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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, insbesondere
betrifft die Erfindung ein Trägersubstrat,
das zur Unterbringung in festen Baugruppen für einen Halbleiterchip (LSI-Chip)
verwendet wird, sowie eine Halbleitervorrichtung mit einem mit dem
Halbleiterchip ausgestatteten Trägersubstrat.
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Das
Halbleitergehäuse,
das derzeit allgemein verwendet wird, ist eine flache Grundelementplatte
aus Kunststoff (QFP), wobei Eingangs-/Ausgangsleitungen aus vier
Seiten des Gehäuses
gezogen werden. Da elektronische Vorrichtungen in verschiedenen
Bereichen verschiedene Funktionen haben und deren Leistung verbessert
ist, werden LSIs größer. Daher
nehmen die Eingangs/Ausgangsanschlüsse eines QFP aus Kunststoff
zu und das QFP-Gehäuse bzw.
die entsprechende Platte wird größer. Um
eine zu große
Gehäusegröße zu vermeiden,
werden die Konstruktionsregeln für
einen Halbleiterchip genau bestimmt und dessen Leitungsteilung ist
sehr eng, so dass das Gehäuse
bzw. die Platte dem Trend angepasst ist, die verschiedenen elektronischen
Einrichtungen zu miniaturisieren.
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Ein
LSI mit mehr als 400 Stiften bzw. Steckverbindungen ist jedoch schwer
wirksam zu löten. Darüber hinaus
ist es unmöglich,
die Leitungsteilung äußerst eng
zu machen. Daher kann ein derart hoch integriertes LSI nicht vollständig miniaturisiert
werden.
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Darüber hinaus
verursacht der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
einer Halbleiterbaugruppe und einer Trägerleiterplatte Probleme, wenn
die Halbleiterbaugruppe an der Trägerleiterplatte montiert wird.
Es ist äußerst schwierig, genau
viele dünne
Einlass-/Auslassleitungen der Halbleiterbaugruppe und viele feine
Elektrodenanschlüsse
an der Leiterplatte zu binden.
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Darüber hinaus
wird ein Kunststoff-QFP einer Halbleiterbaugruppe mit vielen Kontaktstiften größer und
ebenso werden die Kontaktstifte größer. Daraus resultiert eine
verzögerte
Signalübertragung und
das Signal kann nicht mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden.
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Um
dieses und weitere Probleme mit Kunststoff-QFP zu lösen, werden
derzeit eine Kugel-Gittergruppe (BGA) und eine Lötaugen- bzw. Kontaktflecken-Gittergruppe (LGA)
anstelle des QFP vorgeschlagen. Eine BGA weist kugelförmige Bindungsanschlüsse auf
der Rückseite
der Halbleiterbaugruppe zweidimensional angeordnet auf. Eine LGA
weist viele flache Elektrodenpads auf der Rückseite der Halbleiterbaugruppe
angeordnet auf.
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Diese
BGA und LGA werden in CBGA (Keramikkugel-Gittergruppe), PBGA (Kunststoffkugel-Gittergruppe),
TBGA (Bandkugel-Gittergruppe) und TLGA (Bandkontaktfleck-Gittergruppe)
klassifiziert, abhängig
von ihren Trägersubstratmaterialien.
Eine PBGA ist vergleichsweise billig und wird häufig verwendet. Bei PBGA wird
ein Harzsubstrat (zum Beispiel Glas-Epoxidsubstrat), verstärkt mit
Glasfaser, für
das Trägersubstrat
verwendet. Eine TBGA oder TLGA wird durch Anbringen eines umfänglichen
Versteifers um eine Fläche
eines doppelseitigen flexiblen Trägersubstrates mit Durchkontakten
hergestellt und durch Befestigen und Formen eines Halbleiterchips
auf einer Ausnehmung, welche auf dem von dem umfänglichen Versteifer umgebenen
Trägersubstrat
ausgebildet ist. Die TBGA wird mit Lötkugeln auf der anderen Fläche des
Trägersubstrates
versehen, wohingegen die TLGA keine solche Lötkugeln aufweist.
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Die
Keramiken, welche für
das Trägersubstrat
von CBGA verwendet werden, sind jedoch teuer. Darüber hinaus
ist es schwierig, eine zuverlässige Bindung
in dem CBGA zu erhalten, da das keramische Trägersubstrat einen Wärmeexpansionskoeffizienten
aufweist, welcher viel niedriger ist als der von Glasepoxid (die
Hauptplatine). Es tritt nämlich
eine Trennung infolge des Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf. Ein Problem der PBGA ist, dass sich die Ausbeute bei der Herstellung
des Trägersubstrates
und seiner Verpackung in die Hauptplatine verschlechtert, da die
in dem Substrat enthaltenen Glasfasern ein Verziehen bzw. Verwerfen
und Spannung des Substrates erhöhen.
Obwohl teure doppelseitige flexible Substrate als Trägersubstrate
zur Verpackung solcher TBGA und TLGA verwendet werden, verhindert
die Flexibilität
die Flachheit des Substrates und so ist es schwierig, solche Substrate
in guter Ausbeute herzustellen.
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Im
Ergebnis sind herkömmliche
BGA und LGA teuer. Darüber
hinaus verursacht die große Spanne
zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des flexiblen Substrates und des Halbleiterchips eine schlechte
Bindungszuverlässigkeit,
wenn der Halbleiterchip an das Trägersubstrat gebunden wird und
wenn das gebundene Trägersubstrat
auf eine Glasepoxid-Hauptplatine montiert wird.
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Um
solche Probleme zu lösen,
zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen Chipträger mit ausgezeichneter
Bindungszuverlässigkeit
zu liefern und eine diesen verwendende Halbleitereinrichtung. Eine
ausgezeichnete Bindungszuverlässigkeit
zeigt sich, indem kein Bruch oder keine Trennung auftritt, wenn
die Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem LSI-Chip und dem Chipträger oder zwischen dem Chipträger und
der Hauptplatine in einer Halbleitereinrichtung verschieden sind,
welche leicht hergestellt wird und für verschiedene elektronische Einrichtungen
verwendet wird.
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Um
die oben erwähnten
Ziele zu erreichen, umfasst ein Chipträger der vorliegenden Erfindung ein
Trägersubstrat
und eine periphere bzw. umfängliche
Versteifung, welche am Umfang bzw. der Peripherie des Trägersubstrates
vorgesehen ist. Der umfängliche
Versteifer ist aus einem Material mit einem Wärmeexpansionskoeffizienten
hergestellt, der höher
ist als der des Trägersubstrates.
Das Trägersubstrat
umfasst ein flexibles Isoliersubstrat, das Aramidfaser als Verstärker enthält, erste
Kontakt- bzw. Anschlussflecken, welche auf einer Seite (Stirnseite) des
flexiblen Isoliersubstrates ausgebildet sind, und zweite Anschluss-
bzw. Kontaktflecken, welche auf der anderen Seite (Stirnseite) des
flexiblen Isoliersubstrates ausgebildet sind. Die ersten Anschlussflecken
und die zweiten Anschlussflecken sind integral miteinander über Löcher verbunden,
welche in das flexible Isoliermaterial gestanzt sind. Bei Verwendung
eines Chipträgers
der vorliegenden Erfindung wird das Trägersubstrat ohne Deformierung
flach gehalten, sogar wenn das Trägersubstrat bei hohen Temperaturen
während
der Packung bzw. des Aufbaus oder dem Austesten belassen wird, da
der umfängliche
Versteifer das Trägersubstrat
mit Spannung versieht. Im Ergebnis wird die Ausbeute bei der Packung
erhöht.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient
eines herkömmlichen
flexiblen Substrates, das einen Polyimidfilm verwendet, ist sehr
verschieden von dem eines Silicium-Halbleiterchips. Andererseits weist
ein Trägersubstrat,
das Aramidfaser als einen Verstärker
enthält,
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf, der verschieden von dem eines Silicium-Halbleiterchips ist.
Daher bricht das Trägersubstrat
der vorliegenden Erfindung infolge von Wärmezyklen, etc. während Zuverlässigkeitstest
im Wesentlichen nicht. Darüber
hinaus ist der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Trägersubstrates
niedriger als der der Glasepoxid umfassenden Hauptplatine und das
Trägersubstrat
ist flexibler als die Hauptplatine, wodurch sich eine Verlötung leicht
durchführen
lässt. Mit
anderen Worten wird Spannung auf den durch Löten verbundenen Teilen reduziert,
weil das Harz des Trägersubstrates
und das der Hauptplatine bei höheren
Temperaturen erweicht wird. Bei niedrigeren Temperaturen schrumpft
die Hauptplatine mehr als das Trägersubstrat,
und das Trägersubstrat
lockert sich, da der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Trägersubstrates
niedriger als der der Hauptplatine ist. Im Ergebnis wird Spannung
in den durch Löten
verbundenen Teilen reduziert.
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Bei
dem Chipträger
der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass der umfängliche
Versteifer Metalle umfasst, welche die oben angegebenen Erfordernisse
erfüllen.
Bei diesem bevorzugten Beispiel kann vom Halbleiterchip erzeugte
Wärme wirksamer abgestrahlt
werden; wenn der Chipträger,
welcher mit dem Halbleiterchip ausgerüstet ist, in einer elektronischen
Vorrichtung integriert und betrieben wird.
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Es
wird auch bevorzugt, dass der umfängliche Versteifer in einer
Zickzack-Form ausgebildet ist, so dass die von dem Halbleiterchip
erzeugte Wärme wirksamer
abgeleitet wird.
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Es
wird bevorzugt, dass das Trägersubstrat ein
mehrschichtiges Harzsubstrat mit inneren Durchbohrungen ist, wobei
die offenen Enden der Durchbohrungen nicht der Oberfläche des
flexiblen Isoliersubstrates ausgesetzt sind, so dass die Bindungsflecken
bzw. -pads freier angeordnet werden können, verglichen mit dem Fall
eines flexiblen Substrates mit Durchkontakten.
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Bei
dem Chipträger
wird bevorzugt, dass die ersten Kontakt- bzw. Bondingflecken und die zweiten Kontakt-
bzw. Bondingflecken in voneinander unterschiedlichen Mustern gebildet
werden, so dass die zweiten Kontaktflecken frei gemäß dem Schaltmuster
auf der Hauptleiterplatte angeordnet werden können. So kann sehr einfach
eine hochdichte Schaltung zur Verfügung gestellt werden.
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Es
wird auch bevorzugt, dass Kugeln auf der Oberfläche der zweiten Bondungsflecken
vorgesehen werden, so dass ein Löten
leicht durchgeführt werden
kann. Die Kugeln sind beispielsweise Lötkugeln für elektrisches Bonden.
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Eine
Halbleitereinrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Trägersubstrat,
eine umfängliche
Versteifung, die am Umfang des Trägersubstrates vorgesehen ist,
einen Halbleiterchip, der auf der Ausnehmung befestigt ist, die
durch das Trägersubstrat
und den umfänglichen
Versteifer gebildet ist. Der umfängliche
Versteifer wird aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
hergestellt, welcher höher
als der des Trägersubstrates
ist. Das Trägersubstrat
umfasst ein flexibles Isoliersubstrat, das Aramidfaser als einen
Verstärker
enthält,
erste Bondingflecken, die auf einer Fläche des flexiblen Isoliersubstrates
ausgebildet sind und zweite Bondingflecken, die auf der anderen
Fläche
des flexiblen Isoliersubstrates ausgebildet sind. Die ersten Kontakt-
bzw. Bondingflecken und die zweiten Kontakt- bzw. Bondingflecken
sind elektrisch miteinander über Durchkontakte
verbunden, welche in das flexible Isoliersubstrat gestanzt sind.
Da der Wärmeausdehnungskoeffizient
des umfänglichen
Versteifers höher als
der des Trägersubstrates
ist, wird das Trägersubstrat
infolge Zugspannung flach gehalten, sogar wenn die Halbleitervorrichtung
bei hohen Temperaturen in eine Hauptplatine gepackt wird. Im Ergebnis wird
sich der Chipträger
nicht verwerfen und die Halbleitereinrichtung wird wirksam vor Bruch
und Trennung, verursacht durch den Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten,
bewahrt.
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Bei
der Halbleitereinrichtung wird bevorzugt, dass der umfängliche
Versteifer mit Metallen gebildet wird, welche das oben erwähnte Erfordernis
erfüllen. Bei
dem bevorzugten Beispiel kann von dem Halbleiterchip erzeugte Wärme wirksamer
abgeleitet werden, wenn der mit dem Halbleiterchip ausgerüstete Chipträger in eine
elektronische Vorrichtung eingebaut und betrieben wird.
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Es
wird auch bevorzugt, dass der umfängliche Versteifer in einer
Zickzack-Form ausgebildet wird, so dass von dem Halbleiterchip erzeugte
Wärme wirksamer
abgeleitet werden kann. Es wird bevorzugt, dass das Trägersubstrat
ein mehrschichtiges Harzsubstrat mit innerem Durchkontakt ist, wobei
die offenen Enden der Durchkontakte nicht der Oberfläche des
flexiblen Isoliersubstrates ausgesetzt sind, so dass die Kontakt-
bzw. Bondingflecken freier im Vergleich zu dem Fall einer flexiblen
Platine mit Durchkontakten angeordnet werden kann. Es wird bevorzugt,
dass die ersten Kontaktflecken und die zweiten Kontaktflecken in
voneinander unterschiedlichen Mustern ausgebildet werden, so dass
die zweiten Kontaktflecken frei gemäß dem Schaltmuster auf der
Hauptleiterplatte angeordnet werden können und so eine hochdichte
Schaltung leicht vorgesehen wird. Es wird auch bevorzugt, dass die
Kugeln auf der Oberfläche
der zweiten Kontaktflecken vorgesehen werden, so dass ein leichtes
Löten durchgeführt werden
kann. Die Kugeln sind beispielsweise Lötkugeln für elektrisches Bonding.
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Bei
der Halbleitereinrichtung wird bevorzugt, dass der umfängliche
Versteifer dünner
als der Halbleiterchip ist, so dass die Dicke der Halbleitereinrichtung
gemäß der Dicke
des Halbleiterchips ohne Beschränkung
durch die Dicke des umfänglichen
Versteifers eingestellt werden kann.
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Bei
dem Halbleiter der Erfindung wird bevorzugt, dass der Halbleiterchip
flip-chip bestückt
wird, so dass die Entfernung zwischen dem Element in dem Halbleiterchip
zu den Gehäuse-
bzw. Bestückungskontaktflecken
(die zweiten Kontaktflecken) die kürzeste wird. Im Ergebnis können seine
Kapazitanz und Induktanz im Vergleich zu jenen herkömmlicher
Techniken reduziert werden und die elektrischen Eigenschaften können verbessert
werden.
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Bei
der Halbleitereinrichtung wird bevorzugt, dass der Halbleiterchip
flächenmatrixartige
Anschlusselektroden aufweist, so dass die elektrischen Eigenschaften
verbessert werden können.
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Bei
der Halbleitereinrichtung wird bevorzugt, dass eine gerippte Wärmesenke
vorgesehen ist, welche die obere Fläche des Halbleiterchips und
den Umfang des Chipträgers
abdeckt. Bei dieser Ausführungsform
wird bevorzugt, dass die während
des Betriebs der Halbleitervorrichtung erzeugte Wärme wirksam
abgestrahlt wird und die Zuverlässigkeit
der Halbleitervorrichtung und der elektrischen Anordnung verbessert
wird.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, welche einen Trägerchip einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, welche den Chipträger der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein mehrschichtiges Harzsubstrat
mit inneren Durchkontakten zeigt, welche für ein Trägersubstrat eines Chipträgers der
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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4 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein erste Beispiel einer Halbleitervorrichtung
zeigt.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein zweites Beispiel einer Halbleitervorrichtung
zeigt.
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6 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein drittes Beispiel einer Halbleitervorrichtung
zeigt.
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7 ist
eine schematische Ansicht des umfänglichen Versteifers, der bei
dem dritten Beispiel verwendet wird.
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8 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein viertes Beispiel einer Halbleitervorrichtung
zeigt.
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9 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein fünftes Beispiel einer Halbleitervorrichtung
zeigt.
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10 ist
eine Querschnittsansicht, welche ein sechstes Beispiel einer Halbleitervorrichtung zeigt.
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnungen
und Beispiele erklärt.
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Die 1 und 2 sind
Querschnittsansichten und perspektivische Ansichten, welche einen Chipträger einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen. In den 1 und 2 umfasst der
Chipträger
ein Trägersubstrat 108 und
einen umfänglichen
Versteifer 106. Das Trägersubstrat 108 umfasst
ein flexibles Isoliersubstrat 101, das durch Aramidfaser
verstärkt
ist, erste Bonding- bzw. Kontaktflächen 102, die auf
einer Oberfläche
des flexiblen Isoliersubstrates 101 ausgebildet sind, und
zweite Bonding- bzw. Kontaktflächen 105,
welche auf der anderen Seite der Platine 101 angeordnet
sind, sowie Durchkontakte 103, in welche Leiter 104 eingebettet
sind.
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Ein
Beispiel eines solchen flexiblen Isoliersubstrates 101,
das Aramidfasern als Verstärker
enthält,
ist ein Stoff oder Vliesstoff aus Aramidfasern, in welche Epoxidharz
imprägniert
ist. die ersten Kontaktflecken 102 und die zweiten Kontaktflecken 105 sind
beispielsweise Kupferfilme. Die ersten Kontaktflecken 102 und
die zweiten Kontaktflecken 105 sind elektrisch miteinander
durch Leiter 104 verbunden, welche in die Durchkontakte 103 eingebettet
sind. Die Leiter 104 werden durch Mischen von Epoxidharz mit
Kupferpulver hergestellt.
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Dieses
Trägersubstrat 108 ist
als ein mehrschichtiges Harz substrat mit inneren Durchkontakten bekannt.
Ein Beispiel ist ALIVH (eingetragene Marke), hergestellt von Matsushita
Electric Industrial Ltd. (siehe DENSHIZAIRYOU (Electronic Parts
and Materials) Okt. 1995, S. 50 – 58).
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Ein
umfänglicher
Versteifer 106 ist am Umfang des Trägersubstrates 108 mit
einem Kleber 107 angebracht. Der umfängliche Versteifer 106 ist
aus hohlem, rechteckförmigem
Glasepoxid gebildet (ein Komplex aus Glasfaser als Verstärker und
imprägniertem
Epoxidharz). Es ist ziemlich bevorzugt, dass das Trägersubstrat 108 und
der umfängliche
Versteifer 106 nicht zu fest miteinander verbunden sind. Handelsübliche doppelseitige
Klebebänder,
auf Silicium oder Epoxid basierende flexible Klebstoffe können zum
Kleben verwendet werden.
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Die
Gruppierung bzw. Matrix der ersten Kontaktflecken 102 entspricht
jener der Anschlusselektroden des Halbleiterchips, der auf diesem
Trägersubstrat 108 angeordnet
ist, und dem Bondingverfahren. Wenn die Anschlusselektroden des
Halbleiterchips umfänglich
gruppiert sind und es sich um eine Flip-Chip-Packung handelt, werden die ersten
Kontaktflecken 102 umgekehrt zu den Anschlusselektroden
des Halbleiterträgerchips
gruppiert. Wenn die Anschlusselektroden des Halbleiterchips über die
gesamte Chipoberfläche
verteilt sind, genannt Flächen-Pad-Typ oder Flächenmatrix-Typ,
werden sie ebenfalls umgekehrt angeordnet. Wenn der Halbleiterchip
und das Trägersubstrat 108 über einen
Draht verbunden werden, werden die ersten Kontaktflecken 102 den
Umfang des Halbleiterchips umgebend angeordnet.
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Bei
dieser Ausführungsform
umfasst der umfängliche
Versteifer 106 Glasepoxid und seine Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt 15 ppm/°C. Das Trägersubstrat 108 ist
ein Komplex aus Kupferfilmen, Aramidfaser und Harz und sein Wärmeausdehnungskoeffizient
hängt vom
Verhältnis
der mit dem Kupferfilm bedeckten Oberflä che zur Gesamtoberfläche ab.
Bei dieser Ausführungsform
beträgt
er 6 bis 10 ppm/°C.
Mit anderen Worten, der umfängliche Versteifer 106 ist
so ausgeführt,
dass er einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, der höher
ist als der des Trägersubstrates 108.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient
des umfänglichen
Versteifers 106 ist bevorzugt höher als der des Trägersubstrates 108,
und zwar um 3 bis 20 ppm/°C,
bevorzugter 5 bis 10 ppm/°C.
Bei dieser Ausführungsform
unterliegt das Trägersubstrat 108 dem
Einfluss der Zugspannung, wenn der Halbleiterchip auf dem Chipträger befestigt
und unter Verwendung von Harz bei hohen Temperaturen angeklebt wird.
Als ein Ergebnis wird das Trägersubstrat
in einem flachen Zustand ohne Deformation gehalten und damit wird
die Herstellungsausbeute verbessert.
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Wie
oben erwähnt,
wird die Halbleitervorrichtung, umfassend einen Chipträger und
einen Halbleiterchip, durch den umfänglichen Versteifer 106 in
einem flachen Zustand gehalten, so dass die flache Oberfläche eingehalten
werden kann, wenn diese Halbleitervorrichtung in eine Hauptplatine
eingepackt wird. Daher kann die Packung leicht durchgeführt werden
und die Bindungszuverlässigkeit
ist verbessert. Die Bindungszuverlässigkeit wird noch höher sein,
sogar nachdem die Halbleitervorrichtung in die Glasepoxid-Hauptplatine
eingelötet
wird. Das Trägersubstrat
und die Hauptplatine werden durch Löten bei hohen Temperaturen
bis zu 200°C
verbunden und beide beginnen während
des Abkühlens
zu schrumpfen. Das Trägersubstrat
löst sich
jedoch infolge seiner niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und
die Spannung wird nicht gehalten, da das Trägersubstrat flexibel ist. Dieses
Verhältnis
kann aufrecht erhalten werden, sogar wenn die Temperatur niedriger
als Raumtemperatur ist.
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Eine
Halbleitervorrichtung, umfassend ein Trägersubstrat, hergestellt aus
Polyimidband etc., weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf, welcher viel höher
als der von Glasepoxid ist (30 bis 40 ppm/°C), so dass die Zugfestigkeit
beim Abkühlen größer sein
wird. Die Spannung wird darüber
hinaus bei niedrigeren Temperaturen erhöht und als Ergebnis werden
die Verbindungsstellen aufgrund der Wärmezyklen gebrochen.
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Das
Trägersubstrat,
das in 1 gezeigt ist, kann einzeln hergestellt oder als
Band zum Zwecke der Massenproduktion erzeugt werden. Die Materialien
des umfänglichen
Versteifers können
aus verschiedenen Typen ausgewählt
werden, wie Metallen, Keramiken und Harze. Obwohl das Substrat in 1 ein
doppelseitiges Substrat ist, beschränkt das die vorliegende Erfindung
nicht darauf, es sind nämlich auch
mehrschichtige Substrate verwendbar.
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
welche ein mehrschichtiges Harzsubstrat mit inneren Durchkontakten
zeigt. Wie in 3 gezeigt ist, sind die ersten
Kontaktflecken 102 und die zweiten Kontaktflecken 105 miteinander über Durchkontakte 103 verbunden,
welche in den Isoliersubstraten (101a, 101b und 101c),
welche jede Schicht zusammensetzen, ausgebildet. Die Durchkontakte
bzw. Durchbohrungen sind mit Leitern (104a, 104b und 104c)
ausgefüllt,
welche aus leitfähiger
Paste hergestellt sind. Die ersten Kontaktflecken 102 sind
auf der äußersten
Oberfläche
vorgesehen, so dass die offenen Enden der Durchkontakte 103 nicht
ausgesetzt sind. Bei dieser Ausführungsform
sind die ersten Kontaktflecken 102 auf dem mehrschichtigen
Harzsubstrat mit inneren Durchkontakten (Trägersubstrat 108) entsprechend
dem Anschlusselektrodenmuster des LSI-Chips ausgebildet, das auf
der Oberfläche befestigt
ist. Das Muster der zweiten Kontaktflecken 105 kann durch
das Verdrahtungsmuster der inneren Schichten des mehrschichtigen
Substrates mit inneren Durchkontakten variieren, um dem Verdrahtungs- bzw.
Leitungsmuster der Hauptleiterplatte zu entsprechen.
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Wenn
das oben erwähnte
mehrschichtige Substrat mit Durchkontakten als Trägersubstrat 108 verwendet
wird, kann der Einfluss von elektromagnetischer Strahlung und Rauschen
etc. durch Vorsehen einer Erdungs- und Energiequellenschicht auf
dem Verdrahtungs- bzw. Leitungsabschnitt der inneren Schicht verhindert
werden. Verbindung mit feinerer Verteilung wird durch Verwendung
eines mehrschichtigen Harzsubstrates mit inneren Durchkontakten realisiert
und so können
kleinere Halbleitervorrichtungen hergestellt werden.
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Diese
Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt, worin
ein doppelschichtiges Substrat und ein mehrschichtiges Substrat
mit inneren Durchkontakten als Trägersubstrate verwendet werden,
sondern es kann auch ein gewöhnliches
mehrschichtiges Substrat mit Durchbohrungen verwendet werden. Wie
oben erwähnt worden
ist, ist es wesentlich, Aramidfaser als Verstärker zur Herstellung des Trägersubstrates
zu verwenden. Obwohl einige andere Materialien das Wärmeexpansionskoeffizienten-Verhältnis einhalten
können,
ist ein Trägersubstrat,
das Aramidfaser als Verstärker
enthält,
das Beste für
das Substratmaterial, weil der absolute Wert seines Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich zu
dem des Halbleiterchips (Silicium) ist. Aus der obigen Erläuterung
ist auch ersichtlich, dass diese Struktur ein besseres Ergebnis liefert
als ein Trägersubstrat
mit einem Polyimidfilm.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es auch möglich,
Kugeln auf den Oberflächen
der zweiten Kontaktflächen
des Trägersubstrates
vorzusehen, um bei der Konstruktion der Hauptplatine gegenüber zu liegen,
wie im Falle von BGA, TBGA oder PBGA. Diese Struktur resultiert
in einem einfachen Löten.
Obwohl im Allgemeinen Lötkugeln
verwendet werden, werden seit kurzem auch Kupferkugeln verwendet.
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Im
Folgenden wird eine einen Chipträger
der vorliegenden Erfindung verwendende Halbleitereinrichtung der
vorliegenden Erfindung erläutert.
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4 zeigt
eine Halbleitereinrichtung in einem ersten Beispiel, bei dem der
Chipträger
der Ausführungsform
verwendet wird. Bei dem ersten Beispiel wird ein zweiseitiges Substrat
mit inneren Durchkontakten (ALIVH), umfassend ein Aramidfaservlies
und Epoxidharz, als flexibles Isoliersubstrat 101 verwendet,
das das Trägersubstrat 108 bildet. Die
ersten Kontaktflecken 105 sind Kupferfilme und die Oberfläche ist
mit Au/Ni beschichtet bzw. plattiert.
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Wie
in 4 gezeigt ist, wird die Halbleitervorrichtung
des ersten Beispiels hergestellt, indem ein LSI-Chip 201 auf
der hohlen rechtwinkligen Ausnehmung montiert wird, die durch den
umfänglichen Versteifer 106 des
in 1 gezeigten Chipträgers definiert ist. Ein Schutzfilm 203 ist
auf dem LSI-Chip 201 ausgebildet und Anschlusselektroden 202 (dünne Filme
aus Aluminium) sind an den in diesem Schutzfilm vorgesehenen Fenstern
ausgebildet. Goldbumpen bzw. -anschlüsse 204 sind an den
Anschlusselektroden 202 unter Verwendung einer Drahtbindungsvorrichtung
ausgebildet. Der LSI-Chip wurde nach unten gedreht, um den Positionen
der Anschlusselektroden mit den ersten Kontaktflecken auf dem Trägersubstrat übereinzustimmen,
und dann auf dem Trägersubstrat
unter Zwischenlagerung des leitfähigen
Klebstoffes 206 befestigt. Nachdem der leitfähige Klebstoff
bei 120°C
ausgehärtet
war, wurde ein Dichtmittel 205 in den Spalt zwischen dem
Trägersubstrat
und dem Halbleiterchip gegossen und bei 150°C ausgehärtet. Das Trägersubstrat
ist während
dieses Verfahrens noch flach und Probleme, wie Deformierung, werden
beim Montieren des LSI-Chips nicht auftreten. Dieses Verfahren zur
Konstruktion eines Halbleiterchips ist im Allgemeinen als Ansatzbumpen-Flip-Chip-Konstruktion bekannt.
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Die
elektrischen Eigenschaften dieser Erfindung werden bemerkenswert
verbessert, wenn ein Halbleiterchip mit flächenmatrixartigen Anschlusselektroden
unter Verwendung dieser Flip-Chip-Konstruktion aufgebaut wird, da der
Abstand zwischen den Elementen innerhalb des Halbleiterchips und den
Kontaktflecken des Gehäuses
(die zweiten Kontaktflecken) verkürzt wird und im Ergebnis Kapazitanz
und Induktanz im Vergleich mit jener der herkömmlichen Techniken verbessert
werden können. Daher
liefert dieses Verfahren die beste Konstruktion für Halbleiterchips,
welche für
Hochgeschwindigkeitssignale vorgesehen sind.
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Bei
dem ersten Beispiel kann ein dünnes Substrat
von etwa 0,1 mm für
das Trägersubstrat 108 verwendet
werden, so dass die Gesamtdicke der Halbleitervorrichtung auf 0,6
mm oder weniger einstellbar ist. Es wird bevorzugt, dass der umfängliche Versteifer
dünner
als der Halbleiterchip ausgebildet wird, so dass der umfängliche
Versteifer die Dicke nicht beschränken wird. Die Rückseite
des Halbleiterchips (LSI-Chip) einer Halbleitervorrichtung der vorliegenden
Erfindung ist exponiert, so dass Wärme rasch abgestrahlt wird.
Die gerippte Wärmesenke kann
direkt angeordnet sein. Bei dieser Struktur ist ein (Press-)-Formen nicht erforderlich,
und es tritt keine zusätzliche
Belastung bzw. Spannung auf, da die Rückseite des LSI-Chips frei
gelassen werden kann. Daher ist die Zuverlässigkeit verbessert.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Flip-Chip-Konstruktion beschränkt. Eine
andere Konstruktionsmethode ist die, dass der LSI-Chip nach vorne
gedreht und an dem Trägersubstrat
befestigt wird und die Anschlusselektroden an dem LSI-Chip, und
die ersten Kontaktflecken auf dem Trägersubstrat werden durch Drahtbindung
verbunden. Bei diesem Verfahren sollte die Oberfläche des
LSI-Chips und des Trägersubstrates
(press-)geformt sein.
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5 zeigt
eine Halbleitervorrichtung des zweiten Beispiels, worin der Chipträger der
Ausführungsform
dieser Erfindung verwendet wird. Das zweite Beispiel soll die Halbleitervorrichtung
durch Vorsehen eines umfänglichen
Versteifers 106 um den Halbleiterchip 201 miniaturisieren.
In diesem Fall wird das Dichtmittel 205 auch in die Lücke zwischen Halbleitervorrichtung 201 und
umfänglichem
Versteifer 107 (106) gefüllt.
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6 zeigt
die Halbleitervorrichtung des dritten Beispiels, worin der Chipträger der
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei dem dritten Beispiel
ist der umfängliche
Versteifer 106 der Halbleitervorrichtung des zweiten Beispiels aus
Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit
hergestellt, um die Wärmeabstrahlungseigenschaften
zu verbessern. Das in 6 gezeigte dritte Beispiel ist ähnlich zu
dem in 5 gezeigten zweiten Beispiel, mit der Ausnahme
von Materialien und Form des umfänglichen
Versteifers 106. Das Material wird vorzugsweise aus Metallen
ausgewählt.
Obwohl Metalle gute Wärmeleitfähigkeit
aufweisen, wie Aluminium und Kupfer, welche bevorzugt sind, können auch
andere Metalle verwendet werden. Formen, welche die Wärmeemission
stimulieren, werden bevorzugt. Bei dem dritten Beispiel ist der
umfängliche
Versteifer in einer Zickzack-Form ausgebildet, um den Oberflächenbereich
zu vergrößern und
damit die Wärmeemission
zu beschleunigen, wie in 7 gezeigt ist. Wie beispielsweise
aus 7 gesehen werden kann, kann die Form des umfänglichen
Versteifers eine kompakte sinusförmige
Konfiguration aufweisen. Dieser metallische, zickzackförmige, umfängliche
Versteifer 106 kontrolliert die Zugfestigkeit, welche auf
das Trägersubstrat
angewendet wird. Die Zugfestigkeit wird durch den Unterschied der
Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Trägersubstrat 108 und
dem peripheren Versteifer 106 verursacht.
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8 zeigt
die Halbleitervorrichtung des vierten Beispiels, in welchem der
Chipträger
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei dem vierten Beispiel
ist eine gerippte Wärmesenke 601 (Aluminium
etc.) mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit
auf der Oberfläche
des LSI-Chips angebracht, wie in Beispiel 1 beschrieben, und zwar unter
Verwendung eines Klebstoffes 602 mit guter Wärmeleitfähigkeit.
Auf diese Weise kann Wärme leicht
abgestrahlt werden, sogar wenn ein Halbleiterchip verwendet wird,
der viel Wärme
erzeugt. Die Abstrahlungseigenschaft ist besonders gut, da die gerippte
Wärmesenke
direkt auf der Rückseite
des Halbleiterchips befestigt ist.
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9 zeigt
eine Halbleitervorrichtung des fünften
Beispiels, in welchem ein Chipträger
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei diesem Beispiel ist
eine gerippte Wärmesenke 601 (Aluminium
etc.) mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit
auf der Oberfläche
des in den zweiten und dritten Beispielen erklärten LSI-Chips befestigt, indem
ein Klebstoff 602 mit guter Wärmeleitfähigkeit verwendet wird. Auf
diese Weise kann ebenfalls Wärme
leicht abgestrahlt werden, sogar wenn ein Halbleiterchip verwendet
wird, welcher viel Wärme
erzeugt. Ähnlich
wie oben, ist die Abstrahlungseigenschaft besonders gut, da die
gerippte Wärmesenke
direkt auf der Rückseite
des Halbleiterchips befestigt ist.
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10 zeigt
eine Halbleitervorrichtung des sechsten Beispiels, worin ein Chipträger der
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei diesem sechsten Beispiel
ist eine gerippte Wärmesenke 701 auf
dem umfänglichen
Versteifer 106 durch einen Klebstoff 702 vorgesehen.
Während die
gerippte Wärmesenke 601 des
fünften
Beispiels nur an der oberen Fläche
des LSI-Chips 201, der die Halbleitervorrichtung umfasst,
vorgesehen ist, ist die gerippte Wärmesenke (eine kronenkranzför mige Wärmesenke) 701 nicht
nur auf der oberen Oberfläche
des LSI-Chips sondern auch am Umfang des umfänglichen Versteifers 106 vorgesehen,
so dass die gerippte Wärmesenke 701 den
umfänglichen
Versteifer umgibt. Auf diese Weise kann Wärme wirksam abgestrahlt werden,
sogar wenn eine leistungsfähigere
Halbleitervorrichtung integriert bzw. aufgebaut wird.
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Obwohl
Kontaktierung bzw. Bindung bzw. Bonding zwischen den Halbleiterchips
und den Trägersubstraten
bei den obigen Beispielen hauptsächlich
durch die Anschlussbumpen-Flip-Chip-Konstruktion durchgeführt wird,
ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt; andere
Verfahren, wie ein Bondingverfahren unter Verwendung von Lötkugeln (C4-Verfahren)
stehen ebenfalls zur Verfügung.
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Obwohl
ein Halbleiterchip für
jedes Beispiel dieser Erfindung verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt;
viele Halbleiterchips können
zu einem Multichip-Modul (MCM) zusammengefasst werden.
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Es
ist auch möglich,
ein MCM-Komposit durch Befestigen eines QFP herzustellen, welcher nicht
nur für
einen nackten Halbleiterchip verwendet wird, sondern auch für einen
gepackten Halbleiterchip, SMD-Technik. Es ist des Weiteren möglich, passive
Teile wie einen Kondensator und einen Resistor zu befestigen.
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Wie
oben erwähnt,
liefert die vorliegende Erfindung einen Chipträger, dessen Trägersubstrat
sich nicht wirft oder irgendwelche anderen Deformationen zeigt,
sogar wenn der Halbleiter während
des Herstellungsverfahrens bei hohen Temperaturen gehalten wird.
Im Ergebnis ist die Herstellungsausbeute verbessert. Darüber hinaus
weist eine Halbleitervorrichtung, welche den Chipträger umfasst,
eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit
im Bonden zwischen dem LSI-Typ und dem Trägersubstrat auf und eine hoch
zuverlässige
Bindung kann erhalten werden, wenn die Halbleitervorrichtung in
eine Hauptplatine gepackt bzw. integriert wird.