverfahren lässt sich eine sehr exakte und sehr stabile Positionierung der Halbleiterchips 2 in den Bauteilpositionen 19 auf der Metallplatte 26 erzielen.
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch Halbleiterchips 2 gemäß 11 nach Aufbringen einer Kunststoffmasse 5 auf den Hilfsträger 23. Bei diesem Aufbringen der Kunststoffmasse 5 werden die Außenkontakte 4 vollständig von Kunststoffmasse umhüllt, so dass der gesamte Halbleiterchip 2 mit seinen Außenkontakten in die Kunststoffmasse 5 eingebettet ist. Nach Aushärten der Kunststoffmasse 5 entsteht eine selbsttragende Verbundplatte, die lediglich auf ihrer Unterseite eine die Außenkontakte 4 kurzschließende Metallplatte aufweist.
13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Nutzen 20 mit in Kunststoffmasse 5 eingebetteten Außenkontakten 4. Dieser Nutzen 20 ist dadurch entstanden, dass die Metallplatte 26, die in 12 gezeigt wird, von der Unterseite des Nutzens zwischenzeitlich entfernt wurde. Dieses Entfernen wird durch Nass- oder Trockenätzen erreicht, wobei der Unterschied der Ätzrate zwischen der Metallplatte, die aus einer Kupferlegierung aufgebaut ist und dem Lotmaterial, das aus einem bleifreien Lotzinn wie einer Goldzinn-Legierung besteht, genutzt wird, um einen klaren Ätzstopp zu erreichen. Nach dem Entfernen der Metallplatte sind auf der Unterseite des Nutzens 20 Lotdepots 17 angeordnet, die freiliegende Außenkontaktflächen 18 aufweisen.
14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Nutzen 20 gemäß 13 mit Trennbereichen 28 zum Vereinzeln der Bauteilpositionen 19 des Nutzens 20. Durch ein Trennen entlang der Trennbereiche 28 kann nun dieser Nutzen 20 in mehrere einzelne Halbleiterbauteile der dritten Ausführungsform der Erfindung aufgetrennt werden, wobei diese Bauteile Lotdepots mit Außenkontaktflächen 18 aufweisen.

1: Halbleiterbauteil
2: Halbleiterchip
3: aktive Oberseite des Halbleiterchips
4: Außenkontakt
5: Kunststoffmasse
6: Rückseite des Halbleiterchips
7: Randseite des Halbleiterchips
8: Randseite des Halbleiterchips
9: Umverdrahtungslage, deren Größe dem Halbleiterchip
: entspricht
10: Umverdrahtungsleitungen
11: Kontaktflächen
12: erste Schicht beziehungsweise Isolationsschicht mit
: Durchkontakten
13: zweite Schicht beziehungsweise Umverdrahtungss
: chicht mit Außenkontaktanschlussfläche
14: dritte Schicht beziehungsweise Isolationsschicht
: mit Fenstern für Außenkontahtanschlussflächen
15: Durchkontakt
16: Außenkontaktanschlussfläche
17: Lotdepot
18: Außenkontaktfläche
19: Bauteilposition
20: Nutzen
21: Halbleiterwafer
22: Halbleiterchipposition
23: Hilfsträger
24: Klebstoffschicht
25: Kunststoff-Folie
26: Metallplatte
27: Lotdepot
28: Trennbereich
29: Sägespuren des Halbleiterwafers

Claims

Halbleiterbauteil mit einem Halbleiterchip (2), der auf seiner aktiven Oberseite (3) flipchipartig angeordnete Außenkontakte (4) des Halbleiterbauteils (1) aufweist, wobei der Halbleiterchip (2) mindestens auf seiner Rückseite (6) seinen Randseiten (7,8) von einer Kunststoffmasse (5) umhüllt ist und die Außenkontakte (4), die auf Rußenkontaktflächen (9) angeordnet sind, herausragen.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der aktiven Oberseite des Halbleiterchips eine Umverdrahtungslage angeordnet ist, deren Flächengröße der aktiven Oberseite des Halbleiterchips entspricht, wobei die Umverdrahtungslage Umverdrahtungsleitungen aufweist, welche die Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips mit den Außenkontakten auf der Umverdrahtungslage verbindet.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umverdrahtungslage drei Schichten aufweist, wobei eine erste Schicht eine Isolationsschicht mit Durchkontakten zu den Kontaktflächen der aktiven Oberseite des Halbleiterchips ist, und wobei eine zweite Schicht eine strukturierte Umverdrahtungschicht ist, welche die Umverdrahtungsleitungen und Außenkontaktanschlussflächen aufweist, auf denen die Außenkontakte angeordnet sind, und wobei eine dritte Schicht eine Isolationsschicht ist, aus der die Außenkontakte herausragen.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontakte mindestens bis zu ihrer halben Höhe von Kunststoffmasse umhüllt sind.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontakte vollständig in Kunststoffmasse eingebettet sind und ein Lotdepot aufweisen, das aus der Kunststoffmasse als Außenkontaktfläche herausragt, wobei das Material des Außenkontaktes eine Goldlegierung ist und das Lotdepot eine bleifreie Zinnlegierung aufweist.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontakte elastische Außenkontakte sind, die einen gummielastischen Kern aufweisen und teilweise von einer Metallschicht als Außenkontaktfläche bedeckt sind.
Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontakte Lotbumps, galvanisch oder chemisch abgeschiedene Bumps oder Studbumps sind.
Nutzen, der in Zeilen und Spalten angeordnete Bauteilpositionen mit Halbleiterbauteilen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Halbleiterchips mit flipchipartigen Außenkontakten aus einem Halbleiterwafer mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit mehreren in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen, in denen integrierte Schaltungen angeordnet sind, – Herstellen von Außenkontaktanschlussflächen in den Halbleiterchippositionen auf aktiven Oberseiten der integrierten Schaltungen, – flipchipartiges Aufbringen von Außenkontakten auf den Außenkontaktanschlussflächen der Umverdrahtungslage in den Halbleiterchippositionen, – Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips mit flipchipartigen Außenkontakten.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Außenkontaktanschlussflächen eine Isolationsschicht auf den Halbleiterwafer aufgebracht wird, wobei in die Isolationsschicht Durchkontakte zu Kontaktflächen auf den aktiven Oberseiten der integrierten Schaltungen eingebracht werden und anschließend eine strukturierte Umverdrahtungschicht mit Außenkontaktanschlussflächen und Umverdrahtungsleitungen auf die Isolationsschicht aufgebracht wird, wobei die Umverdrahtungsleitungen die Durchkontakte mit den Außenkontaktanschlussflächen verbinden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum flipchipartiges Aufbringen von Außenkontakten auf den Außenkontaktanschlussflächen in den Halbleiterchippositionen des Halbleiterwafers Studbumps mittels Thermokompressionsverfahren oder mittels chemischer oder galvanischer Abscheidung oder Lotbumps mittels Schablonendruck aufgebracht werden.
Verfahren zur Herstellung eines Nutzens mit in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen, das folgende Verfahrensschritte aufweist:, – Herstellen von Halbleiterchips mit flipchipartigen Außenkontakten mit dem Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, – Aufbringen und Fixieren der Halbleiterchips mit ihren flipchipartigen Außenkontakten auf einem Hilfsträger in Zeilen und Spalten unter Einhaltung eines Abstandes zwischen den Halbleiterchips, (welcher mindestens einer doppelten Sägeblattstärke entspricht) – Aufbringen einer Kunststoffmasse auf den Hilfsträger unter Einbetten Halbleiterchips mit ihren flipchipartigen Außenkontakten, – Entfernen des Hilfsträgers unter Freilegen der Berührungsflächen zwischen Außenkontakten und Hilfsträger als Außenkontaktflächen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsträger eine mit Klebstoff beschichtete Kunststofffolie eingesetzt wird und die Außenkontakte der Halbleiterchips beim Fixieren der Halbleiterchips auf dem Hilfsträger in den Klebstoff eingepresst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsträger eine Metallplatte eingesetzt wird und die Außenkontakte der Halbleiterchips beim Fixieren der Halbleiterchips auf dem Hilfsträger an die Metallplatte angelötet werden, wobei nach Entfernen der Metallplatte das Lot als Lotdepot unter Ausbildung von Außenkontaktflächen auf den Außenkontakten zurückbleibt.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils durch folgende Verfahrensschritte:, – Herstellen eines Nutzens mit in Zeilen und Spalten angeordneten Bauteilpositionen nach einem der Ansprüche 12 bis 14, – Auftrennen des Nutzens in einzelne Halbleiterbauteile.