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Dokumentenidentifikation DE102005002862A1 27.07.2006
Titel Vefahren zur Herstellung eines FBGA-Bauelementes und Substrat zur Durchführung des Verfahrens
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Kroehnert, Steffen, 01109 Dresden, DE;
Kahlisch, Knut, 01109 Dresden, DE;
Uhlmann, Rüdiger, Dr., 01109 Dresden, DE;
Bender, Carsten, Dr. phil. nat., 01109 Dresden, DE
Vertreter Patentanwälte Lippert, Stachow & Partner, 01309 Dresden
DE-Anmeldedatum 20.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005002862
Offenlegungstag 27.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2006
IPC-Hauptklasse H01L 21/56(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/60(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01L 23/498(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Der Erfindung, die ein Verfahren betrifft, bei dem auf einer Chipseite eines Substrates ein Halbleiterchip, das mit einer Leiterstruktur auf dem Substrat elektrisch leitend verbunden wird, auf einer Lotkugelseite des Substrates auf Ballpads der Leiterstruktur Logkugeln aufgebracht werden, die Lotkugelseite mit einer Maske aus einem Lötstopplack versehen wird, eine Vergussform zur Erzeugung eines unteren Gehäuseteils auf die Lotkugelseite drückt und die Vergussform mit Vergussmasse gefüllt wird, und ein Substrat zur Durchführung des Verfahrens, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung der Vergussform für den unteren Gehäuseteil auf der Lotkugelseite gegenüber der Substratoberfläche zu verbessern und dabei die Gefahr des Substratbruches und den Herstellungsaufwand von Vergussformen zu verringern und deren Standzeiten zu erhöhen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch gelöst, dass die Substratoberfläche auf der Logkugelseite zumindest in dem Bereich, in dem die Vergussform an der Substratoberfläche der Lotkugelseite angelenkt wird, derart als Dichtbereich ausgebildet wird, dass die Substratoberfläche mit Dichtungselementen versehen wird, mit denen die Vergussform eine dichtende Verbindung eingeht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei dem auf einer Chipseite eines Substrates ein Halbleiterchip montiert wird, das mit einer Leiterstruktur auf dem Substrat Elektrisch leitend verbunden wird, auf einer Lotkugelseite des Substrates auf Ballpads der Leiterstruktur Lotkugeln aufgebracht werden, die Lotkugelseite mit einer Maske aus einem Lötstopplack versehen wird, eine Vergussform zur Erzeugung eines unteren Gehäuseteiles auf die Lotkugelseite gedrückt und die Vergussform mit Vergussmasse gefüllt wird, und ein Substrat zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden Halbleiterchips auf Substraten montiert. Dabei können auch mehrere Halbleiterchips übereinander montiert werden. Ein Substrat weist eine Leiterstruktur auf, die der Verbindung des Halbleiterchips mit einer äußeren Beschaltung dienen. Die Leiterstruktur besteht aus Leitbahnen, Kontaktpads und Ballpads.

Zur Verbindung der Leiterstrukturen mit einer äußeren Beschaltung sind FBGA-Gehäuse (FBGA= Fine Ball Grid Array) bekannt. Dabei weist das Substrat eine Chipseite auf, auf der das Chip oder der Chipstapel montiert wird. Der Chipseite gegenüber liegt eine Lotkugelseite des Substrates. Auf dieser Lotkugelseite sind die Leiterstrukturen, zumindest jedoch Teile der Leiterstrukturen angeordnet.

In einer Ausführungsform von FBGA-Gehäusen wird das Halbleiterchip (im Falle von Chipstapel das untere Halbleiterchip) mit seinen Bondpads zu der Chipseite des Substrates gerichtet auf die Chipseite des Substrates montiert. In dem Substrat ist dabei ein Bondkanal vorgesehen. Dieser besteht aus einer Öffnung in dem Substrat, vorzugsweise in Form eines länglichen Schlitzes oder eines viereckigen Loches. Durch den Bondkanal hindurch werden Drahtbrücken von den Bondpads auf dem Halbleiterchip zu entsprechenden Kontaktinseln in der Leiterstruktur auf der Lotkugelseite zur elektrischen Verbindung des Halbleiterchips mit den Leitbahnen der Leiterstruktur gezogen.

Die Ballpads der Leiterstruktur sind auf der Lotkugelseite angeordnet. Diese Ballpads werden mit Lotkugeln versehen, über die dann in einem späteren Prozess das Halbleiterbauelement mit der äußeren Beschaltung, beispielsweise auf einer Leiterplatte, montiert und elektrisch leitend verbunden werden kann. Hierzu wird das Lot bis zur Schmelze erwärmt. Um zu vermeiden, dass dann das Lot aus den Lotkugeln unkontrolliert abfließt, wird die Lotkugelseite mit einem Lötstopplack beschichtet, der so strukturiert ist, dass ein solch unkontrollierter Lotabfluss während des späteren Montageprozesses vermieden wird.

Zur Stabilisierung des gesamten Halbleiterbauelementes wird dieses mit einem Gehäuse aus einer Vergussmasse versehen. Dieses Gehäuse besteht aus einem oberen Gehäuseteil auf der Chipseite und – bei FBGA-Gehäusen mit einem Bondkanal – aus einem unteren Gehäuseteil auf der Lotkugelseite. Durch den unteren Gehäuseteil werden insbesondere auch die Bonddrähte geschützt, die durch den Bondkanal geführt sind, indem der Bondkanal mit Formung des unteren Gehäuseteiles mit Vergussmasse gefüllt wird und die Bonddrähte so mit Vergussmasse eingehüllt werden.

Zur Formung dieser Gehäuseteile werden Vergussformen verwendet, die die Negativform der Gehäuseteile aufweisen. Um die Negativform eines Gehäuseteiles herum ist die Vergussform mit einem Dichtsteg versehen. Bei der Herstellung der Gehäuseteile wird die Vergussform auf die jeweilige Substratseite aufgelegt und mit einer Andruckkraft auf die jeweilige Substratseite gedrückt. Dabei schließen die Negativformen die zu vergießenden Teile des Halbleiterbauelementes ein. In diese Negativformen wird dann Vergussmasse eingedrückt. Dabei sollen der Dichtsteg und die Andruckkraft einen Ausfluss von Vergussmasse aus der Negativform verhindern. Es hat sich jedoch in praxi gezeigt, dass dies nur unzureichend gelingt.

Die Vergussmasse wird nämlich bei dem Vergießen auf eine Temperatur von ca. 180°C erwärmt, wodurch sie sehr dünnflüssig ist und dadurch zwischen Substratseite und Dichtsteg hervortritt. Selbst bei guter Abdichtung findet noch ein so genanntes "Bluten" statt, bei dem Komponenten der Vergussmasse, wie Harzkomponenten, durch die Abdichtung hindurch treten.

Dieses ist insbesondere bei der Formung des unteren Gehäuseteiles auf der Lotkugelseite nachteilig, da dieses austretende Vergussmaterial auch auf die Lotkugeln oder in deren Umgebung gelangen kann und damit spätere Montagprozesse, wie das Auflöten, negativ beeinflussen. Diese Problematik wird dadurch verschärft, dass bei FBGA-Gehäusen mit einem unteren Gehäuseteil in aller Regel auf der Lotkugelseite die Leiterstruktur angeordnet ist. Die Leiterstruktur besteht aus Metallleitbahnen, die über die übrige Substratoberfläche erhaben sind. Dadurch treten Undichtheiten zwischen der Vergussform und der Substratoberfläche auf der Lotkugelseite auf, da die Oberfläche nicht eben ist.

Zur Vermeidung dieses Problems sind verschiedene Maßnamen möglich. Zum einen kann die Andruckkraft erhöht werden. Insbesondere kann dies durch eine Erhöhung des Transferdruckes, d.h. durch Gegeneinanderdrücken der Vergussformen für den oberen und den unteren Gehäuseteil geschehen.

Allerdings hat eine Erhöhung der Andruckkraft den Nachteil, dass das Substrat einer sehr hohen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt wird, was zum Substratbruch führen kann.

Eine weitere Möglichkeit der Verbesserung der Dichtung zwischen Vergussform und Substratoberfläche besteht darin, die Dichtstege der Vergussform für die unteren Gehäuseteile sehr schmal zu halten, bis dahin, dass sie die Form einer Schneide aufweisen. Dadurch wird die Flächenpressung zwischen Dichtsteg und erhöht und die Dichtstege können in die Substratoberfläche der Lotkugelseite, d.h. in den darauf befindlichen Lötstopplack eindringen.

Eine derartige Gestaltung von Vergussformen erfordert sehr geringe Fertigungstoleranzen, was zu einer kostenaufwändigen Fertigung führt. Andererseits sind die Standzeiten dieser Vergussformen gering, da geringste Beschädigungen des Dichtsteges zur Unbrauchbarkeit der Vergussform führen. Schließlich wird bei einer Kombination der schmalen Stege mit einer Erhöhung der Andruckkraft die Problematik des Substratbruches noch weiter erhöht.

Weiterhin wurde eine Fixierung der Vergussform durch Vakuum vorgesehen. Dies führt zu einer möglichst gleichmäßigen Verteilung einer Andruckkraft, vermeidet jedoch die Gefahr des Substratbruches nicht.

Schließlich besteht eine Möglichkeit zur Verringerung des Blutens darin, Vergussmasse mit geringerer Viskosität einzusetzen. Mit einer auf diese Weise verringerten Fließfähigkeit wird erreicht, dass Vergussmasse schwerer durch Undichtheiten zwischen der Vergussform und der Oberfläche auf der Lotkugelseite hindurch treten kann. Allerdings ist die Konzipierung einer derartigen Vergussmasse mit erheblichen Kosten verbunden. Außerdem lässt die geringere Fließfähigkeit Probleme bei dem Gießprozess selbst entstehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Abdichtung der Vergussform für den unteren Gehäuseteil auf der Lotkugelseite gegenüber deren Substratoberfläche zu verbessern und dabei die Gefahr des Substratbruches und den Herstellungsaufwand von Vergussformen zu verringern und deren Standzeiten zu erhöhen.

Die erfindungsgemäße Aufgabenstellung wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass die Substratoberfläche auf der Lotkugelseite zumindest in dem Bereich, in dem die Vergussform an der Substratoberfläche der Lotkugelseite angelegt wird, derart als Dichtbereich ausgebildet wird, dass die Substratoberfläche mit Dichtungselementen versehen wird. Mit diesen Dichtungselementen geht die Vergussform eine dichtende Verbindung ein.

Durch diese Lösung wird erreicht, dass die Dichtung zwischen der Vergussform und der Substratoberfläche im Gegensatz zum Stand der Technik nicht durch die Vergussform sondern durch das Substrat realisiert wird. Damit sinken die Anforderungen an die Vergussform und somit haben eventuelle Beschädigungen an der Vergussform einen erheblich geringeren Einfluss auf die Dichtung als beim Stand der Technik. Die Dichtung zwischen Substrat und der Vergussform wird durch das jeweilige Substrat realisiert. Kommt es zu eventuellen Undichtheiten, so werden diese Fehler nur an dem einen Substrat auftreten und sich nicht bei mehreren Substraten reproduzieren.

In einer günstigen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Leiterstruktur derart strukturiert wird, dass in den Dichtbereich zwischen den einzelnen Leitbahnen ein minimaler lateraler Abstand besteht. Zumindest im Dichtbereich werden damit die Leitbahnen besonders ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Leitbahnen in diesem Bereich Flächenerweiterungen aufweisen, so dass sich die einzelnen Leitbahnen bis auf einen minimalen Abstand einander nähern. Damit wird erreicht, dass die Leitbahnen im Dichtbereich nahezu eine geschlossene Oberfläche bilden, wodurch die Dichtwirkung erheblich verbessert wird.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Lötstopplackes zumindest im Dichtbereich uneben strukturiert wird. Beim Annähern des Vergusswerkzeuges an die Oberfläche des Lötstopplackes wird diese sodann an den erhabensten Teilen der Oberflächenstruktur zuerst anlegen. Damit wirkt in diesen Bereichen die Andruckkraft mit einer besonders großen Flächenpressung, wodurch der Lötstopplack in die Bereiche der daneben liegenden Vertiefungen gedrückt wird. Folglich wird somit durch den Lötstopplack selbst eine Dichtfläche zwischen der Vergussform und der Substratoberfläche, in diesem Falle der Lötstopplackoberfläche, geschaffen.

Hierbei ist es möglich, dass die Unebenheiten in der Oberfläche des Lötstopplackes durch einen photolithografischen Prozess oder durch einen mechanischen Prozess, insbesondere durch einen Pressvorgang strukturiert werden.

Beide Varianten bewirken den gleichen Effekt, nämlich dass die erhabensten Teile durch die Vergussform in die weniger erhabenen „Täler" gedrückt werden, da der Lötstopplack eine gewisse Flexibilität aufweist.

Hinsichtlich der Struktur der Oberfläche kann eine Rillenstruktur erzeugt werden, bei der neben einander längs erstreckte Vertiefungen und Erhebungen in einer Richtung verlaufen. Durch diese Rillen- oder Wellenstruktur wird der Effekt des Hineindrückens von „Wellenbergen" in „Wellentäler" bewirkt, wenn das Vergusswerkzeug in irgendeiner Weise quer zu der Richtung aufgesetzt wird. Aus diesem Grunde ist es besonders zweckmäßig, dass in Bereichen des Dichtbereiches, die eine Längserstreckung aufweisen, die Vertiefungen und Erhebungen quer zur Richtung der Längserstreckung eingebracht werden.

Hinsichtlich der Form der Rillen ist sowohl eine Wellenform als auch Mäanderform oder eine Zick-Zack-Form des Querschnittes möglich.

Zur Herstellung einer gewissen Unabhängigkeit der unebenen Struktur von der Richtung der Andruckflächen der Vergussform ist es in einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Oberfläche der Rasterstruktur in der Art erzeugt wird, dass sich in einer ersten Richtung verlaufende nebeneinander liegende erste Vertiefungen und Erhebungen mit in einer zweiten Richtung verlaufenden nebeneinander liegenden zweiten Vertiefungen und Erhebungen kreuzen. Bei dieser Variante wird in jedem Falle eine hervorstehende Erhebung des Lötstopplackes in eine daneben liegende Vertiefung gedrückt werden können, wodurch die Dichtung erheblich verbessert wird.

In einer dritten Möglichkeit der Gestaltung der Unebenheiten in der Substratoberfläche wird von einer ungeordneten Unebenheit Gebrauch gemacht, indem die Oberfläche geschrumpelt wird. Dabei nimmt sie die Form einer Apfelsinenhaut ein, die in ungeordneter Art und Weise Erhebungen und Vertiefungen nebeneinander entstehen lässt.

Dieses Schrumpeln kann zum einen dadurch erzeugt werden, dass die Lötstopplackmaske nach dem Auftragen einem thermischen Prozess ausgesetzt wird. In Folge dieses thermischen Prozesses finden Oberflächenveränderungen der Art statt, dass sich Teile des Lötstopplackes zusammen ziehen. Durch dieses Zusammenziehen entsteht sodann eine ungleichmäßig unebene Oberfläche.

In einer anderen Variante der Erzeugung einer geschrumpelten Oberfläche besteht darin, dass dem Lötstopplack vor dem Aufbringen eine die Unebenheiten in der Oberfläche bewirkende chemische oder mechanische Beimengung zugegeben wird.

Bei einer chemischen Beimengung wird sich in aller Regel diese Beimengung in dem Lötstopplack ungleichmäßig verteilen und sodann zu ungleichmäßigen Lackaufträgen oder einem Zusammenziehen des Lackes in Bereichen führen.

Bei der Beimengung von mechanischen Mitteln kann es sich in um flexible Beimengungen handeln, die eine gewisse Körnigkeit aufweisen. Durch diese Beimengung wird die Oberfläche einerseits uneben und andererseits bewirkt die Flexibilität dieser Beimengungen, dass sich die Oberfläche der Lötstoppmaske der Vergussform sehr gut annähert.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Lötstopplack uneben aufgetragen wird. In aller Regel wird man bemüht sein, den Lötstopplack mit einer gewissen Ebenheit, beispielsweise durch ein Spin-Off-Verfahren oder ein gleichmäßiges Spritzverfahren, zu gestalten. Beim bewusst unebenen Auftragen des Lackes wird insbesondere die Spitzauftragung des Lackes zum Erfolg führen. Wird nämlich das Spritzen mit einem wenig viskosen Lack vorgenommen, so gleichen sich die einzelnen Spritztröpfchen nur ungenügend auf der Oberfläche aus und es entsteht dadurch eine Unebenheit, die ihrerseits wiederum zu dem Ausgleich der Lötstopplackoberfläche bei einer Berührung der Vergussform im Bereich der Dichtfläche führt.

Eine andere Möglichkeit der Gestaltung der Dichtfläche besteht darin, dass die Substratoberfläche im Dichtbereich eine Schicht aus elastischem Material erhält. Diese Schicht kann als Erhebung aufgebracht werden. Insbesondere eignet sich bei dieser dichtenden Erhebung ein Silikon, was eine sehr gute Elastizität aufweist. Damit ist direkt eine gummiartige Dichtung im Bereich der Berührung der Vergussform mit der Substratoberfläche vorgesehen, so dass auch bereits geringste Andruckkräfte zu einer ausgezeichneten Dichtung führen.

Alle die vorgenannten Maßnahmen stören nachfolgende Prozesse nicht, bei denen es ja lediglich darauf ankommt, dass die Lotkugeln beim Schmelzen durch den Lötstopplack von einem Abfließen behindert werden. Welche Oberflächenstruktur der Lötstopplack aufweist, ist für diesen Erfolg unabhängig. Genauso wenig störend sind auch unebene Erhebungen, wie in der letztgenannten Variante des Verfahrens vorgesehen.

Die Erfindung wird anordnungsseitig auch durch ein Substrat der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Substratoberfläche auf der Lotkugelseite einen Dichtbereich für eine bei der Herstellung aufzusetzende Vergussform aufweist, in dem die Substratoberfläche mit Dichtungselementen zur dichtenden Verbindung mit der Vergussform vorgesehen ist. Mit einem derartigen Substrat kann bereits der Substrathersteller dafür Sorge tragen, dass in einem späteren Vergussprozess die Dichtheit zwischen der Vergussform und der Substratoberfläche gewährleistet wird.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrates ist vorgesehen, dass die Leiterstruktur derart strukturiert ist, dass in den Dichtbereich zwischen den einzelnen Leitbahnen ein minimaler lateraler Abstand besteht. Die Leitbahnen als wesentlicher Teil des Substrates auf der Lotkugelseite geben bei dieser Ausgestaltung eine möglichst glatte Oberfläche unter der Lötstoppmaske, so dass die Lötstoppmaske auf ihrer Oberseite im Wesentlichen eben gestaltet ist. Es werden somit zusätzliche Vertiefungen, die durch Abstände zwischen den erhabenen Leitbahnen hervorgerufen werden und die sich in der Lötstoppmaske abbilden, vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Substrates ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Lötstopplackes zumindest im Dichtbereich uneben strukturiert ist. Durch diese unebene Strukturierung des Lötstopplackes wird dessen plastische Eigenschaft ausgenutzt und dieser kann unter der Vergussform so deformiert werden, dass eine bestmögliche Dichtfläche zwischen Substratoberfläche, das heißt zwischen der Oberfläche des Lötstopplackes und der Vergussform entsteht.

Unterstützt werden kann die bestmögliche Dichtfunktion dadurch, dass die Oberfläche mit einer Rillenstruktur mit nebeneinander liegenden längs erstreckten Vertiefungen und Erhebungen, die in einer Richtung verlaufen, versehen ist.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, dass in Bereichen des Dichtbereiches, die eine Längserstreckung aufweisen, die Vertiefungen und Erhebungen quer zur Richtung der Längserstreckung eingebracht sind. Im Bereich dieser Längserstreckungen wird auch die Vergussform eine längs erstreckte Dichtfläche aufweisen. Somit werden die Unebenheiten quer zu ihrer Längserstreckung verlaufen und der Ausgleich zwischen dem erhabensten Teil der Oberfläche und dem tiefliegendsten Teil der Oberfläche wird in größtmöglicher Form erreicht.

Die Rillenstruktur kann unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. So ist ein wellenförmiger, ein mäanderförmiger oder zick-zack-förmiger Querschnitt möglich. Alle drei Querschnittsformen oder jede weitere andere Querschnittsform, die Erhebungen und Vertiefungen aufweist, bewirkt, dass sich das Material in den Erhebungen in die Vertiefungen begibt, wenn die Vergussform auf die Oberfläche des Lötstopplackes drückt.

Eine andere Möglichkeit, insbesondere für die Gestaltung der Richtungsunabhängigkeit des Dichtbereiches besteht darin, dass in der Oberfläche eine Rasterstruktur eingebracht wird, wobei sich in einer ersten Richtung verlaufende nebeneinander liegende erste Vertiefungen und Erhebungen mit einer in einer zweiten Richtung verlaufenden nebeneinander liegenden zweiten Vertiefungen und Erhebungen kreuzen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Oberfläche entweder geschrumpelt ist oder uneben aufgetragen ist. In jedem Falle wird damit eine ungleichmäßige Verteilung von Unebenheiten und Vertiefungen erzeugt, wie sie von der Oberfläche einer Apfelsinenhaut bekannt ist.

Eine weitere Ausführungsform, die eine Dichtung unabhängig von der Elastizität des Lötstopplackes ermöglicht, besteht darin, dass die Substratoberfläche im Dichtbereich eine Schicht aus elastischem Material aufweist. Insbesondere kann die Schicht als eine Erhebung angeordnet sein. Durch diese Erhebung wird es möglich, dass die Dichtung auch seitlich ausweichen kann, wodurch die Dichtwirkung unterstützt wird.

Grundsätzlich kann die elastische Schicht direkt auf dem Substrat, das heißt unterhalb der Oberfläche, auf der der Lötstopplack aufgebracht ist, aufgebracht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Schicht aus elastischem Material auf der Oberfläche des Lötstopplackes angeordnet ist.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In den zugehörigen Figuren zeigt

1 eine Darstellung eines FBGA-Bauelementes im Querschnitt als Demonstration des Standes der Technik,

2 einen Querschnitt der aufgesetzten Vergussformen zur Formung eines FBGA-Bauelementes gemäß 1, entsprechend dem Stand der Technik,

3 eine ausschnittsweise Vergrößerung der aufgesetzten Vergussform auf die Substratoberfläche gemäß dem Stand der Technik,

4 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes FBGA-Gehäuse im Bereich der Dichtfläche,

5 den Ausschnitt gemäß 4 mit aufgesetzter Vergussform,

6 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß gestaltete Leiterstruktur im Bereich der Dichtfläche,

7 eine ausschnittsweise Darstellung des Querschnittes durch ein FBGA-Gehäuse im Bereich der Dichtfläche mit einer Erhebung aus elastischem Material und

8 eine Darstellung des Querschnittes gemäß 7 mit aufgesetzter Vergussform.

Wie in 1 dargestellt, besteht ein FBGA-Gehäuse aus einem Substrat 1, auf das ein Halbleiterchip 2 montiert ist. Das Halbleiterchip 2 ist mit einer Leiterstruktur 3 auf dem Substrat 1 über Bonddrähte 4 elektrisch leitend verbunden. Dabei sind die Bonddrähte 4 einerseits mit Bondinseln 5 auf dem Halbleiterchip 2 und andererseits mit Bondinseln 6 auf dem Substrat 1 verbunden. Die Bondinseln 6 sind Bestandteil der Leiterstruktur 3. Ebenfalls Bestandteil der Leiterstruktur 3 sind Ballpads 7, die mit Lotkugeln 8 zur späteren Verbindung mit äußeren Leiterstrukturen versehen sind.

Die Seite des Substrates 1, auf der sich das Halbleiterchip 2 befindet, wird als Chipseite 9 bezeichnet. Die Seite des Substrates 1, auf der sich die Lotkugeln 8 befinden, wird als Lotkugelseite 10 bezeichnet.

Auf der Lotkugelseite 10 ist neben den Lotkugeln 8 auch die Leiterstruktur 3 angeordnet. Damit die Bonddrähte 4 von dem Halbleiterchip 2 zu den Bondinseln 6 gezogen werden können, ist ein Bondkanal 11 vorgesehen.

Zum Vermeiden eines späteren Abflusses von Lot aus den Lotkugeln 8 ist die Lotkugelseite 10 des Substrates 1 mit einer Maske aus mit einer Maske 12 aus einem Lötstopplack versehen.

Zum Verschluss weist das FBGA-Gehäuse ein oberes Gehäuseteil 13 und ein unteres Gehäuseteil 14 auf.

Wie in 2 ersichtlich, werden die beiden Gehäuseteile 13 und 14 dadurch gebildet, dass auf das Substrat 1 eine obere Vergussform 15 und auf der Lotkugelseite 10 des Substrates 1 eine untere Vergussform 16 aufgesetzt wird.

Nachdem diese beiden Vergussformen 15 und 16 aufgesetzt sind, werden diese mit einem Vergussmaterial gefüllt, welches selbsthärtend ist. Dadurch werden insbesondere die Bonddrähte 4 durch die untere Vergussform 16 bzw. das untere Gehäuseteil 14 geschützt.

Beim Aufbringen der unteren Vergussform 16 wird eine Andruckkraft FA aufgewendet. Die Andruckkraft FA dient dazu, dass die Dichtstege 17 der unteren Vergussform möglichst dicht auf der Substratoberfläche des Substrats 1 auf der Lotkugelseite 10 aufliegen.

Wie in 2 dargestellt, führt diese Andruckkraft FA zum einen sehr schnell zu einem Bruch des Substrates 1 entlang der Bruchlinien 18.

Ein weiteres Problem ist in 3 dargestellt, worin ersichtlich wird, dass der Dichtsteg 17 der unteren Vergussform 16 zumeist nur eine ungenügende Abdichtung zwischen der Oberfläche der Lötstopplackmaske 12 und dem Dichtsteg 17 bewirken kann, so dass Vergussmaterial 19 „ausbluten" kann, das heißt zumindest Harzbestandteile 20 aus dem Vergussmaterial 19 separiert austreten.

Eine Erhöhung der Andruckkraft FA wird hierbei nicht zu einem Dichterfolg führen, insbesondere dann nicht, wenn sich der Dichtsteg 17 auf einer Grenzlinie zwischen einer Kante der Leiterstruktur 3 und einem Bereich ohne eine Leiterstruktur abstützt.

Aber auch eine Erhöhung der Andruckkraft wird allenfalls nur einen Bruch entlang der Bruchlinien 18 verstärken.

Wie in 4 angegeben, sind die Leiterbahnen 21 der Leiterstruktur 3 mit zusätzlichen Flächenelementen 22 versehen. Dabei wird es ermöglicht, dass die Abstände 23 zwischen den einzelnen Leiterbahnen 21 minimal sind und somit im Dichtbereich, d.h. im Bereich der Dichtfläche 24 nahezu eine geschlossene Fläche der Leiterstruktur 3 erzeugt wird, was den Dichtvorgang erheblich erleichtert.

In 4 dargestellt, ist eine Erhebung 25 im Bereich der Dichtfläche 24 aus einem flexiblen Material.

Wie in 8 dargestellt, wird diese Erhebung 25 beim Aufsetzen des Dichtsteges der unteren Vergussform der Art deformiert, dass eine optimale Dichtung zwischen unterer Vergussform 16 und Oberfläche des Substrates 1 erreicht wird, wodurch ein Ausbluten wirkungsvoll verhindert wird.

1Substrat 2Halbleiterchip 3Leiterstruktur 4Bonddraht 5Bondinsel auf dem Halbleiterchip 6Bondinsel auf dem Substrat 7Ballpad 8Lotkugel 9Chipseite 10Lotkugelseite 11Bondkanal 12Lotstopplackmaske 13oberes Gehäuseteil 14unteres Gehäuseteil 15obere Vergussform 16untere Vergussform 17Dichtsteg 18Bruchlinie 19Vergussmaterial 20Harzbestandteil 21Leitbahn 22zusätzliches Flächenelement 23Abstand 24Dichtfläche 25Erhebung FAAndruckkraft

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines FBGA-Bauelementes, bei dem

    – auf einer Chipseite eines Substrates ein Halbleiterchip montiert wird, das mit einer Leiterstruktur auf dem Substrat elektrisch leitend verbunden wird,

    – auf einer Lotkugelseite des Substrates auf Ballpads der Leiterstruktur Lotkugeln aufgebracht werden,

    – die Lotkugelseite mit einer Maske aus einem Lötstopplack versehen wird,

    – eine Vergussform zur Erzeugung eines unteren Gehäuseteiles auf die Lotkugelseite gedrückt und die Vergussform mit Vergussmasse gefüllt wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche auf der Lotkugelseite (10) zumindest in dem Bereich, in dem die Vergussform (16) an der Substratoberfläche der Lotkugelseite (10) angelegt wird, derart als Dichtbereich (4) ausgebildet wird, dass die Substratoberfläche mit Dichtungselementen versehen wird, mit denen die Vergussform (16) eine dichtende Verbindung eingeht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (3) derart strukturiert wird, dass in dem Dichtbereich (24) zwischen den einzelnen Leitbahnen (21) ein minimaler lateraler Abstand (23) besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Lötstopplackes (12 ) zumindest im Dichtbereich (24) uneben strukturiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch einen photolithografischen Prozess oder durch einen mechanischen, insbesondere einen Fräsvorgang strukturiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche eine Rillenstruktur erzeugt wird, bei der nebeneinander liegende, längs erstreckte Vertiefungen und Erhebungen in einer Richtung verlaufen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen des Dichtbereiches (24), die eine Längserstreckung aufweisen, die Vertiefungen und Erhebungen quer zur Richtung der Längserstreckung eingebracht werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstruktur mit einem wellenförmigen, mäanderförmigen oder zick-zack-förmigen Querschnitt versehen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche eine Rasterstruktur in der Art erzeugt wird, dass sich in einer ersten Richtung verlaufende nebeneinander liegende erste Vertiefungen und Erhebungen mit in einer zweiten Richtung verlaufenden nebeneinander liegenden zweiten Vertiefungen und Erhebungen kreuzen.
  9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche geschrumpelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötstopplackmaske (12) nach dem Auftragen einem thermischen Prozess ausgesetzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lötstopplack (12) vor dem Aufbringen eine die Unebenheiten in der Oberfläche bewirkende chemische oder mechanische Beimengung zugegeben wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötstopplack (12) uneben aufgetragen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Substratoberfläche im Dichtbereich (24) eine Schicht (25) aus einem elastischen Material aufgebracht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (25) als Erhebung aufgebracht wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (25) aus elastischem Material auf den Lötstopplack (12) aufgebracht wird.
  16. Substrat zur Herstellung eines FBGA-Bauelementes

    – mit einem auf einer Chipseite eines Substrates montiertem Halbleiterchip, das mit einer Leiterstruktur auf dem Substrat elektrisch leitend verbunden ist,

    – mit Lotkugeln, die auf einer Lotkugelseite des Substrates auf Ballpads der Leiterstruktur aufgebracht sind, und

    – mit einer Maske aus einem Lötstopplack auf der Lotkugelseite,

    dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche auf der Lotkugelseite (10) einen Dichtbereich (24) für eine bei der Herstellung aufzusetzende Vergussform (14) aufweist, in dem die Substratoberfläche mit Dichtungselementen zur dichtenden Verbindung mit der Vergussform (14) versehen ist.
  17. Substrat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (3) derart strukturiert ist, dass in dem Dichtbereich (24) zwischen den einzelnen Leitbahnen (21) ein minimaler lateraler Abstand (23) besteht.
  18. Substrat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Lötstopplackes (12) zumindest im Dichtbereich (24) uneben strukturiert ist.
  19. Substrat nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit einer Rillenstruktur mit nebeneinander liegenden längs erstreckten Vertiefungen und Erhebungen, die in einer Richtung verlaufen, versehen ist.
  20. Substrat nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen des Dichtbereiches (24), die eine Längserstreckung aufweisen, die Vertiefungen und Erhebungen quer zur Richtung der Längserstreckung eingebracht sind.
  21. Substrat nach Anspruch 18 oder 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstruktur einen wellenförmigen, mäanderförmigen oder zick-zack-förmigen Querschnitt aufweist.
  22. Substrat nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche eine Rasterstruktur aufweist, wobei sich in einer ersten Richtung verlaufende nebeneinander liegende erste Vertiefungen und Erhebungen mit in einer zweiten Richtung verlaufenden nebeneinander liegenden zweiten Vertiefungen und Erhebungen kreuzen.
  23. Substrat nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche geschrumpelt oder uneben aufgetragen ist.
  24. Substrat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Substratoberfläche im Dichtbereich (24) eine Schicht (25) aus einem elastischen Material aufgebracht ist.
  25. Substrat nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (25) als Erhebung angeordnet ist.
  26. Substrat nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (25) aus elastischem Material auf dem Lötstopplack (12) angeordnet ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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