-
Gebiet der
Erfindung
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung eines integrierten Schaltkreispackages
und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
Packages (Pakets) zur Verbesserung der effektiven Chip-Klebefläche unter
Verwendung einer B-Zustandsfilmschicht
als Chip-Klebematerial.
-
Eine gebräuchliche Technik besteht darin, ein
B-Zustandsmaterial als Chip-Klebematerial zu verwenden, wie dies
in dem taiwanesischen Patent Nr. 455,970 mit dem Titel "Multi-Chip Stacked
Package" offenbart
wird. Das herkömmliche
B-Zustandsmaterial wird dazu verwendet, zwei Chips miteinander zu
verbinden. Es verursacht keine Spannungen zwischen den Chips, da
diese den gleichen Wärmekoeffizienten
besitzen. Zudem ist das B-Zustandsmaterial in einem Verbund abgedichtet,
so dass die Adhesivkraft des B-Zustandsmaterials nicht stark beansprucht
wird.
-
Wird ein B-Zustandsmaterial unmittelbar dazu
eingesetzt, um einen Chip 20 an einem Substrat eines integrierten
Schaltkreispackages zu befestigen, so wird zunächst, wie in 1 gezeigt, das B-Zustandsmaterial 13 an
einer Chip-Befestigungsfläche 11 des
Substrats 10 aufgetragen.
-
Anschließend wird die Rückseite 23 des Chips 20 gegen
die Chip-Befestigungsfläche 11 des Substrats 10 gedrückt. Das
B-Zustandsmaterial 13 wird während des Zusammendrückens erhitzt,
um eine vollausgehärtete
C-Zustandsfilmschicht 13 zu bilden, die den Chip 20 während des
Chip-Befestigungsschritts an dem Substrat 10 festlegt.
Die C-Zustandsfilmschicht 13 erfährt keine Veränderung
ihrer physikalischen Eigenschaften bzw. ihres Zustands oder chemische
Reaktionen im nachfolgenden Prozess wie z. B. einem Einkapseln.
Haftdrähte 30,
die durch ein Drahtklebe- oder -löttechnik gebildet werden, verbinden
Anschlussmarken 21 an der aktiven Oberfläche 22 des
Chips 20 mit entsprechenden Marken 12 des Substrats 10,
worauf hin der Gusseinkapselungsschritt folgt. Da das B-Zustandsmaterial 13 durch
eine Drucktechnik oder eine andere Flüssigspendetechnik aufgebracht
wird, ist die Befestigungsfläche
nicht vollständig
eben, so dass der Chip 20 und das Substrat 10 durch
den Anpressdruck nicht vollständig
verbunden werden. Hierdurch kann sehr leicht ein Popkorn-Defekt
entstehen, wenn ein Zuverlässigkeitstest
wie beispielsweise ein Feuchtigkeitstest oder ein Einbrenntest nach
dem Zusammenpacken vorgenommen wird. Wird nämlich der Chip 20 vor
dem Einkapseln in einem Test von dem Substrat 10 entfernt,
so zeigt sich, dass die C-Zustandsfilmschicht 13 an dem
Substrat 10 eine geringe effektive Chip-Klebefläche von
lediglich etwa 50 Prozent in bezug auf die insgesamt mögliche Chip-Befestigungsfläche an dem
Substrat 10 aufweist. Zum Teil liegt diese sogar unter
30 Prozent, wie dies in 2 gezeigt
is. Aus diesem Grund ist die C-Zustandsfilmschicht 13,
die in dem Chip-Befestigungsschritt des herkömmlichen Verfahrens gebildet wird,
nicht ausreichend gut genug, um den Chip 20 und das Substrat 10 miteinander
zu verbinden, da hierbei Hohlräume
und Lücken
zwischen dem Chip 20 und dem Substrat 10 verbleiben.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, hier
Abhilfe zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen
Verfahren gelöst.
-
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren
zur Herstellung eines Packages mit einem integrierten Schaltkreis
vorgeschlagen, bei dem eine verbesserte effektive Chip-Klebefläche erzielt
werden. Hierbei wird ein Chip-Klebematerial an einem Substrat als B-Zustandsfilmschicht
aufrechterhalten, um den Chip anzukleben, und zwar während eines
Chip-Befestigungsschritts sowie eines elektrischen Verbindungsschritts.
Anschließend
wird eine Kapselung auf dem Substrat vorgesehen. Da der Zusammenpressdruck für die Kapsel
größer ist,
als der Chip-Anpressdruck, kann
die B-Zustandsfilmschicht sich zusätzlich enger mit dem Chip verbinden,
so dass in dem Kapselungsschritt die effektive Chip-Befestigungsfläche vergrößert wird.
-
Gemäß einem zweiten Ziel der Erfindung wird
ein Zusammenpackverfahren geschaffen, dass eine B-Zustandsfilmschicht
als Chip-Klebematerial verwendet. Die B-Zustandsschicht verbindet
den Chip und das Substrat eng miteinander. Da die B-Zustandsfilmschicht
eine Glasübergangstemperatur (Tg)
aufweist, die kleiner ist, als die Chip-Befestigungstemperatur und
weiterhin eine Aushärtetemperatur,
die kleiner ist, als die Aushärtetemperatur
des Kapselmaterials, kann die B-Zustandsfilmschicht zwischen dem
Chip und dem Substrat dünn
zusammengedrückt
werden, wobei Lücken
und Hohlräume in
dem Kapselungsschritt vermindert oder entfernt werden.
-
Gemäß der Erfindung umfasst ein
Zusammenpackverfahren zur Verbesserung der effektiven Chip-Klebefläche eine
Vielzahl von Schritten wie folgt: Der erste Schritt besteht darin,
ein Substrat mit einer Chip-Befestigungsfläche zu schaffen. Als nächstes wird
eine flüssige
Paste im A-Zustand, welche ein aushärtbares Material und ein Lösungsmittel enthält, auf
die Chip-Befestigungsfläche des
Substrats aufgebracht. Nachfolgend wird das Substrat erhitzt, um
das Lösungsmittel
aus der flüssigen
A-Zustandspaste auszutreiben, so dass diese in eine trockene B-Zustandsfilmschicht überführt wird,
ohne vollständig
auszuhärten.
Ein Chip wird an der Chip-Befestigungsfläche des
Substrats durch Adhäsion
der B-Zustandsfilmschicht befestigt, wobei allerdings die B-Zustandsfilmschicht
während
des Chip-Befestigungsschritts nicht vollständig aushärtet. Der Chip wird dann elektrisch
mit dem die B-Zustandsfilmschicht aufweisenden Substrat verbunden. Schließlich wird
eine Kapsel in einem Kapselungsschritt gefertigt. Während dieses
Kapselungsschritts ist die B-Zustandsfilmschicht aktiv. Der Zusammenpressdruck
für die
Kapsel beträgt
in etwa 1000 bis 1500 psi (6,89 × 106 bis
10,34 × 106 Pa) und ist damit größer, als der Chip-Anpressdruck,
so dass die B-Zustandsfilmschicht enger zusammengedrückt wird
und sich mit dem Chip vereinigt, um die effektive Chip-Klebefläche zu vergrößern. Vorzugsweise
ist die Heiztemperatur in dem Kapselungsschritt etwa 150°C bis 200°C höher als
die Temperatur zum vollen Aushärten
der B-Zustandsfilmschicht, so dass die B-Zustandsfilmschicht und
die Kapsel gleichzeitig aushärten.
-
Beschreibung
der Figuren
-
1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Substrats mit einem an diesem angebrachten
Chip, der in einem herkömmlichen
Zusammenpackenverfahren für
integrierte Schaltkreise befestigt worden ist.
-
2 zeigt
ein Foto der effektiven Chip-Klebefläche an dem Substrat in dem
herkömmlichen
integrierten Schaltkreispackage.
-
3 zeigt
ein Ablaufdiagramm für
ein Zusammenpackverfahren zur Erhöhung der effektiven Chip-Klebefläche gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung.
-
4A bis 4F zeigt jeweils eine Querschnittsansicht
des Substrats während
des Zusammenpackverfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
5 zeigt
eine Querschnittsansicht des Packages mit einem integrierten Schaltkreis,
das in dem Zusammenpackverfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung hergestellt worden ist.
-
6 zeigt
in eine Querschnittsansicht eines Substrats mit einem befestigten
Chip in einer Form gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
Detaillierte
Beschreibung der vorliegenden Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfasst das Zusammenpackverfahren zur
Erhöhung
der effektiven Chip-Klebefläche
die in 3 dargestellten
Schritte.
-
Wie in den 3 und 4A gezeigt,
besteht der erste Schritt 101 darin, ein Substrat 110 zu
schaffen wobei dieses Substrat 110 ein Substrat mit einer
hohen Leitungsdicht für
integrierte Schaltkreispackages ist, wie beispielsweise eine gedruckt
BT-Schaltkreisplatine, eine Dünnfilmleiterplatte
und oder ein TAB-Band. In das Substrat 110 weist eine Chip-Befestigungsfläche 111 sowie
eine Vielzahl von Anschlussmarken 112 (oder -Litzen) an
der Chip-Befestigungsfläche 111 zu
elektrischen Verbindung mit dem Chip 130 auf. Die Anordnung
der Anschlussmarken 112 ist nicht auf das Ausführungsbeispiel
beschränkt;
vielmehr können
die Anschlußmarken 112 beispielsweise
auch an der anderen Seite des Substrats 110 vorgesehen
sein. Bevorzugt ist die andere Fläche des Substrats 110,
die mit der Chip-Befestigungsfläche 111 korrespondiert,
eine Bestückungsfläche 113,
die elektrisch mit der Chip-Befestigungsfläche 111 über Durchgangsleitungen
verbunden ist.
-
Als nächstes wird, wie in den 3 und 4B gezeigt, ein Applikationsschritt 102 ausgeführt. Dabei wird
eine flüssige
A-Zustandspaste 121 auf die Chip-Befestigungsfläche 111 des
Substrats 110 aufgebracht und als Chip-Klebematerial verwendet.
Die flüssige
A-Zustandspaste
121 kann in einem Flüssigkeitsbeschichtungsverfahren
aufgebracht werden, beispielsweise durch Bedrucken, Siebdruck, Schablonendruck,
ein Sprühverfahren,
Schleuderbeschichten oder ein Tauchverfahren. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die flüssige
A-Zustandspaste 121 durch
ein Siebdruckverfahren aufgebracht, ohne dass hierbei die Anschlussmarken 112 bedeckt
werden. Die flüssige
A-Zustandspaste 121 weist in mehreren Zuständen aushärtende Kunststoffe
wie Polyimid, Polyquinolin und Benzocyclobuten und ein Lösungsmittel
auf, das die vorstehend genannten Aushärtbahren Kunststoffe löst, wie beispielsweise
ein Lösungsmittelgemisch
aus Butyrolacton und Cyclopentanon oder 1, 3, 5 Mesitylen. Die Glasübergangstemperatur
(Tg) der flüssigen A-Zustandpaste 121 soll
zwischen – 40°C und 10°C liegen.
-
Als nächstes wird, wie in den 3 und 4C gezeigt, ein Heizschritt 103 ausgeführt. Dabei
wird das Substrat 110 auf die Voraushärtetemperatur der flüssigen A-Zustandpaste 121 erhitzt.
Das Lösungsmittel
der flüssigen
A-Zustandspaste 121 wird durch Erwärmung, Vakuumstrocknung oder
UV-Strahlung entfernt, so dass die A-Zustandspaste 121 in
eine trockene, adhesive B-Zustandsfilmschicht 121 umgewandelt
wird. Diese B-Zustandsfilmschicht 122 ist thermoplastisch
und weist Aushärteigenschaften
auf; sie wird üblicherweise
als "Prepreg" bezeichnet. Die B-Zustandsfilmschicht 122 besitzt
eine Glasübergangstemperatur
(Tg) und eine Vollaushärttemperatur.
Die B-Zustandsfilmschicht 122 ist aktiv und besitzt verschiedene
Klebeeigenschaften bei verschiedenen Temperaturen. Die Glasübergangstemperatur (Tg)
der B-Zustandsfilmschicht 122 liegt in etwa zwischen –10°C und 100°C, vorzugsweise
zwischen 35°C
und 70°C.
Besitzt die B-Zustandsfilmschicht 122 eine Temperatur,
die höher
ist, als die Glasübergangstemperatur
(TG) der B-Zustandsfilmschicht 122, jedoch geringer als
die Vollaushärttemperatur, so
wird die B-Zustandsfilmschicht 122 viskos und adhesiv zur
Befestigung eines Chips. Besitzt die B-Zustandsfilmschicht 122 auf
dem Substrat 110 eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur an
der B-Zustandsfilmschicht 122 (etwa
kleiner 35°C),
beispielsweise Raumtemperatur, so wird die B-Zustandsfilmschicht 122 zu
einem trockenen, nicht-adhesiven Film, so dass das Substrat 110 gut transportiert
oder gelagert werden kann. Die Vollaushärttemperatur der B-Zustandsfilmschicht 122 liegt bei
etwa 175°C
nahe der Formgebungstemperatur in dem Kapselungsschritt 106.
-
Anschließend wird der in den 3 und 4D dargestellte Chip-Befestigungsschritt 104 ausgeführt. Dabei
wird ein Chip 130 an der Chip-Befestigungsfläche 111 des
Substrats 110 bei erhöhter
Temperatur und erhöhtem
Druck angebracht, wobei die Temperatur zur Befestigung des Chips 130 höher ist, als
die Glasübergangstemperatur
der B-Zustandsfilmschicht 122. Die B-Zustandsfilmschicht 122 wird dabei
adhesiv, um den Chip 130 mit dem Substrat 110 zu
verkleben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Rückseite 123 des
Chips 120 mit der Chip-Befestigungsfläche 111 des Substrats 110 mittels
der B-Zustandsfilmschicht 122 verklebt. Eine Vielzahl von
Anschlussmarken 131 befinden sich an der aktiven Seite
132 des Chips 130. Während
des Chip-Befestigungsschritts 104 und des elektrischen
Verbindungsschritts 105 ist es wichtig, dass die B-Zustandsfilmschicht 122 in
einem teilweise ausgehärteten
Zustand gehalten wird, ohne dabei vollständig auszuhärten.
-
Danach wird, wie in den 3 und 4E gezeigt, der elektrische Verbindungsschritt 105 ausgeführt. Hierbei
werden die Anschlussmarken 131 des Chips 130 elektrisch
mit den Anschlussmarken 112 des Substrats 110 über Metalldrähte 140 verbunden, die
in einem Drahtklebeverfahren gebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt
wird die B-Zustandsfilmschicht 122 in einem nicht vollständig ausgehärteten Zustand
gehalten. Alternativ können
auch automatisierten Verfahren wie zum Beispiel TAB (tape automated bonding)
oder herkömmliche
Techniken wie Löten, etc.
für die
elektrische Verbindung eingesetzt werden.
-
Schließlich wird, wie in den 3 und 4F gezeigt, der Kapselungsschritt 106 ausgeführt. Der Kapselungsschritt 106 umfasst
einen Füll-Teilschritt und
einen Zusammenpress-Teilschritt zur Anformung einer Kapsel 150 an
dem Substrat 110 mittels Formwerkzeugen 151 und 152.
In dem Füll-Teilschritt
wird das Substrat 110 mit dem applizierten Chip 130 und der
B-Zustandsfilmschicht 122 in
den Formhohlraum zwischen dem oberen Formwerkzeug 151 und
dem unteren Formwerkzeug 152 eingebracht. Anschließend wird
ein Kapselmaterial 150 unter einem Fülldruck in den Formhohlraum
eingefüllt,
bis über
80 Volumenprozent des Formhohlraums ausgefüllt sind. Das Kapselmaterial 150 enthält aushärtbaren
Kunststoff, einen Härter,
Silikatfüllmaterial,
Entformungswachs und einige Farbstoffe. In dem Zusammenpress-Teilschritt wird
an dem Kapselmaterial 150 innerhalb des Formhohlraums ein
Zusammenpressdruck erzeugt, der größer ist, als der Fülldruck,
so dass Hohlräume
in dem Kapselmaterial 150 und in der B-Zustandsfilmschicht 122 entfernt
werden. Der Zusammenpressdruck ist etwa 1000 bis 1500 psi (6,89 × 106 bis 10,34 × 106 Pa)
größer als
der Chip-Anpressdruck in dem Chip-Befestigungsschritt 104.
Nach Beendigung des Chip-Befestigungsschritts 104 und
des elektrischen Verbindungsschritts 105 befindet sich
die B-Zustandsfilmschicht 122 immer
noch in einem lediglich teilweise ausgehärteten Zustand und kann deswegen
geeignet verformt werden. Die B-Zustandsfilmschicht 122 wird
unter dem hohen Zusammenpressdruck für das Kapselmaterial 150 zusammengedrückt, so
dass Hohlräume
und Lücken
innerhalb der B-Zustandsfilmschicht 122 entfernt werden,
um die effektive Chip-Klebefläche zwischen
dem Chip 130 und dem Substrat 110 zu erhöhen. Vorzugsweise
beträgt die
Heiztemperatur in dem Kapselungsschritt 106 zum Aushärten des
Kapselmaterials 150 etwa 150°C bis 200°C, welche der Vollaushärttemperatur
des Kapselmaterials 150 entspricht, so dass die B-Zustandsfilmschicht 122 und das
Kapselmaterial 150 gleichzeitig ausgehärtet werden. Nach dem Kapselungsschritt 106 wird
die B-Zustandsfilmschicht 122 in eine C-Zustandsfilmschicht 123 umgewandelt
(vgl. 5), die eine stabile
Befestigungsfilmschicht ist. In diesem Ausführungsbeispiel folgt dem Kapselungsschritt 106 ein
weiterer Schritt, mit dem eine Vielzahl von Lötkugeln 160 an der
Bestückungsfläche 113 des
Substrats 110 angebracht werden. Anschließend wird
das Substrat würfelartig zerteilt
und getrennt, um ein Kugelgittermusterpackage (BGA: ball grid array)
mit exzellenter Zuverlässigkeit
zu bilden.
-
Das Zusammenpackverfahren zur Vergrößerung der
effektiven Chip-Klebefläche
gemäß der vorliegenden
Erfindung eignet sich für
unterschiedliche Packages, insbesondere für Packages in der Größenordnung
eines Chips, d. h. sogenannte "Chip scale
packages" (CSP).
Die B-Zustandsfilmschicht 122 kontaminiert
dabei nicht die Anschlussmarken 112 des Substrats 110,
so dass die Anschlussmarken 112 nahe an dem Chip 130 angeordnet
werden können.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind daher nach dem Zerteilen des
Substrats 110 in separate integrierte Schaltkreispackages
die Chip-Befestigungsflächen 111 des
Substrats 110 nicht größer, als
das 1,5-fache der aktiven Oberfläche 132 des
Chips 130, so dass sich Packages in der Größenordnung
eines Chips (CSP) ergeben.
-
Das Zusammenpackverfahren zur Erhöhung der
effektiven Chip-Klebefläche
gemäß der Erfindung kann
auch für
andere Packages verwendet werden. 6 zeigt
ein Substrat 210 mit einem Fenster 214, wobei
eine B-Zustandsfilmschicht 222 auf eine Chip-Befestigungsfläche 211 des
Substrats 210 gedruckt ist, um die aktive Fläche 232 des
Chips 230 anzukleben. Die B-Zustandsfilmschicht 222 besitzt einen
Beschichtungsbereich, der größer ist,
als die aktive Oberfläche 232 des
Chips 230. Weiterhin sind Anschlussmarken 231 an
der aktiven Oberfläche 232 des
Chips 230 ausgebildet. Die aktive Oberfläche 232 des
Chips 230 ist derart an der Chip-Befestigungsfläche 211 des Substrats 210 angebracht,
dass die Anschlussmarken 231 über das Fenster 214 zugänglich sind.
Die Anschlussmarken 231 des Chips 230 sind elektrisch
mit den Anschlussmarken 212 des Substrats 210 über Haftleitungen 240 verbunden.
Die B-Zustandsfilmschicht 222 ist
während
des Chip-Befestigungsschritts 104 und des elektrischen Verbindungsschritts 105 noch
nicht vollständig
ausgehärtet.
Wenn das Substrat 210 zwischen einem oberen Formwerkzeug 251 und
einem unteren Formwerkzeug 250 aufgenommen wird, sorgt
der Zusammenpressdruck für
das Kapselmaterial 250 auch dafür, das die B-Zustandsfilmschicht 222 dünn zusammengedrückt wird,
um die effektive Chip-Klebefläche zu
vergrößern.
-
Verallgemeinert ergibt sich ein Herstellungsverfahren
mit vergrößerter effektiver
Chip-Klebefläche. Eine
flüssige
A-Zustandspaste 121 wird auf ein Substrat 110 aufgebracht
und zu einer B-Zustandsfilmschicht 122 teilweise ausgehärtet. Die
B-Zustandsfilmschicht 122 wird während eines Chip-Befestigungsschritts
und eines elektrischen Verbindungsschrittes aufrechterhalten, ohne
dabei vollständig
auszuhärten.
Während
eines Einformens ist der Zusammenpressdruck für das entsprechende Kapselmaterial 150 größer 1000
bis 1500 psi (6,89 × 106 bis 10,34 × 106 Pa),
als der Chip-Befestigungsdruck. Hierdurch wird B-Zustandsfilmschicht 122 dünn zusammengedrückt und
die effektive Chip-Klebefläche vergrößert. Die
B-Zustandsfilmschicht 122 und das Kapselmaterial 150 werden
beim Einformen gleichzeitig ausgehärtet.
-
Die vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispiele
dienen dazu, die Erfindung zu veranschaulichen. Eine Beschränkung ist
hiermit nicht verbunden. Weiterer Ausgestaltungen ergeben sich für den Fachmann
ohne weiteres anhand der beigefügten Patentansprüche.