DE69621983T2

DE69621983T2 - Struktur und Verfahren zur Montage eines Halbleiterchips

Info

Publication number: DE69621983T2
Application number: DE69621983T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Harayama; Michio Horiuchi
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2016-04-05
Also published as: DE69621983D1; US5737191A; EP0740340A3; EP0740340B1; EP0740340A2

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsstruktur für ein Halbleiterelement und insbesondere für einen nach unten gerichteten Typ, wobei Verbindungsabschnitte, die auf einer Befestigungsfläche einer Leiterplatte ausgebildet sind, an der ein Halbleiterelement zu befestigen ist, elektrisch mit solchen verbunden sind, die auf einer Fläche des Halbleiterelements geformt sind, die der Befestigungsfläche gegenüberliegt, sowie ein Verfahren zur Befestigung des Halbleiterlementes.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Es gibt seit einiger Zeit einen Trend, wonach die Verbindungen zwischen Verbindungsabschnitten an einem Halbleiterelement und denjenigen einer Leiterplatte in elektronischen Hochleistungsgeräten sehr dicht geworden sind.
Entsprechend diesem neuen Trend ist eine nach unten gerichtete Befestigungsstruktur, die in Fig. 18 gezeigt ist und nachfolgend nur hinsichtlich einer Befestigungsstruktur in Bezug genommen wird, als Befestigungsstruktur für ein Halbleiterelement verwendet worden, die sehr dichte Verbindungen ermöglicht.
Bei der Befestigungsstruktur gemäß Fig. 18 sind mehrere Verbindungsanschlüsse bzw. Kontakte 204 wie Lötkontakthügel als leiterplattenseitige Verbindungsabschnitte an einer Fläche eines Halbleiterelementes 202, das einer Befestigungsfläche einer Leiterplatte 200 gegenüberliegt angeordnet, an der das Halbleiterelement befestigt ist. Jeder der Verbindungsanschlüsse 204 ist mit jedem der Verbindungsstücke 208 verbunden, die als elementseitige Verbindungsabschnitte an einem Ende oder mittig an jedem der Leitungsmuster 206 vorgesehen sind, die auf der Befestigungsfläche der Leiterplatte 200 geformt sind, so dass die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und der Leiterplatte erhalten wird.
Außerdem ist bei dieser Befestigungsstruktur manchmal eine isolierende Kunststoffschicht 210 vorgesehen, während eine andere Fläche des Halbleiterelementes 202 freiliegt, wie Fig. 19 zeigt, zum Zwecke des Abdichtens der elementseitigen Verbindungsabschnitte und der leiterplattenseitigen Verbindungsabschnitte, die elektrisch miteinander verbunden sind.
Bei der Befestigungsstruktur, die in Fig. 19 gezeigt ist, ist es erforderlich, in dem Halbleiterelement 202 erzeugte Wärme von der Rückseite des Halbleiterelementes 202 abzuführen. Jedoch ist üblicherweise eine Kappe oder dergleichen an dem Halbleiterelement 202 befestigt, um dieses abzudichten. Somit wird die resultierende Befestigungsstruktur extrem kompliziert in ihrem Aufbau, was einen längeren Befestigungsprozeß und höhere Produktionskosten erfordert, und dies ist begleitet von einer geringeren Ausbeute. Außerdem muß die in dem Halbleiterelement 202 erzeugte Wärme über die Kappe oder dergleichen zum Abdecken des Halbleiterelementes 202 fließen, wodurch die Wärmeabgabefähigkeit der Befestigungsstruktur verschlechtert ist, so dass die Wärme in der Befestigungsstruktur gespeichert wird.
Wie oben gesagt, führt die Befestigung einer Kappe oder dergleichen zu einer komplizierten Befestigungsstruktur und zu einer Verschlechterung der Wärmeableitung.
Um die obigen Nachteile einer Befestigungsstruktur gemäß Fig. 19 zu vermeiden, ist eine andere Befestigungsstruktur eines Halbleiterelement in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung (Kokai) no. 4-32251 offenbart, bei der eine Metallschicht mit einem niedrigen Schmelzpunkt ausgebildet ist, um eine isolierende Kunststoffschicht 210 und ein Halbleiterelement 202 zu überdecken.
Da bei der Befestigungsstruktur, die in der obigen Patentanmeldung vorgeschlagen wird, die Kappe oder dergleichen zum Abdichten des Halbleiterelements 202 unnötig ist und die andere Fläche (Rückfläche) des Halbleiterelements in direkten Kontakt mit der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt gebracht werden kann, kann die Wärme, die in dem Halbleiterelement 202 erzeugt wird, leicht von der Befestigungsstruktur abgeleitet werden.
Die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt wird jedoch üblicherweise mit der anderen Fläche des Halbleiterelements 202 über eine metallisierte Schicht aus Gold oder dergleichen in Kontakt gebracht, die auf das Halbleiterelement 202 aufgebracht ist, und außerdem direkt mit der isolierenden Kunststoffschicht 210.
Ein geschmolzenes Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt hat andererseits eine gute Benetzbarkeit bezüglich der metallischen Schicht, jedoch eine schlechte Benetzbarkeit bezüglich der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 210.
Während demnach die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt dicht an der anderen Fläche des Halbleiterelements 202 über die metallisierte Schicht aus Gold oder dergleichen anhaftet, kann sie von der isolierenden Kunststoffschicht 210 an der Grenzfläche zwischen ihnen getrennt werden. Damit hat die Befestigungsstruktur des Halbleiterelementes, die in der obigen Patentanmeldung veröffentlicht ist, eine geringe Haltbarkeit und kann nicht in die Praxis umgesetzt werden.
Da jedoch die Befestigungsstruktur des Halbleiterelementes, die in der obigen Patentanmeldung vorgeschlagen ist, eine vorteilhafte Eigenschaft bei der Ableitung der in dem Halbleiterelement erzeugten Wärme hat, ist sie als Befestigungsstruktur für ein Halbleiterelement geeignet, die eine große Wärmemenge erzeugt.

Zusammenfassung der Erfindung

Demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Befestigungsstruktur eines Halbleiterelementes anzugeben und ein Verfahren zur Befestigung eines Halbleiterelementes, bei denen eine Trennung zwischen einer isolierenden Kunststoffschicht und einer Lage aus Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt, die das Halbleiterelement oder andere überdeckt, vermieden ist, wobei die Kunststoffschicht durch Füllen eines isolierenden Kunststoffs in einen Zwischenraum zwischen einer Fläche eines Halbleiterelementes, das auf einer Leiterplatte befestigt ist, und einer Befestigungsfläche der Leiterplatte ausgebildet ist, so dass die Haltbarkeit und die Fähigkeit zur Wärmeableitung verbessert sind.
Die Erfinder haben Studien durchgeführt, um die obige Aufgabe zu lösen und haben herausgefunden, dass die Benetzbarkeit der isolierenden Kunststoffschicht gegenüber dem geschmolzenen Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt durch Anhaften von metallischem Pulver an der Fläche der Kunststoffschicht verbessert wird und haben damit die vorliegende Erfindung vollendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleiterchipbefestigungsstruktur vorgesehen, enthaltend:
ein Substrat mit einer Basisfläche, auf der basisseitige Anschlüsse ausgebildet sind;
einen Halbleiterchip, der auf der Basisfläche des Substrats befestigt ist, wobei der Halbleiterchip chipseitige Anschlüsse an einer ersten Fläche hat, die der Basisfläche des Substrats zugewandt ist, wobei die chipseitigen Anschlüsse elektrisch mit den basisseitigen Anschlüssen verbunden sind;
eine isolierende Kunststoffschicht, die so angeordnet ist, dass sie die Verbindungsabschnitte einschließlich der chipseitigen Anschlüsse und der basisseitigen Anschlüsse überdeckt;
eine Metallschicht, bestehend aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als eine Haltbarkeitstemperatur des Halbleiterchips, zum Überdecken des Halbleiterchips an einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche gegenüberliegt und der isolierenden Kunststoffschicht, und
eine Metallfolie oder metallische Pulverschicht, die wenigstens entlang eines Teils der Kontaktfläche zwischen der Metallschicht und der isolierenden Kunststoffschicht ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform überdeckt die Metallschicht außerdem wenigstens einen Teil der Basisfläche des Substrats, und eine zweite Metallfolie oder metallische Pulverschicht ist entlang wenigstens eines Teils einer zweiten Kontaktfläche zwischen der Metallschicht und der Basisfläche des Substrats geformt.
Der Halbleiterchip hat eine zweite Fläche, die frei von der isolierenden Kunststoffschicht ist, jedoch von der Metallschicht überdeckt wird. Ein Wärmeabstrahlungsteil wie ein Wärmeverteiler oder ein Rippenteil ist auf der Metallschicht nahe der zweiten Fläche des Halbleiterchips vorgesehen. Die Metallschicht besteht im wesentlichen aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt wie Lot, das bei einer Temperatur unter 450º schmilzt.
In einer Ausführungsform besteht die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt aus einem Basismetall mit niedrigem Schmelzpunkt und einem Metallpulver, das mit dem Basismetall gemischt ist und einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als derjenige des Basismetalls. In diesem Fall ist das Metallpulver ein Pulver oder Gemisch von zwei oder mehr ausgewählten Pulvern aus einer Gruppe, die aus Wolframpulver (W), Molybdenpulver (Mo), Silberpulver (Ag) und Kupferpulver (Cu) besteht.
Bei einer anderen Ausführungsform besteht die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt aus einem Basismetall und einem anorganischen Pulver, das mit dem Basismetall gemischt ist und einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als derjenige des Basismetalls. In diesem Fall ist das anorganische Pulver ein Pulver oder ein Gemisch von zwei oder mehr Pulvern, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus Siliciumdioxidpulver (SiO&sub2;), Siliciumkarbidpulver (SiC), Aluminiumnitridpulver (AlN), Bornitridpulver (BN) und Kohlenstoffpulver (C) besteht.
Die isolierende Kunststoffschicht enthält ein isolierendes anorganisches Pulver wie Siliciumdioxidpulver (SiO&sub2;). In einer Ausführungsform kann die erste oder zweite Metallpulver- oder Metallfolienschicht aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt besteht, der höher ist als der Schmelzpunkt der Metallschicht.
Die basisseitigen Anschlüsse an der Basisfläche des Substrats enthalten wenigstens ein Erdungsmuster und die Metallschicht, die elektrisch mit dem Erdungsmuster verbunden ist. Die chipseitigen Anschlüsse sind mit den basisseitigen Anschlüssen mittels Verbindungskontakten wie Lötkontakthügeln elektrisch verbunden, die an dem Halbleiterchip angebracht sind.
Die chipseitigen Anschlüsse sind mit den basisseitigen Anschlüssen mittels eines automatisierten Verbindungsbands mit einem leitenden Muster elektrisch verbunden.
Es ist möglich, dass mehrere Halbleiterchips auf der Basisfläche des Substrats befestigt werden, wobei die Halbleiterchips jeweils chipseitige Anschlüsse bzw. Übergangsstellen haben, die mit den basisseitigen Anschlüssen elektrisch verbunden sind, wobei die isolierende Schicht so angeordnet ist, dass sie die Verbindungsabschnitte einschließlich der chipseitigen Anschlüsse und der basisseitigen Anschlüsse überdeckt, und wobei die Metallschicht die isolierende Kunststoffschicht und die mehreren Halbleiterchips überdeckt.
Es ist auch möglich, dass das Substrat, dass die Basisfläche hat, auf der die basisseitigen Anschlüsse bzw. Konnektoren geformt sind, einen flexiblen Film enthält.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Befestigung eines Halbleiterchips mit chipseitigen Anschlüssen an einer ersten Fläche an einem Substrat mit einer Basisfläche vorgesehen, an der basisseitige Anschlüsse geformt sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Befestigen des Halbleiterchips an der Basisfläche des Substrats, so dass die chipseitigen Anschlüsse des Halbleiterchips elektrisch mit den basisseitigen Anschlüssen verbunden sind;
Einfällen eines isolierenden Kunststoffs in einen Zwischenraum zwischen der Basisfläche des Substrats und der ersten Fläche des Halbleiterchips, um die Verbindungsabschnitte einschließlich der chipseitigen Anschlüsse und der basisseitigen Anschlüsse zu überdecken;
Ausbilden einer Metallfolie oder einer metallischen Pulverschicht wenigstens auf einem Teil der freiliegenden isolierenden Schicht, wobei eine Benetzungseigenschaft der Metallfolie oder metallischen Pulverschicht gegenüber einer Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt, die anschließend ausgebildet wird, besser ist als diejenige des isolierenden Kunststoffs, Ausbilden der Metallschicht, die aus einem Metall besteht, das einen Schmelzpunkt hat, der niedriger ist als die Haltbarkeitstemperatur des Halbleiterchips, zum Überdecken des Halbleiterchips an einer zweiten Fläche, die der ersten Fläche gegenüberliegt und der isolierenden Kunststoffschicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Befestigen eines Halbleiterchips mit chipseitigen Anschlüssen an einer ersten Fläche auf einem Substrat mit einer Basisfläche vorgesehen, in der basisseitige Anschlüsse ausgebildet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Befestigen des Halbleiterchips auf der Basisfläche des Substrats, so dass die chipseitigen Anschlüsse des Halbleiterchips elektrisch mit den basisseitigen Anschlüssen verbunden sind;
Einfüllen eines isolierenden Kunststoffs in einen Zwischenraum zwischen der Basisfläche des Substrats und der ersten Fläche des Halbleiterchips, um Verbindungsabschnitte einschließlich der chipseitigen Anschlüsse und der basisseitigen Anschlüsse zu überdecken;
Ausbilden von ersten und zweiten Metallfolien oder metallischen Pulverschichten auf wenigstens einem Teil einer freiliegenden der isolierenden Kunststoffschicht und wenigstens einem Teil der Basisfläche des Substrats, wobei die Benetzungseigenschaft der ersten und der zweiten Metallfolie oder metallischen Pulverschichten gegenüber einer anschließend auszubildenden metallischen Schicht mit einem niedrigen Schmelzpunkt besser sind als diejenige des isolierenden Kunststoffs und des Substrats;
Ausbilden der metallischen Schicht, die aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt besteht, der niedriger ist als eine Haltbarkeitstemperatur des Halbleiterchips, um den Halbleiterchip, die isolierende Kunststoffschicht und die Basisfläche des Substrats zu überdecken.
Da gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung die andere Fläche des Halbleiterelementes frei von der isolierenden Kunststoffschicht ist und mit der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt beschichtet ist, ist es möglich, die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt in direkten Kontakt mit der anderen Fläche des Halbleiterelementes zu bringen, um die Fähigkeit zur Ableitung der in dem Halbleiterelement erzeugten Wärme weiter zu verbessern. Es ist auch möglich, die elektrischen Eigenschaften der Befestigungsstruktur eines Halbleiterelementes zu verbessern, indem die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt elektrisch mit den Erdungsmustern auf der Leiterplatte verbunden wird, um Signalgeräusche zu minimieren.
Bei der herkömmlichen Befestigungsstruktur für ein Halbleiterelement hat die Fläche einer isolierenden Kunststoffschicht, die aus einem isolierenden Kunststoff gebildet ist, die in einen Zwischenraum zwischen einer Fläche eines Halbleiterelementes und einer Befestigungsfläche einer Leiterplatte gefüllt ist, eine geringe Benetzbarkeit gegenüber einem geschmolzenen Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt und wird somit von dem letzteren abgestoßen. Daher wird die isolierende Kunststoffschicht leicht von der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt getrennt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz hierzu vorgesehen, dass eine Schicht, die aus einem Metallpulver mit verbesserter Benetzbarkeit besteht, wenigstens auf einem Teil der isolierenden Kunststoffschicht geformt wird und eine verbesserte Benetzbarkeit zu dem geschmolzenem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt hat. Wenn demnach das geschmolzene Metall mit einem niedrigem Schmelzpunkt in Kontakt mit der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht gebracht wird, ist es möglich, das geschmolzene Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt auf einem Teil der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht anzukleben, wobei die Benetzbarkeit verbessert ist.
Als Ergebnis ist es möglich, die Haftung zwischen der isolierenden Kunststoffschicht und der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt zu erhöhen, wobei die Trennung zwischen der isolierenden Kunststoffschicht und der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt verhindert ist, so dass die Haltbarkeit der Befestigungsstruktur des Halbleiterelementes erhöht ist. Da die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt das Halbleiterelement überdeckt, ist die Wärmeableitfähigkeit der Befestigungsstruktur des Halbleiterelementes ebenfalls verbessert.
Wenn zudem ein metallisches Pulver mit einem höheren Schmelzpunkt als derjenige des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt in der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt enthalten ist, wird die Wärmeleitfähigkeit der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt verbessert, wodurch die Wärmeableitfähigkeit der Befestigungsstruktur weiter verbessert ist. Wenn ein Pulver einer anorganischen Substanz mit einem höheren Schmelzpunkt als derjenige des Metalls niedrigen Schmelzpunkts enthalten ist, kann die Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterelement und der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt so klein wie möglich sein, wodurch die Haltbarkeit der Befestigungsstruktur des Halbleiterelementes weiter verbessert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Halbleiterchipbefestigungsstruktur unter Verwendung eines Basissubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung gemäß Fig. 1, die insbesondere eine Schicht mit verbesserter Benetzungseigenschaft zeigt;
Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung entsprechend Fig. 2, die jedoch eine andere Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 4 bis 8 sind Querschnitte, die jeweils Ausführungsformen dieser Erfindung zeigen;
Fig. 9 ist ein Querschnitt durch eine Halbleiterchipbefestigungsstruktur, die einen flexiblen Basisfilm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 10 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht gemäß Fig. 9, die insbesondere eine Schicht mit verbesserter Benutzungseigenschaft zeigt;
Fig. 11 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung entsprechend Fig. 10, die jedoch eine andere Ausführungsform unter Verwendung eines flexiblen Basisfilms gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 12 bis 17 sind Querschnitte, die jeweils Ausführungsformen mit einem flexiblen Basisfilm gemäß dieser Erfindung zeigen, und
Fig. 18 und 19 sind Querschnitte; die Halbleiterchipbefestigungsstrukturen zeigen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Befestigungsstruktur des Halbleiterelements gemäß der vorliegenden Erfindung ist von der nach unten gerichteten Art, wobei Verbindungsabschnitte, die an einer Befestigungsfläche einer Leiterplatte vorgesehen sind, an der ein Halbleiterelement befestigt ist, elektrisch mit denjenigen verbunden sind, die an einer Fläche des Halbleiterelementes der Befestigungsfläche gegenüberliegend vorgesehen sind.
Fig. 1 zeigt eine solche Befestigungsstruktur des Typs mit nach unten weisender Fläche, wobei mehrere Verbindungsstücke 16 an den Enden oder in der Mitte eines Leitungsmusters oder Leitungsschemas 14 als leiterplattenseitige Anschlussabschnitte auf einer Befestigungsplatte einer Leiterplatte 10 aus Keramik oder Kunststoff angeordnet sind, die ein Halbleiterelement 12 trägt. In dieser Hinsicht kann die Leiterplatte 10 interne Leitermuster bzw. Leiterstrukturen haben. Eine solche Leiterplatte 10 kann entweder von einer Kugel- Gitter-Matrix-Art (BGA) mit Lötkontakthügeln als äußere Anschlüsse sein oder von einer Stift-Gitter-Matrix-Art (PGA) mit Leitungsstiften als äußere Anschlüsse.
Mehrere Verbindungsanschlüsse (Kontakthügel) sind als elementseitige Verbindungsabschnitte auf einer Fläche des Halbleiterelements 10, der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 gegenüberliegend, ausgebildet.
Jeder der Anschlüsse (Kontakthügel 18) des Halbleiterelements 10 ist mit jedem der Anschlussstücke 16 über ein Leitungsmuster- 20 eines TAB-Bandes (Band-automatisiertes Verbinden) verbunden, um die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 12 und der Leiterplatte 10 zu bewerkstelligen.
Außerdem ist der Verbindungsabschnitt zwischen dem Halbleiterelement 12 und der Leiterplatte 10 durch eine isolierende Kunststoffschicht 22 abgedichtet, während die andere Fläche des Halbleiterelementes 12 freibleibt.
Die isolierenden Kunststoffe, die zur Ausbildung einer isolierenden Kunststoffschicht 22 verwendet werden, können bekannt sein und üblicherweise zur Abdichtung eines Halbleiterelementes verwendet werden, wobei ein Kunststoff der Epoxid-Art geeignet. Darin befindet sich vorzugsweise ein organisch isolierender Bestandteil als Fülleinlage wie Siliciumdioxid (SiO&sub2;), um die Wärmeleitfähigkeit der isolierenden Kunststoffschicht 22 zu verbessern.
Die Leitungsmuster 14 auf der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 werden durch einen Kunststofffilm 26 isoliert, der aus einem isolierenden Kunststoff wie Polyimidharz gebildet ist, mit Ausnahme der Kontaktstücke 16, die als leiterplattenseitige Verbindungsabschnitte verwendet werden.
Die isolierende Kunststoffschicht 22 und die andere Fläche des Halbleiterelementes 12 werden von einer Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt überzogen. Ein Metall, das zur Ausbildung der Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird, hat einen Schmelzpunkt, der niedriger ist als eine Haltbarkeitstemperatur bzw. Wärmebeständigkeitstemperatur des Halbleiterelements 12. Bevorzugt liegt der Schmelzpunkt des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt bei, 450ºC oder darunter.
Wenn der Schmelzpunkt 450ºC übersteigt, können Probleme bei der thermischen Beständigkeit des Halbleiterelementes 12 auftreten. Unter diesem Gesichtspunkt ist es bevorzugt, Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt zu verwenden, die bei 250ºC oder darunter schmelzen.
Das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt kann eine Legierung sein, die zum Hartlöten oder bevorzugt zum Weichlöten einer Legierung verwendet wird. Beispiele solcher Weichlötlegierungen sind Sn-Pb, Sn-Pb-Sb, Sn-Pb-Ag, Pb-In, Pb-Ag, Sn-Zn, Sn-Sb, Sn-Ag und Pi-Sn-In.
In diesem Zusammenhang bedeutet "Wärmebeständigkeitstemperatur" des Halbleiterelementes 12 gemäß der vorliegenden Erfindung eine solche Temperatur, bei deren Überschreiten die Leiterkreise oder andere Bauteile des Halbleiterelementes 12 thermisch zerstört werden können.
Die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt 24, die aus einem solchen Metall mit niedrigem Schmelzpunkt gebildet ist, und die Fläche des Halbleiterelementes 12 sind dicht miteinander verbunden, üblicherweise über eine metallisierte Schicht aus Gold oder dergleichen auf dem Halbleiterelement 12, während die Kunststoffschicht 26 und die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt dicht miteinander über Metallschichten 28 verbunden sind, die als die Benetzbarkeit verbessernde Schichten auf der Fläche der Kunststoffschicht 26 ausgebildet sind mit einer Folie aus Kupfer oder einem anderen Metall oder durch elektrolose Plattierung oder durch Zerstäubung.
Andererseits sind die niedrig schmelzende Metallschicht 24 und die isolierende Kunststoffschicht eng miteinander über eine Schicht mit verbesserter Benetzbarkeit verbunden, die auf der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 gebildet ist und eine verbesserte Benetzbarkeit gegenüber dem geschmolzenem Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt hat.
Die Schicht mit verbesserter Benetzbarkeit ist bevorzugt eine metallische Pulverschicht 30, die aus einem metallischen Pulver besteht, das mit der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 verbunden ist, wie Fig. 2 zeigt. Diese metallische Pulverschicht 30 kann durch Verstreuen des metallischen Pulvers auf die Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 und anschließendes Härten der isolierenden Kunststoffschicht 22 in einer erhitzten Atmosphäre ausgebildet werden. Insbesondere dann, wenn das metallische Pulver auf die Fläche der isolierenden Kunststoffschicht gestreut ist, während die letztere noch nicht vollständig erhärtet ist, wird das metallische Pulver noch besser daran befestigt.
Das metallische Pulver, das zu diesem Zweck verwendet wird, hat einen Schmelzpunkt, der höher ist als derjenige des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, welches die Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt bildet, wobei eine Art von Pulver oder ein Gemisch von zwei oder mehr Arten von Pulvern aus der Gruppe gewählt werden können, die aus Wolframpulver (W) Molybdenpulver (Mo), Silberpulver (Ag) und Kupferpulver Cu) besteht, die besonders geeignet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann anstelle der metallischen Pulverschicht 30 gemäß Fig. 2 eine Metallschicht 32, die auf einem Teil der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 angeordnet ist, als Schicht mit verbesserter Benetzungseigenschaft verwendet werden, wie Fig. 3 zeigt. Die Metallschicht 32 ist auf einem abgeflachten Abschnitt der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 durch eine Folie aus Kupfer oder einem anderen Material mit einem Schmelzpunkt gebildet, der höher ist als derjenige des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, oder durch Planierung eines solchen Metalls.
Wenn die Metallschicht 32 durch Plattierung gebildet ist, muß nicht ein Teil der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 abgeflacht sein.
Wie oben angegeben kann die Haftung zwischen der isolierenden Kunststoffschicht 22 und der Metallschicht 24 niedrigen Schmelzpunkts auch durch Ausbildung einer Schicht mit verbesserter Benetzbarkeit auf einem Teil der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 verbessert werden, die im Vergleich zu der übrigen Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 eine verbesserte Benetzbarkeit hat.
Die Wärmeleitfähigkeit des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, das die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt gemäß der Erfindung bildet, beträgt höchstens 80 W/mºK, was weiter verbessert werden kann durch Mischen eines metallischen Pulvers mit einem Schmelzpunkt, der höher ist als derjenige des Metalls niedrigen Schmelzpunkts in der Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt.
Das metallische Pulver, das zu diesem Zweck verwendet wird, ist eines oder ein Gemisch von zwei oder mehr Arten, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus Wolframpulver (W), Molybdenpulver (Mo), Silberpulver (Ag) und Kupferpulver (Cu) besteht.
Wenn 50 Gewichtsprozent eines Kupferpulvers (Cu) oder Wolfram (W) mit einer Lötmittellegierung eines Sn-Pb-Art gemischt wurde (Sn : Pb = 60 : 40, Wärmeleitfähigkeit von etwa 50 W/mºK) wurde herausgefunden, dass die Wärmeleitfähigkeit der resultierenden Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt verbessert ist auf etwa 120 W/mºK (wenn das Kupferpulver gemischt wird) oder etwa 70 W/mºK (wenn das Wolframpulver gemischt wird).
Wenn in dieser Hinsicht ein Pulver aus Wolfram (W) oder Molybden (Mo) aus der obigen Gruppe ausgewählt wird, sollte bevorzugt durch Experimente das Verhältnis zwischen einer hinzuzufügenden Pulvermenge und dem resultierenden Young's-Modul erhalten werden, da die resultierende Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt infolge eines besonders hohen Young's-Modul brüchig werden kann.
Die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt, die ein Pulver von Wolfram (W) oder Molybden (Mo) enthält, hat einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der, der nur aus dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt besteht. Wenn beispielsweise das Wolframpulver mit 65 Gewichtsprozent mit einer Lötmittellegierung des Sn-Pb-Typs gemischt wird (Sn : PB = 63 : 37, Wäremeausdehnungskoeffizient von etwa 24 · 10&supmin;&sup6;/ºC) ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der resultierenden Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt verbessert auf etwa 6 · 10&sup6; bis 8 · 10&supmin;&sup6;/ºC. Damit können Wärmespannung und mechanische Spannung in großem Maße reduziert werden, die infolge der Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen dem Halbleiterlement 12 und der Metallschicht 24 niedrigen Schmelzpunkts auftreten können.
Um den Wärmeausdehnungskoeffizient der oben beschriebenen Metallschicht 24 niedrigen Schmelzpunkts zu reduzieren, kann anstelle von Wolfram (W) oder Molybdenpulver (Mo) ein Pulver einer anorganischen Substanz mit einem höheren Schmelzpunkt als demjenigen der Metallschicht 24 niedrigen Schmelzpunkts hinzugefügt werden. Das anorganische Substanzpulver, das hierfür verwendet wird, ist eines oder mehrere Arten von Pulver, die aus einer Gruppe von Siliciumdioxidpulver (SiO&sub2;), Siliciumkarbidpulver (SiC), Aluminiumnitridpulver (AlN), Bornitridpulver (BN) und Kohlenstoffpulver (C) ausgewählt ist.
Wenn in dieser Hinsicht Siliciumkarbidpulver (SiC), Aluminiumnitridpulver (AlN), Bornitridpulver (BN) und Kohlenstoffpulver (C) als anorganische Substanz verwendet werden, ist es möglich, die Wärmeleitfähigkeit der resultierenden Metallschicht niedrigen Schmelzpunkts 24 beizubehalten oder zu verbessern.
Wenn ein metallisches Pulver wie Wolframpulver (W), Molybdenpulver (Mo), Silberpulver (Ag), Kupferpulver (Cu) oder ein anderes Pulver in die Metallschicht 24 niedrigen Schmelzpunkts eingemischt wird, wird bevorzugt ein Flussmittel hinzugefügt, um die Benetzbarkeit des Metallpulvers zu dem Metall niedrigen Schmelzpunkts zu verbessern. Das bevorzugte Flussmittel, das für ein Kupferpulver verwendet wird, ist ein organischer Typ wie Kolophonium-Typ Flussmittel, während dasjenige, das für Wolframpulver oder Molybdenpulver verwendet wird, ein anorganischer Typ wie eine Salzsäure ist.
Selbst wenn jedoch das anorganische Flussmittel wie Salzsäure dem Wolframpulver oder Molybdenpulver zugefügt wird, ist die Benetzbarkeit des Metalls niedrigen Schmelzpunkts geringer als die, die erhalten wird, wenn das metallische Pulver wie Silberpulver (Ag) oder Kupferpulver (Cu) gemischt wird.
Auch wenn das anorganische Pulver wie Siliciumdioxidpulver (SiO&sub2;), Siliciumkarbidpulver (SiC), Aluminiumnitridpulver (AlN), Bornitridpulver (BN) oder Kohlenstoffpulver (C) gemischt wird mit dem Metall niedrigen Schmelzpunkts, ist es schwierig, die Benetzbarkeit des metallischen Pulvers zu dem Metall niedrigen Schmelzpunkts nur durch die Zugabe des Flußmittels zu verbessern.
Wenn demnach das metallische Pulver wie Wolfram oder Molybden oder das anorganische Substanzpulver verwendet wird, ist es bevorzugt, eine Schicht aus Metall mit einer guten Benetzbarkeit zu dem Metall niedrigen Schmelzpunkts wie Kupfer (Cu), Gold (Au), Titan (Ti), Nickel (Ni) oder dergleichen auf der Fläche eines Pulverpartikels zu bilden. Solch eine metallische Schicht kann ausgebildet bilden durch elektrolose Plattierung, Ionenplattierung oder Flammspritzen, oder durch die Verwendung eines Kupplungsmittels oder über eine Trockenmischmühle.
Wenn jedoch ein Bornitrid (BN) oder Kohlenstoffpulver (C) verwendet wird, ist es schwierig, eine Metallschicht mit ausreichender Festigkeit zur Ausbildung einer kompakten. Schicht 24 des Metalls niedrigen Schmelzpunkts auszubilden, da ein solches Pulver ungeeignet ist zum Aufrechterhalten des luftdichten Zustands durch Beschichten des Halbleiterelements 12 mit der Metallschicht 24 niedrigen Schmelzpunkts.
Wenn in dieser Beziehung ein metallisches Pulver oder ein Pulver einer anorganischen Substanz verwendet wird, das eine Metallschicht mit vorteilhafter Benetzbarkeit zu dem Metall niedrigen Schmelzpunkts auf der Partikelfläche hat, ist es auch vorteilhaft, ein Flussmittel dem Metall niedrigen Schmelzpunkts hinzuzufügen.
Es ist möglich, die elektrischen Eigenschäften der Befestigungsstruktur zu verbessern, indem die Metallschicht 24 niedrigen Schmelzpunkts, die so gebildet ist, elektrisch mit den Erdschaltungskreisen der Leitungsmuster auf der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 verbunden werden. Diese elektrische Verbindung wird durch elektrisches Verbinden der erdenden Schaltungen der Schaltungsmuster 14 auf der Leiterplatte 10 mit der Metallschicht 28 bewerkstelligt, die auf der Fläche des Kunststofffilms 26 durch Durchgangslöcher oder dergleichen oder durch eine metallisierte Schicht auf der anderen Fläche des Halbleiterelements 12 geformt ist.
Da bei der Befestigungsstruktur gemäß den Fig. 1 bis 3 die isolierende Kunststoffschicht 22 und die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt über die Schicht mit verbesserter Benetzbarkeit wie die metallische Pulverschicht 30 oder die Metallschicht 32 in Kontakt miteinander stehen, haften beide Schichten 22, 24 fest aneinander, wodurch die Haltbarkeit der Befestigungsstruktur verbessert ist.
Da zudem die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt in direkten Kontakt mit der anderen Fläche des Halbleiterelementes 12 steht, ist es möglich, sofort in dem Halbleiterelement 12 erzeugte Wärme abzuleiten, um ein Speichern der Wärme in der Befestigungsstruktur zu stoppen.
Wenn die Befestigungsstruktur, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, hergestellt wird, wird zunächst jedes der Anschlussstücke 16, die als leiterplattenseitige Anschlussabschnitte auf der Befestigungsfläche der Leiterplatte, die das Halbleiterelement 12 trägt, vorgesehen sind, mit jedem der Verbindungsanschlüsse 18 verbunden, die als elementseitige Verbindungsabschnitte auf einer Fläche des Halbleiterelements 12 gegenüber der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 vorgesehen sind, und zwar über die Leitungsmuster 20 aus TAB-Band, das auf der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 angeordnet ist. Danach wird zum Isolieren der Schaltkreismuster 14 der Kunststofffilm 26, der aus einem isolierenden Kunststoff wie Polyimid besteht, auf die Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 mit Ausnahme der Anschlussstücke 16 aufgebracht.
Zur Abdichtung des Verbindungsabschnitts zwischen dem Anschlussstück 16 und dem Verbindungsanschluß 18 wird dann ein isolierender Kunststoff wie ein Epoxidharz in einen spalt zwischen der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 und eine Fläche des Halbleiterelements 12 gefüllt, um die isolierende Kunststoffschicht 22 auszubilden, während die andere Seite des Halbleiterelements 12 davon frei bleibt. Wenn ein isolierender anorganischer Bestandteil wie ein Füllmittel aus Siliciumdioxid (SiO&sub2;) in den isolierenden Kunststoff gemischt wird, kann die Wärmeleitfähigkeit der isolierenden Kunststoffschicht 22 verbessert werden.
Der Kunststofffilm 26 kann vor dem Befestigen des Halbleiterlementes 12 geformt werden.
Danach wird die metallische Pulverschicht 30 oder Metallschicht 32 geformt, als eine Schicht mit verbesserter Benetzbarkeit zu dem geschmolzenen Metall mit niedrigem Schmelzpunkt wie einer Lötmittellegierung, und zwar auf wenigstens einem Teil der freiliegenden Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22.
Die metallische Pulverschicht 30 kann durch Sprühen einer oder mehrerer Arten von metallischen Pulvern mit einem Schmelzpunkt, der höher ist als derjenige eines Metalls, das die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt bildet, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus Wolframpulver (W), Molybdenpulver (Mo), Silberpulver (Ag) und Kupferpulver (Cu) besteht, auf die isolierende Kunststoffschicht 22, wonach eine isolierende Kunststoffschicht 22 in einer erwärmten Atmosphäre gehärtet wird. Die metallische Schicht 32 kann auch gebildet werden, indem eine Folie aus Metall mit einem Schmelzpunkt angeklebt wird, der höher ist derjenige des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, wie aus Kupfer, oder durch Plattierung derselben.
Dann wird die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt ausgebildet, indem ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt wie eine Lötmittellegierung geschmolzen wird, um die isolierende Kunststoffschicht 22 und die andere Fläche des Halbleiterelements 12 zu überdecken. Eine oder mehrere Arten von metallischen Pulvern mit einem Schmelzpunkt, der höher ist als derjenige des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, ausgewählt aus einer Gruppe von Wolframpulver (W), Molybdenpulver (Mo), Silberpulver (Ag) und Kupferpulver (Cu), werden in dieses Metall mit niedrigem Schmelzpunkt gemischt, um die Wärmeleitfähigkeit der Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt zu verbessern.
Wenn zudem in die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt eine oder mehrere Arten von anorganischen Pulversubstanzen gemischt sind, die einen Schmelzpunkt haben, der höher ist als derjenige des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, ausgewählt aus Aluminiumnitridpulver (AlN), Bornitridpulver (BN) und Kohlenstoffpulver (Karbon), ist es möglich, die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt und dem Halbleiterelement 12 zu verringern.
Diese metallischen Pulver und die Pulver aus anorganischer Substanz können zusammen verwendet werden.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 12 und den Schaltkreismustern 14 wird bei der obigen Befestigungsstruktur durch Verbindung jedes der Verbindungsanschlüsse 18 an dem Halbleiterelement 12 mit jedem der Anschlussstücke 16 an der Leiterplatte 10 über das Leitermuster 20 aus TAB-Band hergestellt. Diese Verbindung kann auch durch Verbinden jedes der Anschlussstücke (Elektroden des Halbleiterelements) auf dem Halbleiterelement 12 mit jedem der Anschlussstücke 16 auf der Leiterplatte 10 über das Verbindungsmuster 20 aus TAB-Band erfolgen, wie Fig. 4 zeigt.
Wie Fig. 4 zeigt, kann die Wärmeableitungsfähigkeit der Befestigungsstruktur weiter verbessert werden, indem ein Wärmeabstrahlungsrippenteil 34 zur Beschleunigung der Wärmeableitung an der Außenfläche der Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt angeordnet wird. Das Wärmeableitungsrippenteil 34 kann durch einen Wärmespreizkörper oder einen wassergekühlten Kanal ersetzt werden.
Wie Fig. 5 zeigt, kann die Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 12 und den Kontaktstücken 16 des Leitermusters 14 auf der Befestigungsfläche der Leiterplatte über Löthügel 36 erfolgen, die an einer Fläche des Halbleiterelements 12 gegenüber der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 vorgesehen sind.
Wie Fig. 6 zeigt, ist es auch möglich, mehrere Halbleiterelemente 12a, 12b auf einer gemeinsamen Leiterplatte zu befestigen und nachdem ein isolierender Kunststoff zwischen einer Fläche des jeweiligen Halbleiterelements 12a, 12b und der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 eingefüllt ist, so dass die isolierende Kunststoffschicht 22 angeordnet ist, eine Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt unter Verwendung eines Metalls, das einen niedrigen Schmelzpunkt hat wie eine Lötlegierung, auszubilden, die die isolierenden Kunststoffschichten 22 und die Halbleiterelemente 12a, 12b überdeckt. In diesem Fall kann die Wärmeableitungsfähigkeit der Befestigungsstruktur weiter verbessert werden, wenn ein Wärmeableitungsteil wie ein Wärmeabstrahlungsrippenteil 34 oder dergleichen auf der Außenseite der Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt befestigt wird.
Während sich die obige Beschreibung auf die Befestigungsstruktur bezieht, bei der das Halbleiterelement 12 auf eine Leiterplatte 10 aus Keramik oder Kunststoff befestigt wird, schließt die vorliegende Erfindung eine Befestigungsstruktur ein, bei der das Halbleiterelement 12 auf einer filmartigen Leiterplatte aus einem TAB-Band 38 befestigt wird, wie Fig. 7 zeigt.
Das in Fig. 7 dargestellte TAB-Band 38, das die Befestigungsstruktur bildet, besteht aus einem flexiblen Basisfilm 40 wie einem Polyimidfilm oder Epoxidfilm, bei dem an einer Fläche Leitermuster geformt sind, wobei eine innere Leitung 43 des Leitungsmusters 42 von dessen Außenseite in ein Vorrichtungsloch vorsteht, das in dem Basisfilm in einem Bereich ausgebildet ist, das dem Halbleiterelement 12 entspricht. Ein isolierender Kunststoff der Siliciumart wird auf die Befestigungsfläche des TAB-Bandes 38 aufgebracht, auf dem das Halbleiterelement 12 zu befestigen ist, um einen Kunststofffilm 50 auszubilden, auf dessen Oberseite eine metallische Schicht geformt wird.
An dem TAB-Band 38 sind mehrere Löthügel 44 als Verbindungsanschlüsse für äußere Leiterkreise an den jeweiligen Anschlussstücken vorgesehen, die in dem Leitungsmuster 42 ausgebildet sind.
Hierbei sind die Endflächen der Filmleiterplatte mit einem isolierenden Kunststoff beschichtet, um Kunststoffschichten 48 zum Zwecke der Isolierung zwischen den Leitermustern 42 zu bilden.
Der Verbindungsabschnitt zwischen dem Halbleiterelement 12, das auf dem TAB-Band 38 befestigt ist, und dessen inneren Leitungen 43 wird mit einer isolierenden Kunststoffschicht abgedichtet, die aus einem isolierenden Kunststoff wie epoxidartigen Harz besteht, jedoch liegt die andere Fläche des Halbleiterelements 12 außerhalb der isolierenden Kunststoffschicht 22 frei.
Die andere Fläche des Halbleiterelementes 12 und die isolierende Kunststoffschicht 22 sind mit einer Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt beschichtet, die aus einem Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt wie eine Lötmittellegierung besteht. Beide Schichten sind eng miteinander verbunden über eine metallische Pulverschicht 30 (Fig. 2) oder eine Metallschicht (Fig. 3), die an wenigstens einem Teil der freiliegenden Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 ausgebildet ist. Außerdem sind der Kunststofffilm 50 und die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt über die Metallschicht 28 fest miteinander verbunden, die an der Außenseite des Kunststofffilms 50 als eine die Benetzbarkeit verbessernde Schicht ausbildet ist.
Wenn eine weitere Verbesserung der Wärmeableitungsfähigkeit gewünscht ist, kann ein wärmeableitendes Bauteil wie ein Wärmeabstrahlungsrippenteil 34 an der Außenseite der Metallschicht 34 mit niedrigem Schmelzpunkt angebracht werden.
In Fig. 7 ist der Löthügel 46 mit der metallischen Schicht 28 verbunden, die auf der Fläche des Kunststofffilms 50 des TAB-Bandes 38 geformt ist, um die Verbindung mit dem Erdschaltkreis der Leiterplatte herzustellen, so dass die elektrischen Eigenschaften der Befestigungsstruktur verbessert sind.
Im Gegensatz zu der Befestigungsstruktur, die Fig. 7 zeigt, bei der die Verbindungsanschlüsse zur Verbindung mit der Leiterplatte, auf der das Halbleiterelement befestigt ist, vorgesehen sind, kann das TAB-Band 38 als ein Chipträger (Platte) verwendet werden, wie Fig. 8 zeigt. Bei der Befestigungsstruktur gemäß Fig. 8 trägt das TAB-Band 38 Leitermuster 42 an einer Fläche des Basisfilms 40. Das Leitermuster 42 des TAB-Bandes 38 hat einen inneren Leiter 43, der in ein Vorrichtungsloch in dem Basisfilm 40 in einem Bereich vorsteht, der dem daran zu befestigenden Halbleiterelement 12 entspricht, und einen äußeren Leiter 45, der sich von dem Basisfilm 40 nach außen erstreckt.
Ein Verbindungsabschnitt des Leiterelements 12, das auf dem TAB-Band 38 mit der inneren Leitung 43 befestigt ist, ist mit einer isolierenden Kunststoffschicht 22 abgedichtet, die aus einem isolierenden Kunststoff wie einem Epoxidharz besteht, jedoch liegt die andere Fläche des Halbleiterelementes 12 außerhalb der isolierenden Kunststoffschicht 22 frei.
Die andere Fläche des Halbleiterelementes 12 und die isolierende Kunststoffschicht 22 sind mit einer niedrig schmelzenden Metallschicht 24 beschichtet, die aus einem Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt wie einer Lötmittellegierung gebildet ist. Beide Schichten sind eng miteinander verbunden über eine metallische Pulverschicht 30 (Fig. 2) oder eine Metallschicht (Fig. 3), die auf wenigstens einem Teil der freiliegenden Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 ausgebildet ist. Außerdem sind der Basisfilm 40 und die Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt über die Metallschicht 24 fest miteinander verbunden, die auf der Außenseite des Basisfilms 50 gebildet ist.
Während die andere Fläche des Halbleiterelementes 12, das auf der Leiterplatte 10 befestigt ist, frei ist von der isolierenden Kunststoffschicht 22 bei den Befestigungsstrukturen gemäß den Fig. 1 bis 8, kann diese Fläche mit einer isolierenden Kunststoffschicht 22 überzogen sein.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Halbleiterchipbefestigungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei der Struktur gemäß Fig. 9 ist ein Halbleiterelement 112 auf einer Fläche (Befestigungsfläche) einer filmartigen Leiterplatte 110 an einer Stelle eines daran ausgebildeten Vorrichtungsloch ausgebildet, und innere Leitungen 120 der Leiterplatte stehen in das Vorrichtungsloch als ein leiterplattenseitiger Verbindungsabschnitt vor und sind elektrisch mit Goldhügel 22 verbunden, die als ein elementenseitiger Verbindungsabschnitt an einer Fläche des Halbleiterelementes 12 gegenüber der Befestigungsfläche vorgesehen sind. Der Verbindungsbereich zwischen dem leiterplattenseitigen Abschnitt und dem elementseitigen Anschlussabschnitt ist mit einer isolierenden Kunststoffschicht 114 abgedichtet. Bei dieser Ausführungsform ist die andere Fläche des Halbleiterelements 112 frei von der isolierenden Kunststoffschicht 114.
Die Verbindung zwischen dem leiterplattenseitigen Anschlussabschnitt und dem elementseitigen Anschlussabschnitt erfolgt durch Verbinden des inneren Leiters 120 mit dem Goldhügel 122, der an einer Fläche des Halbleiterelements 112 geformt ist, wobei der innere Leiter in das Vorrichtungsloch vorsteht und einen Teil der Leitungsmuster 118 an einer Fläche des flexiblen Films 116 bildet, der die Leiterplatte 110 darstellt. An der anderen Fläche des flexiblen Films 116 sind Lötkugeln (Löthügel) 126 als äußere Verbindungsanschlüsse vorgesehen und mit den Leitermustern 118 durch Durchgangslöcher 128 verbunden, die durch den flexiblen Film 116 führen.
Die Leitermuster 118 sind mit Ausnahme der inneren Leiter 120 mit einem isolierenden Kunststofffilm 124 überzogen, der aus einem isolierenden Kunststoff wie aus einem Siliconkunststoff besteht, und eine Metallschicht 130 ist auf der Fläche des Kunststofffilms 124 am Randbereich des Vorrichtungslochs vorgesehen, in dem das Halbleiterlement 112 gehalten ist, und zwar durch eine metallische Folie wie Kupfer oder durch Plattierung.
Als Leiterplatte 110 des Filmtyps kann bei dieser Ausführungsform ein TAB-Band verwendet werden, wobei das Halbleiterelement an einem Ende des Leitungsmusters 118 befestigt sein kann, das auf einer Fläche des flexiblen Films geformt ist.
Als isolierender Kunststoff zum Ausbilden der isolierenden Kunststoffschicht 114 kann ein solcher verwendet werden, der üblicherweise zum Abdichten von Halbleiterlementen herangezogen wird, beispielsweise ein Epoxid-Typ. Bevorzugt wird eine isolierende anorganische Substanz wie Siliciumdioxd (SiO&sub2;) als Füller gemischt, so dass die Wärmeleitfähigkeit der isolierenden Kunststoffschicht 24 verbessert ist.
Während die filmartige Leiterplatte 110, die bei der Ausführungsformen gemäß den Fig. 9 bis 11 verwendet wird, die Leitungsmuster 118 auf einer Fläche des flexiblen Films 116 hat, können die Leitungsmuster 118 auch auf der anderen Fläche vorgesehen sein (gegenüber der Fläche, auf der das Halbleiterelement 110 befestigt wird). In diesem letzteren Fall sind die äußeren Anschlüsse wie Lötmittelhügel befestigt durch Ausbilden von Durchgangslöchern in einer Kunststoffschicht wie Siliconkunststoff, die die Leitungsmuster 118 an der anderen Fläche des flexiblen Films 116 überdeckt, so dass die Leitungsmuster 118 an dem Boden freiliegen, wobei die Lötmittelhügel in die Durchgangslöcher eingesetzt werden.
In dieser Hinsicht sind die anderen als die obigen Vorgehensweise und Ausbildungen ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3.
Die Wärmeableitfähigkeit der Halbleitervorrichtung wird weiter verbessert, indem ein Wärmeabstrahlungsrippenteil 134 gemäß Fig. 12 an der Außenfläche der Metallschicht 134 mit niedrigem Schmelzpunkt gemäß den Fig. 9 bis 11 angebracht wird. Anstelle des Wärmeableitungsrippenteils 134 kann ein Wärmeverteiler oder ein wassergekühlter Kanal als Mittel zum Ableiten der Wärme verwendet werden.
Außerdem kann die elektrische Eigenschaft der Halbleitervorrichtung weiter verbessert werden, indem eine Metallschicht 130, die in Kontakt mit einer Metallschicht 134 mit niedrigem Schmelzpunkt steht, mit einer Lötkugel 127 durch ein Durchgangsloch 129, das einen flexiblen Film 116 und einen Kunststofffilm 124 durchgreift, in Kontakt gebracht wird, so dass die Lötmittelkugel 127 mit einem Erdungsmuster auf der Leiterplatte verbunden ist.
Ein sogenanntes TAB-Bereichsband kann als TAB-Band verwendet werden, um die filmartige Leiterplatte 110 zu bilden, wobei Leitungsmuster, die mit den Lötmittelhügeln 122 auf dem Halbleiterelement 112 zu verbinden sind, an einer gemeinsamen Fläche des flexiblen Films 116 geformt sind, wie Fig. 13 zeigt.
Ein sogenanntes TAB-Band des Dualmetalltyps kann als das oben erwähnte TAB- Flächenband verwendet werden, wobei Leitungsmuster nicht nur an einer Fläche des flexiblen Films 116, an der das Halbleiterelement 112 zu befestigen ist, sondern auch an der anderen Fläche geformt sind, wie Fig. 14 zeigt.
Um die Wärmeableitungsfähigkeit des Halbleiterelements gemäß Fig. 8 weiter zu verbessern, kann ein Wärmeverteiler 156 an der Außenfläche der Metallschicht 134 mit niedrigem Schmelzpunkt vorgesehen sein, wie Fig. 15 zeigt, oder ein Wärmeabstrahlungsrippenteil 158, wie Fig. 16 zeigt.
Anstelle des TAB-Bandes, das bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 15 und 16 verwendet wird, kann ein TAB-Flächenband 160 verwendet wird, das Fig. 17 zeigt. Das TAB-Flächenband 160 hat Leitungsmuster 118, die jeweils auf einer Fläche eines flexiblen Films geformt sind, und ein Befestigungsstück, das mit einem Goldhügel 122 des Halbleiterelementes 112 verbunden wird.
Das Band ist von außen durch eine Kunststoffschicht 124 isoliert, die beispielsweise aus Polyimid besteht, mit Ausnahme an einem Bereich, an dem das Halbleiterelement 112 befestigt ist, und sich die äußeren Leitungen 154 befinden.
Das TAB-Band wird in der Ausführungsform gemäß den Fig. 9 und 10 als Halbleiterelement-Befestigungsfilm verwendet mit filmseitigen Verbindungsabschnitten an einer Fläche eines flexiblen Films 116 zur elektrischen Verbindung mit elementseitigen Verbindungsabschnitten an einer Fläche des Halbleiterelements 112, das befestigt wird. Das üblicherweise zu diesem Zweck verwendete TAB-Band hat vorzugsweise einen solchen Aufbau, dass eine Metallschicht 130 als eine Schicht, die dicht mit der Metallschicht 134 mit niedrigem Schmelzpunkt verbindbar ist, an dem Rand einer Halbleiterelement- Befestigungszone auf einer Fläche ausgebildet wird, die in Kontakt steht mit einer Metallschicht 134 mit niedrigem Schmelzpunkt, die das befestigte Halbleiterelement 110 überdeckt.
Eine solche Metallschicht 134 kann angeordnet werden, indem eine metallische Folie angeklebt oder ein Metall wie Kupfer plattiert wird auf die Fläche des flexiblen Films 116 des TAB-Bandes oder die Fläche einer Kunststoffschicht 124, die aus einem isolierenden Kunststoff wie Silicon besteht, um teilweise die leitenden Muster bzw. Strukturen 118 zu isolieren.
Die vorliegende Erfindung wird in näheren Einzelheiten anhand der folgenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Polyimidkunststoff wurde auf eine Fläche einer Leiterplatte 10 aus Aluminium aufgetragen, um einen isolierenden Kunststofffilm 26 auszubilden, mit Ausnahme von Anschlussstücken 116 der Leitungsmuster 14.
Nachdem eine Chromschicht auf dem Kunststofffilm 26 durch Zerstäuben ausgebildet wurde, wurden zusätzlich eine Kupferschicht, eine Nickelschicht und eine Goldschicht nacheinander durch Plattierung auf der Chromschicht ausgebildet, so dass eine Metallschicht 28 (Schicht mit verbesserter Benetzbarkeit) mit einer obersten Goldschicht ausgebildet war.
Dann wurden die äußeren Leitungen der Leitungsmuster 20 des TAB-Bandes mit den Anschlussstücken 16 der Leitungsmuster 14 verbunden, und ein Halbleiterlement 12 in Form eines 16 mm Quadrats mit einer metallisierten Schicht aus Nickel-Gold an der Rückseite wurde auf den inneren Leitungen der Schaltkreise 20 des TAB-Bandes befestigt. Auf diese Weise wurden die Verbindungsanschlüsse 18 an einer Fläche des Halbleiterelements 12 gegenüber der Leiterplatte mit den inneren Leitungen der Leitermuster 20 verbunden.
Die Verbindungsbereiche zwischen den Verbindungsanschlüssen 18 des Halbleiterelementes 12, das auf der Leiterplatte 10 befestigt ist, und den Anschlussstücken 16 der Schaltkreismuster 14 wurden mit einem Epoxidharz der bisphenolischen Art, das Siliciumdioxid (SiO&sub2;) enthält, abgedichtet, das in einen Spalt zwischen einer Fläche des Halbleiterelementes 12 und der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 eingefüllt wurde. Die andere Fläche (Rückfläche) des Halbleiterelementes 12 blieb frei von der so ausgebildeten isolierenden Kunststoffschicht 22 des Epoxidharzes.
Danach wurde ein Kupferpulver auf die Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 gestreut, und die isolierende Kunststoffschicht 22 wurde in einer erwärmten Atmosphäre gehärtet, um eine metallische Pulverschicht 30 aus dem Kupferpulver zu bilden, die mit der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 verbunden war.
Dann wurden die isolierende Kunststoffschicht 22 und die andere Fläche des Halbleiterelementes 12 mit einer Lötmittelpaste des Sn-Pb-Typs (Sn : Pb = 63 : 37) überzogen. Die Lötmittelpaste enthält ein Wolframpulver (etwa 65 Gewichtsprozent) mit einer Partikelgröße von 80 bis 100 mesh, wobei jeder Partikel eine Oberflächenschicht aus Nickel hat, die durch elektroloses Plattieren erzeugt wurde, und ein Flussmittel des Rosin-Typs wurde hinzugefügt, um die Benetzbarkeit zu dem Wolframpulver zu verbessern.
Nach dem Anordnen eines Wärmeabstrahlungsrippenteils 34 aus Aluminium mit einer plattierten Nickel/Goldschicht an einer Fläche, die in Kontakt mit der Lötmittelpaste (Rückseite) steht, wurde die Leiterplatte 10 als Ganzes in einen Rückstromofen eingegeben und einer Rückstrombehandlung bei etwa 250ºC 30 s lang behandelt.
Die Halbleitervorrichtung, die aus dem Rückstromofen entnommen wurde, hatte eine kompakte Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt aus Lötmittel, die vollständig das Halbleiterelement 12 und die isolierende Kunststoffschicht 22 überdeckte, und das Wärmeableitungsabstrahlungsrippenteil 34 war damit verbunden.
In einem Wärmezyklustest bestätigte sich, dass das Anhaften der Metallschicht 24 mit niedrigem Schmelzpunkt an der isolierenden Kunststoffschicht 22 oder anderen bei der Halbleitervorrichtung ausgezeichnet war, und ebenso war die Wärmeableitungseigenschaft ausgezeichnet.

Beispiel 2

Eine Metallschicht 28 wurde an dem Randbereich der Fläche einer Leiterplatte 10 aus BT- Kunststoff gebildet, auf der ein Halbleiterelement 12 befestigt werden soll, wobei die Metallschicht aus einer Kupferfolie besteht, die über ein Durchgangsloch mit einer erdenden Schicht in der Leiterplatte 10 verbunden ist. Danach wurde eine Nickel-Gold plattierte Schicht auf den Leitungsmustern 14 auf der Fläche der Leiterplatte geformt.
Dann wurde das 10 mm quadratische Halbleiterelement 12, das Lötmittelhügel 36 als Verbindungsanschlüsse an einer Fläche und eine metallisierte Schicht aus Nickel-Gold an der anderen Fläche hat, auf der Leiterplatte 10 befestigt. Dann wurde das so angeordnete Halbleiterelement 12 durch ein sogenanntes Flip-Chip-System verbunden, wobei die Lötmittelhügel 36 des Halbleiterelements 12 direkt mit den Anschlussstücken 16 der Leitungsmuster 14 verbunden wurden.
Außerdem wurde ein Epoxidharz eines bisphenolischen Typs, das Siliciumdioxid (SiO&sub2;) enthält, in einen Spalt zwischen einer Fläche des Halbleiterelements 12 und der Befestigungsfläche der Leiterplatte 10 eingefüllt, um die Verbindungsbereiche zwischen den Lötmittelhügeln 36 und den Anschlussstücken 16 der Leitungsmuster 14 zu isolieren. Die andere Fläche (Rückfläche) des Halbleiterelements 12 blieb außerhalb einer isolierenden Kunststoffschicht 22, die so durch das Epoxidharz gebildet wurde.
Danach wurde ein Kupferpulver auf die Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 gestreut, und die isolierende Kunststofffläche 22 wurde in einer erwärmten Atmosphäre gehärtet, um eine metallische Pulverschicht 30 aus dem Kupferpulver zu bilden, die mit der Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 22 verbunden war.
Dann wurde die isolierende Kunststoffschicht 22 und die andere Fläche des Halbleiterelements 12 mit einer Lötmittelpaste des Sn-Pb-Typs (Sn : Pb = 63 : 37) überzogen. Die Lötmittelpaste enthält ein Wolframpulver (ungefähr 65 Gewichtsprozent) mit einer Partikelgröße von 80 bis 100 mesh, wobei jeder Partikel eine Oberflächenschicht aus Nnickel hat, die durch elektroloses Plattieren gebildet ist und ein Flussmittel des Rosin-Typs wurde hinzugegeben, um die Benetzbarkeit des Wolframpulvers zu verbessern.
Nach dem Anordnen eines Wärmeabstrahlungsrippenteils 434 aus Aluminium mit einer plattierten Nickel/Goldschicht auf einer Fläche, die in Kontakt mit der Lötmittelpaste (Rückfläche) gerät, wurde die Leiterplatte 10 als Ganzes in einen Rückstromofen bzw. Umluftofen geladen, um einer Rückstrombehandlung bei 250ºC 30 s lang unterworfen zu werden.
Die Halbleitervorrichtung, die aus dem Rückstromofen entnommen wurde, hatte eine kompakte Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt 24 aus dem Lötmittel, das vollständig das Halbleiterelement 12 und die isolierende Kunststoffschicht 22 überzog, und das Wärmeabstrahlungsrippenteil 34 war damit verbunden.
Es bestätigte sich in dem Wärmezyklustest, dass die Anhaftung der Metallschicht mit niedrigem Schmelzpunkt 24 an der isolierenden Kunststoffschicht 22 oder anderem in der erhaltenen Halbleitervorrichtung hervorragend war, und die Wärmeableitungsfähigkeit war ebenfalls hervorragend.

Beispiel 3

Ein TAB-Band aus einem flexiblen Film 116 aus Polyimidkunststoff wurde verwendet, an deren einer Fläche Leitermuster 118 geformt waren, so dass innere Leiter 120 davon in ein Vorrichtungsloch an dem flexiblen Film 116 vorstanden. An der anderen Fläche des flexiblen Films 116 sind Anschlussstücke geformt, um Vorsprünge (Lötmittelkugeln) für die Verbindung mit einer befestigten Leiterplatte (nicht dargestellt) zu formen.
Ein isolierender Kunststofffilm 124 wurde über eine gesamte Fläche des TAB-Bandes mit Ausnahme des Vorrichtungslochs durch Siebdruck einer Elastomerpaste des Siliciumtyps geformt. Danach wurde eine 70 um dicke Kupferfolie auf die isolierende Kunststoffschicht 124 aufgebracht. Das TAB-Band wurde gehärtet, um eine Metallschicht 130 zu bilden, die mit dem isolierenden Kunststofffilm 124 verbunden war. Das Aushärten wurde 2 Stunden bei 150ºC durchgeführt.
Elektroden an einer Fläche eines Halbleiterelementes 112 eines 15 mm Quadrats wurden mit den inneren Leitern 120 des TAB-Bandes verbunden, ausgeführt durch eine einzige Verbindungsmethode. In dieser Hinsicht hatte dieses Halbleiterelement 112 eine metallisierte Schicht aus Gold an der anderen Fläche.
Dann wurden die Bereiche zwischen dem TAB-Band und dem Halbleiterelement 112 mit einer isolierenden Kunststoffschicht 114 aus einer Vergussmasse eines Siliciumtyps abgedichtet. Nachdem ein Kupferpulver auf die Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 114 gesprüht wurde, wurde die isolierende Schicht 114 in einer trockenen Stickstoffatmosphäre bei 150ºC eine Stunde lang gehärtet, um eine metallische Pulverschicht 136 zu formen, die mit der isolierenden Kunststoffschicht 114 verbunden war. Die Rückfläche des Halbleiterelementes war frei von der isolierenden Kunststoffschicht 114.
Eine Lötmittelpastenschicht wurde auf der Rückseite des Halbleiterelements 112, das an dem TAB-Band befestigt war, geformt, indem eine eutektische Lötmittelpaste des Sn-Pb Typs, die Wolframpulver mit 65 Gewichtsprozent enthielt, mit einer Partikelgröße von 80 bis 100 mesh aufgebracht wurde, bei der jeder Partikel eine Oberflächenschicht aus Nickel hatte, die durch eine elektrolose Plattierung erzeugt war, und ein Wärmeabstrahlungsrippenteil aus Aluminiumlegierung wurde auf die Lötmittelpastenschicht platziert, wobei das Rippenteil an der Unterseite einen Goldfilm hat, der durch Zerstäuben ausgebildet war.
Ein Flussmittel wurde auf die Anschlussstücke aufgetragen, während der flexible Film 116 an der Oberseite angeordnet wurde, und Lötmittelkugeln des eutektischen Sn-Pb Typs wurden an den Anschlussstücken angeordnet. Nach dem Trocknen wurde die Anordnung einer Rückstrombehandlung in einer trockenen Stickstoffatmosphäre eine Minute lang bei 250ºC unterworfen.
Die Halbleitervorrichtung, die aus der Rückstrombehandlung hervorging, war von einem Typ, der in Fig. 12 dargestellt ist, wobei die Metallschicht 134 mit niedrigem Schmelzpunkt, die das Halbleiterelement 112 und die Isolierschicht 114 überdeckte, fest mit dem Halbleiterelement 112, der isolierenden Kunststoffschicht 114 und dem Kunststofffilm 124 über die metallisierte Schicht aus Gold an der anderen Seite des Halbleiterelements 112 und die metallische Pulverschicht 136 an der isolierenden Kunststoffschicht 114 und die Metallschicht 130 an dem Kunststofffilm 124 verbunden war. Bei dem Wärmezyklustest oder einem anderen wurde festgestellt, dass die Haltbarkeit und die Wärmeableitungsfähigkeit der so erhaltenen Halbleitervorrichtung hervorragend sind.

Beispiel 4

Ein TAB-Flächenband aus einem flexiblen Film 116 aus Polyimidkunststoff wurde verwendet, an deren einer Fläche Leitermuster 118 geformt waren, die jeweils ein Kontaktstück zur Verbindung mit einem Lötmittelhügel 122 auf einem Halbleiterelement 112 hatte. An der anderen Fläche des flexiblen Films 116 waren Anschlussstücke für Hügel (Lötmittelkugeln) zur Verbindung mit einer befestigten Leiterplatte geformt.
Ein isolierender Kunststofffilm 124 wurde über einer gesamten Fläche des TAB-Bandes mit Ausnahme eines Bereichs, an dem das Halbleiterelement 112 zu befestigen war, durch Beschichten mit einem Vorimprägniermittel des Epoxidtyps ausgebildet. Danach wurde eine 35 um dicke Kupferfolie auf den isolierenden Kunststofffilm 124 aufgebracht und heißgepreßt, um eine Metallschicht 130 zu formen, die mit dem isolierenden Kunststofffilm 124 verbunden war. Das Wärmepressen wurde bei 180ºC unter dem Druck von 30 kg/cm² durchgeführt.
Das 15 mm quadratische Halbleiterelement 112 wurde auf der Befestigungsfläche des TAB- Flächenbands befestigt, was durch eine Flip-Chip-Verbindungsmethode bewerkstelligt wurde, wobei Lötmittelhügel 122, die an einer Fläche des Halbleiterfläche 112 ausgebildet waren, direkt mit den Leitungsmustern verbunden wurden, die sich an der Befestigungsfläche des TAB-Flächenbands befanden.
In diesem Zusammenhang hatte dieses Halbleiterelement 112 eine metallisierte Schicht aus Nickel/Gold an seiner anderen Fläche.
Anschließend wurden die Verbindungsbereiche zwischen dem TAB-Flächenband und dem Halbleiterelement mit einer isolierenden Kunststoffschicht 114 aus einer Vergussmasse eines Epoxidtyps abgedichtet. Nachdem ein Kupferpulver auf die Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 114 gesprüht wurde, wurde die isolierende Schicht 114 in einer trockenen Stickstoffatmosphäre eine Stunde lang bei 150ºC gehärtet, um eine metallische Pulverschicht 136 auszubilden, die mit der isolierenden Kunststoffschicht 114 verbunden war. Die Rückseite des Halbleiterelementes 112 befand sich außerhalb der isolierenden Kunststoffschicht 114.
Eine Lötmittelpastenschicht wurde auf der Rückseite des Halbleiterelements 112, das an dem TAB-Bereichsband angebracht war, durch Beschichten mit einer Lötmittelpaste eines eutektischen Sn-Pb Typs ausgebildet, die 50 Gewichtsprozent Kupferpulver enthielt und eine Partikelgröße von 100 mesh bzw. Siebfeinheit hatte, und ein Wärmeabstrahlungsrippenteil aus einer Aluminiumlegierung wurde auf der Lötmittelpastenschicht angeordnet, wobei das Rippenteil einen Nickel/Goldfilm hat, der durch Zerstäuben auf einer Bodenfläche ausgebildet war.
Ein Flussmittel wurde auf die Anschlussstücke aufgebracht, während der flexible Film 116 auf der Oberseite angeordnet wurde, und Lötmittelkugeln eines eutektischen Sn-pb Typs wurden auf den Anschlussstücken angeordnet. Nach dem Trocknen wurde die Anordnung einer Rückstrombehandlung eine Minute lang in einer trockener Stickstoffatmosphäre ausgesetzt.
Die aus der Rückstrombehandlung hervorgegangene Halbleitervorrichtung war von einem in Fig. 13 dargestellten Typ, wobei die Metallschicht 134 mit niedrigem Schmelzpunkt, die das Halbleiterelement 112 und die isolierende Kunststoffschicht 114 überzog, fest mit dem Halbleiterelement 112, der isolierenden Kunststoffschicht 114 und dem Kunststofffilm 124 verbunden war über die metallisierte Schicht aus Nickel/Gold an der anderen Fläche des Halbleiterelements 112, die metallische Pulverschicht 136 auf der isolierenden Kunststoffschicht 114 und die Metallschicht 130, die an der Kunststoffschicht 124 anhaftete. In einem Wärmezyklustest oder dergleichen wurde festgestellt, dass die Haltbarkeit und Wärmeableitfähigkeit der resultierenden Halbleitervorrichtung hervorragend sind.

Beispiel 5

Ein TAB-Band aus einem flexiblen Film 116 aus Polyimidkunststoff mit einer Dicke von 75 um wurde verwendet, wobei Leitungsmuster 118 einer Kupferfolie mit einer Dicke von 25 um auf einer Fläche geformt sind, und jedes der Leitungsmuster einen inneren Leiter 120 hat, der in ein Vorrichtungsloch einer quadratischen Form in einem mittleren Bereich des flexiblen Films 116 vorsteht, und eine äußere Leitung 154 von dem Rand des flexiblen Films 116 nach außen vorsteht.
Entlang des Umfangsrandes des Vorrichtungslochs wurde eine ringförmige quadratische Kupferfolie mit einer Dicke von 25 um an der anderen Fläche des TAB-Bandes angebracht, die dann mit Gold plattiert wurde, um eine Metallschicht 30 auszubilden.
Dann wurden alle Hügel an einer Fläche eines 11 mm quadratischen Halbleiterelements 112 mit den inneren Leitungen 120 auf dem TAB-Band verbunden. Die Verbindungsbereiche zwischen dem Halbleiterelement 112 und den inneren Leitern I20 an dem TAB-Band wurden mit einer isolierenden Kunststoffschicht 114 aus einer Vergussmasse aus biphenolischem Epoxid eines Lösungsmitteltyps abgedichtet. Nachdem ein Kupferpulver auf die Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 114 gestreut wurde, wurde die isolierende Kunststoffschicht 114 eine Stunde lang in einer trockenen Stickstoffatmosphäre bei 150ºC gehärtet, so dass das Kupferpulver dicht an der isolierenden Kunststoffschicht 114 anhaftete, um eine metallische Pulverschicht 136 zu bilden. Die Rückseite des Halbleiterelements 112 blieb frei von der isolierenden Kunststoffschicht 114.
Eine Lötmittelpastenschicht wurde auf die Rückfläche des Halbleiterelements 112, die an dem TAB-Flächenband befestigt wurde, durch Beschichten mit einer Lötmittelpaste eines eutektischen Sn-Pb Typs aufgebracht, die 50 Gewichtsprozent eines Kupferpulvers enthielt und eine Partikelgröße von 100 mesh hatte, wobei ein Wärmeabstrahlungsrippenteil aus einer Aluminiumlegierung auf der Lötmittelpastenschicht angeordnet wurde, wobei das Rippenstück einen Nickel/Goldfilm hatte, der durch Zerstäuben auf Unterseite ausgebildet war.
Ein Flussmittel wurde auf die Anschlussstücke aufgetragen, während der flexible Film 116 an der oberen Seite angeordnet wurde, und Lötmittelkugeln des eutektischen Sn-Pb Typs wurden an den Anschlussstücken angebracht. Nach dem Trocknen wurde die Anordnung eine Minute lang einer Rückstrombehandlung in einer trockenen Stickstoffatmosphäre bei 230ºC unterworfen.
Die aus der Rückstrombehandlung hervorgegangene Halbleitervorrichtung war von einem in Fig. 16 abgebildeten Typ, wobei die Metallschicht 134, die das Halbleiterelement 112 und die isolierende Kunststoffschicht 114 überdeckte, dicht mit dem Halbleiterelement 112, die isolierende Kunststoffschicht 114 und den flexiblen Film 116 über die metallisierte Schicht aus Nickel/Gold an der anderen Seite des Halbleiterelements 112, die metallische Pulverschicht 136 auf der isolierenden Kunststoffschicht 114 und die Metallschicht 130 verbunden war, die an der Kunststoffschicht 124 anhaftete. Es bestätigte sich aus dem Wärmezyklustest oder anderen, dass die Haltbarkeit und die Wärmeableitungsfähigkeit der resultierenden Halbleitervorrichtung hervorragend sind.

Beispiel 6

Ein TAB-Flächenband aus einem flexiblen Film 116 aus Polyimidkunststoff mit einer Dicke von 35 um wurde verwendet, wobei Leitungsmuster, die mit Lötmittelhügeln 122 zu verbinden sind, die als Verbindungsanschlüsse an einer Fläche eines Halbleiterelements 122 vorgesehen sind, an derselben Fläche des flexiblen Films 116 wie die Leitungsmuster 100.
Eine 35 um dicke ringförmig quadratische Kupferfolie wurde auf den Rand einer Fläche des TAB-Flächenbandelements 112 aufgebracht (auf die Fläche, auf der die Leitermuster 118 vorgesehen sind), um das Halbleiterelement 112 zu befestigen, über einen Kunststofffilm 124 aus einer 60 mm dicken Vorimprägnierungsschicht des Epoxidtyps. Danach wurde die Kupferfolie mit der Kunststoffschicht 124 durch Heißpressen verbunden, um eine Metallschicht 130 auszubilden. Das Heißpressen wurde bei 180ºC unter einem Druck von 30 kg/cm² ausgeführt. Das 11 mm quadratische Halbleiterelement wurde an dem Befestigungsbereich des TAB-Flächenbandes mittels einer Flip-Chip-Verbindungsmethode befestigt, bei der Lötmittelhügel 122 an einer Fläche des Halbleiterelements 112 direkt mit den Leitungsmuster an der Befestigungsfläche des TAB-Bereichsbandes verbunden werden.
In dieser Hinsicht wurde an der anderen Fläche (Rückseite) des Halbleiterelements 112 eine metallisierte Schicht aus Nickel/Gold ausgebildet.
Dann wurden die Verbindungsabschnitte zwischen dem TAB-Flächenband und dem Halbleiterelement 112 mit einer isolierenden Kunststoffschicht 114 mit einer Lösungsmittel- Typ-Gießmasse einer bisphenolischen Epoxidart abgedichtet. Nachdem ein Kupferpulver auf die Fläche der isolierenden Kunststoffschicht 114 gestreut wurde, wurde die isolierende Kunststoffschicht 114 eine Stunde lang in einer trockenen Stickstoffatmosphäre mit 150ºC gehärtet, so dass das Kupferpulver dicht an der isolierenden Kunststoffschicht 114 anhaftete, um eine metallische Pulverschicht 136 zu bilden. In dieser Hinsicht blieb die Rückfläche des Halbleiterelements 112 frei von der isolierenden Kunststoffschicht 114.
Eine Lötmittelpastenschicht wurde auf der Rückseite des Halbleiterelements 112, das an dem TAB-Flächenband befestigt war, durch Beschichten mit einer Lötmittelpaste eines eutektischen Sn-Pb Typs ausgebildet, die 60 Gewichtsprozent eines Wolframpulvers mit einer Partikelgröße von 80 bis 100 mesh enthielt, wobei jeder Partikel eine Oberflächenschicht aus Nickel hatte, die durch elektroloses Plattieren ausgebildet war, und ein Wärmeabstrahlungsrippenstück aus einem Aluminiumkunststoff wurde auf der Lötmittelpastenschicht angeordnet, wobei das Rippenstück einen Nickel/Goldfilm an der Unterseite hatte, der durch Zerstäuben ausgebildet war.
Danach wurde das TAB-Flächenband mit dem darauf gehaltenen Halbleiterelement 112 eine Minute lang einer Rückstrombehandlung in einer trockenen Stickstoffatmosphäre bei 230ºC ausgesetzt.
Die aus der Rückstrombehandlung hervorgegangene Halbleitervorrichtung war von einem Typ, der in Fig. 17 dargestellt ist, bei dem die Metallschicht 134 mit niedrigem Schmelzpunkt, die das Halbleiterelement 112 und die isolierende Kunststoffschicht 114 überdeckte, fest mit dem Halbleiterelement 112, der isolierenden Kunststoffschicht 114 und dem Kunststofffilm 124 verbunden war, über die metallisierte Schicht aus Nickel/Gold an der anderen Fläche des Halbleiterelements 112, die metallische Pulverschicht 136 an der isolierenden Kunststoffschicht 114 und die Metallschicht 130, die an der Kunststoffschicht 124 anhaftete. Aus dem Wärmezyklustest oder einem anderen ergab sich, dass die Haltbarkeit und die Wärmeableitungsfähigkeit der resultierenden Halbleitervorrichtung hervorragend sind.
Es versteht sich für den Fachmann, dass sich die vorstehende Beschreibung nur auf einige bevorzugte Ausführungsformen der offenbarten Erfindung bezieht und dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen der Erfindung erfolgen können, ohne von deren Idee und Umfang abzuweichen.

Claims

1. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur, enthaltend:

ein Substrat (10) mit einer Basisfläche, an der basisseitige Anschlüsse (16) ausgebildet sind;

einen Halbleiterchip (12), der an der Basisfläche des Substrats (10) befestigt ist und chipseitige Anschlüsse (18) an einer ersten Seite aufweist, die der Basisseite des Substrats (10) zugewandt ist, wobei die chipseitigen Anschlüsse (18) elektrisch mit den basisseitigen Anschlüssen (16) verbunden sind;

eine isolierende Kunststoffschicht (22), die so angeordnet ist, dass sie Verbindungsbereiche überdeckt, die die chipseitigen Anschlüsse (18) und die basisseitigen Anschlüsse (16) einschließen;

eine Metallschicht (24), die aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt besteht, der niedriger ist als die Haltbarkeitstemperatur des Halbleiterchips (12), und die den Halbleiterchip (12) an einer zweiten Fläche gegenüber der ersten Fläche und die isolierende Kunststoffschicht (22) überdeckt, und

eine Metallfolie oder metallische Pulverschicht (30) zur Verbesserung einer Benetzungseigenschaft, die wenigstens entlang eines Teils der Kontaktfläche zwischen der metallischen Schicht (24) und der isolierenden Kunststoffschicht (22) angeordnet ist.

2. Halbleiterschicht-Befestigungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht (24) außerdem wenigstens einen Teil der Basisfläche des Substrats überdeckt und wenigstens eine zweite Metallfolie oder metallische Pulverschicht (28) entlang wenigstens eines Teils einer zweiten Kontaktfläche zwischen der Metallschicht (24) und der Basisfläche des Substrats angeordnet ist.

3. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Fläche des Halbleiterchips (12) außerhalb der isolierenden Kunststoffschicht (22) liegt, jedoch von der Metallschicht (24) überdeckt ist.

4. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach Anspruch 3, wobei ein Wärmeabstrahlungsteil (34) wie ein Wärmeverteiler oder ein Rippenteil auf der Metallschicht (24) nahe der zweiten Fläche des Halbleiterchips (12) angeordnet ist.

5. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht (24) im wesentlichen aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt wie einem Lötmittel besteht, das bei einer Temperatur unter 450ºC schmilzt.

6. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallschicht (24) aus einem Basismetall mit niedrigem Schmelzpunkt und Metallpulvern besteht, die in das Basismetall gemischt sind und einen Schmelzpunkt haben, der über demjenigen des Basismetalls liegt.

7. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach Anspruch 6, wobei das Metallpulver ein Pulver oder ein Gemisch von zwei oder mehr Pulvern ist, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Wolframpulver (W), Molybdenpulver (Mo), Silberpulver (Ag) und Kupferpulver (Cu) besteht.

8. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallschicht (24) mit niedrigem Schmelzpunkt aus einem Basismetall und einem anorganischen Pulver besteht, das in das Basismetall gemischt ist und einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als derjenige des Basismetalls.

9. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach Anspruch 8, wobei das anorganische Pulver ein Pulver oder mehrere Pulver sind, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Siliciumdioxidpulver (SiO&sub2;), Siliciumkarbidpulver (SiC), Aluminiumnitridpulver (AlN), Bornitridpulver (Bn) und Kohlenstoffpulver (C) besteht.

10. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die isolierende Kunststoffschicht (22) ein isolierendes anorganisches Pulver wie Siliciumdioxid (SiO&sub2;) enthält.

11. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Metallpulver oder die Metallfolienschicht (30) aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt besteht, der höher ist als der Schmelzpunkt der Metallschicht (24).

12. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach Anspruch 2, wobei das zweite Metallpulver oder die Metallfolienschicht (28) aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt besteht, der höher ist als der Schmelzpunkt der Metallschicht (24).

13. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die basisseitigen Anschlüsse (16), die an der Basisfläche des Substrats (10) ausgebildet sind, wenigstens ein Erdungsmuster (46) enthalten, wobei die Metallschicht (24) elektrisch mit dem Erdungsmuster (46) verbunden ist.

14. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chipseitigen Anschlüsse (18) elektrisch mit den basisseitigen Anschlüssen (16) durch Verbindungsanschlüsse wie Lötmittelhügel verbunden sind, die an dem Halbleiterchip angebracht sind.

15. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chipseitigen Anschlüsse mit den basisseitigen Anschlüssen mittels eines automatisierten Verbindungsbandes (20) mit einem leitenden Muster elektrisch verbunden sind.

16. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Halbleiterchips (12a; 12b) auf der Basisfläche des Substrats (10) befestigt sind und die Halbleiterchips (12a; 12b) jeweils chipseitige Anschlüsse haben, die elektrisch mit den basisseitigen Anschlüssen (16) verbunden sind, und wobei die isolierende Kunststoffschicht (22) so angeordnet ist, dass sie Verbindungsbereiche einschließlich der chipseitigen Anschlüsse und der basisseitigen Anschlüsse überdeckt und wobei die Metallschicht (24) die isolierende Kunststoffschicht (22) und die mehreren Halbleiterchips (12a; 12b) überdeckt.

17. Halbleiterchip-Befestigungsstruktur nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat, das die Basisfläche hat, an der die basisseitigen Anschlüsse ausgebildet sind, einen flexiblen Film aufweist.

18. Verfahren zur Befestigung eines Halbleiterchips (12) mit chipseitigen Anschlüssen (18) an einer ersten Fläche an einem Substrat (10), das eine Basisfläche hat, an der basisseitige Anschlüsse (16) ausgebildet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Befestigen des Halbleiterchips (12) an der Basisfläche des Substrats (10), so dass die chipseitigen Anschlüsse (18) des Halbleiterchips (12) elektrisch mit den basisseitigen Anschlüssen (16) verbunden sind;

Einfüllen eines isolierenden Kunststoffs (22) in einen Zwischenraum zwischen der Basisfläche des Substrats (10) und der ersten Fläche des Halbleiterchips (12), um Verbindungsbereiche zu überdecken, die die chipseitigen Anschlüsse (18) und die basisseitigen Anschlüsse (16) einschließen;

Anordnen einer Metallfolie oder einer metallischen Pulverschicht (30) auf wenigstens einem Teil einer freiliegenden Fläche der isolierenden Kunststoffschicht, wobei die Benetzungseigenschaft der Metallfolie oder metallischen Pulverschicht gegenüber der anschließend auszubildenden Metallschicht (24) mit niedrigem Schmelzpunkt besser ist als diejenige des isolierenden Kunststoffs,

Ausbilden der Metallschicht (24), die aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt besteht, der niedriger ist als die Haltbarkeitstemperatur des Halbleiterchips (12), und die den Halbleiterchips (12) an der zweiten Fläche gegenüber der ersten Fläche und die isolierende Kunststoffschicht (22) überdeckt.

19. Verfahren zur Befestigung eines Halbleiterchips (12) mit chipseitigen Anschlüssen (18) an einer ersten Fläche, auf einem Substrat (10) mit einer Basisfläche, an der basisseitige Anschlüsse (16) ausgebildet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Befestigen des Halbleiterchips (12) auf der Basisfläche des Substrats (10), so dass die chipseitigen Anschlüsse (18) des Halbleiterchips (12) elektrisch mit den basisseitigen Anschlüssen (16) verbunden sind;

Einfüllen eines isolierenden Kunststoffs (22) in einen Zwischenraum zwischen der Basisfläche des Substrats (10) und der ersten Fläche des Halbleiterchips (12), um die Verbindungsbereiche zu überdecken, die die chipseitigen Anschlüsse (18) und die basisseitigen Anschlüsse (16) einschließen;

Anordnen einer ersten und einer zweiten Metallfolie oder von metallischen Pulverschichten (28; 30) an wenigstens einem Teil einer freiliegenden Fläche der isolierenden Kunststoffschicht (22) und an wenigstens einem Teil der Basisfläche des Substrats (10), wobei die Benetzungseigenschaft der ersten und der zweiten Metallfolie oder metallischen Pulverschichten (28; 30) gegenüber der nachfolgend auszubildenden Metallschicht (24) mit niedrigem Schmelzpunkt besser ist als diejenige des isolierenden Kunststoffs (23) und des Substrats (10);

Ausbilden der Metallschicht (24), die aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt besteht, der niedriger ist als die Haltbarkeitstemperatur des Halbleiterchips, um den Halbleiterchip (12) an einer zweiten Fläche gegenüber der ersten Fläche, die isolierende Kunststoffschicht (22) und die Basisfläche des Substrats (10) zu überdecken.