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Dokumentenidentifikation DE102006024213A1 29.11.2007
Titel Verfahren zum Herstellen eines Bausteins mit einer elektrischen Kontaktierung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Singleton, Laurence Edward, 01099 Dresden, DE;
Hedler, Harry, 82110 Germering, DE;
Irsigler, Roland, 81667 München, DE
Vertreter Wilhelm & Beck, 80639 München
DE-Anmeldedatum 23.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024213
Offenlegungstag 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse H01L 21/60(2006.01)A, F, I, 20060523, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 3/34(2006.01)A, L, I, 20060523, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Chips (1) für die Verwendung zum Aufbau eines elektrischen Bausteins mit einer elektrischen Kontaktierung, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Chips (1) mit einer Kontaktfläche (2);
- Aufbringen einer Kontakterhebung (3) auf die Kontaktfläche (2);
- Aufbringen eines Lotmaterials (6) auf die Kontakterhebung (3).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bausteins mit einer elektrischen Kontaktierung, mit der der Baustein mit einer Kontaktposition auf einer Leiterplatte elektrisch verbunden werden kann.

Beim Aufbau von elektronischen Bausteinen werden üblicherweise Chips, d.h. die bloßen Siliziumplättchen (bare dice), mit einem Trägersubstrat so verbunden, dass die Chips einerseits auf dem Trägersubstrat fest gehalten und andererseits in geeigneter Weise elektrisch mit auf dem Trägersubstrat befindlichen Kontaktbereichen verbunden werden. Dazu ist üblicherweise vorgesehen, die Kontaktbereiche auf dem Trägersubstrat mit einem Lotmaterial zu versehen, wobei anschließend auf dem Chip auf Kontaktflächen vorgesehene Kontakterhebungen auf die Kontaktbereiche aufgesetzt werden. Durch einen nachfolgenden Temperaturschritt schmilzt das Lotmaterial und die Kontakterhebung wird mechanisch und elektrisch mit dem jeweiligen Kontaktbereich auf dem Trägersubstrat verbunden.

Das Aufbringen des Lotmaterials auf die Kontaktbereiche ist ein relativ aufwändiger Prozess, bei dem z. B. das Lotmaterial in Form einer Lotpaste mithilfe eines Schablonendruckverfahrens auf die Kontaktbereiche des Trägersubstrats aufgebracht wird, anschließend ein Temperaturschritt durchgeführt wird und nachfolgend mit Hilfe eines Reinigungsschrittes das im Lotmaterial enthaltene Flussmittel entfernt wird. Durch den hohen Aufwand bei der Herstellung solcher Substrate sind diese teuer, und es ist wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bausteins zur Verfügung zu stellen, das mit günstigeren Trägersubstraten auskommt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Chips für die Verwendung zum Aufbau eines elektronischen Bausteins sowie ein Verfahren zum Aufbau eines elektronischen Bausteins bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet, und insbesondere auf einfache, weniger aufwändig hergestellte Trägersubstrate zurückgreifen kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Herstellen eines Chips für die Verwendung zum Aufbau eines elektronischen Bausteins gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren für den Aufbau eines elektronischen Bausteins gemäß Anspruch 9 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Chips für die Verwendung zum Aufbau eines elektronischen Bausteins vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Chips mit einer Kontaktfläche, des Aufbringens einer Kontakterhebung auf die Kontaktfläche sowie des Aufbringens eines Lotmaterials auf die Kontakterhebung. Insbesondere kann die Kontakterhebung als Stud-Bump, insbesondere mit einem Material, das Gold enthält, durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, einen Chip mit einer Kontakterhebung herzustellen, auf der sich ein Lotmaterial befindet. Dadurch kann der Chip mit Kontaktbereichen auf einem Substrat, die kein Lotmaterial tragen, verbunden werden. Solche Kontaktbereiche können sich beispielsweise auf Trägersubstraten für die Herstellung von Bausteinen befinden, wobei solche Trägersubstrate weniger aufwändig herzustellen sind und dadurch kostengünstiger sind, wenn die darauf befindlichen Kontaktbereiche nicht mit einem Lotmaterial versehen sind.

Für den Aufbau eines elektronischen Bausteins wird zunächst ein Chip mit einer mit dem Lotmaterial versehenen Kontakterhebung hergestellt und anschließend der Chip auf dem Trägersubstrat aufgebracht, indem die Kontakterhebung auf einen Kontaktbereich des Trägersubstrats aufgesetzt wird und in einem Temperaturschritt das Lotmaterial auf der Kontakterhebung aufgeschmolzen wird, so dass sich die Kontakterhebung mit dem Kontaktbereich des Trägersubstrats über das Lotmaterial verbindet.

Vorzugsweise kann das Lotmaterial durch Eintauchen der Kontakterhebung in ein Bad aus flüssigem Lotmaterial aufgebracht werden.

Alternativ kann das Lotmaterial durch ein Schablonendruckverfahren auf die Kontakterhebung aufgebracht werden. Dafür wird eine Schablone mit einem Durchgangsloch an der Position der Kontakterhebung auf den Baustein aufgelegt und anschließend eine Lotpaste mit dem Lotmaterial in das Durchgangsloch eingebracht, so dass die Lotpaste mit der Kontakterhebung in Kontakt kommt. Es kann nach dem Einbringen der Lotpaste ein Temperaturschritt durchgeführt werden, um die Lotpaste zu schmelzen, so dass sich das Lotmaterial mit dem Material der Kontakterhebung verbindet und anschließend die Schablone abgehoben wird. Alternativ dazu kann bereits nach dem Einbringen der Lotpaste die Schablone abgehoben werden und anschließend ein Temperaturschritt durchgeführt werden, um die Lotpaste zu schmelzen, so dass sich das Lotmaterial mit dem Material der Kontakterhebung verbindet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine ebene Vorlage vorgesehen sein, die eine Vertiefung aufweist, in die eine Lotpaste mit dem Lotmaterial eingebracht wird. Anschließend wird ein Temperaturschritt durchgeführt, um die Lotpaste zu schmelzen, wobei der Baustein so auf die ebene Vorlage aufgesetzt wird, dass die Kontakterhebung in die Vertiefung hineinragt, so dass sich das Material der Kontakterhebung mit dem geschmolzenen Lotmaterial verbindet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Baustein nach einem der oben beschriebenen Verfahren herstellbar.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Chip mit einer elektrischen Kontaktierung vorgesehen, bei dem die elektrische Kontaktierung ein auf eine Kontaktfläche aufgebrachte Kontakterhebung aufweist, wobei ein Lotmaterial auf die Kontakterhebung aufgebracht ist. Gemäß einem weiteren Aspekt ist eines solchen Chips zur Herstellung eines elektronischen Bausteins vorgesehen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen:

1a bis 1d die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Chips mit Kontakterhebungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2a bis 2d Verfahrensschritte zur Herstellung eines Chips gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3a bis 3d Verfahrensschritte zur Herstellung eines Chips gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

4 Verfahrensschritte zum Aufbau eines elektronischen Bausteins mit einem Chip, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.

In 1a bis 1d sind Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Chips 1, z. B. eines Siliziumchips gezeigt. Der Verfahrensschritt der 1a zeigt einen Chip 1 mit darauf aufgebrachten Kontaktflächen 2, mit der Strukturen, z. B. elektronische Schaltungen, auf dem Chip 1 von außen kontaktierbar sind. Die Kontaktflächen 2 sind üblicherweise mit einem metallischen Material, das z.B. Aluminium oder ähnliche beim Herstellen von elektronischen integrierten Schaltungen verwendeten Materialien, enthält.

In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, der in 1b gezeigt ist, werden auf die Kontaktflächen 2 Kontakterhebungen 3 aufgebracht, die über die Fläche des Chips 1, auf der sich die Kontaktflächen 2 befinden, hervorstehen und dazu dienen, eine Kontaktierung zu den im Chip befindlichen elektronischen Schaltungen vorzusehen. Die Kontakterhebungen 3 werden vorzugsweise als so genannte Stud-Bumps ausgeführt, die durch einen Bond-Prozess mithilfe eines Bond-Gerätes 4 aufgebracht werden. Das Material der Stud-Bumps ist üblicherweise Gold, da sich dieses gut eignet, durch Aufpressen auf die Kontaktflächen 2 sich mit der Kontaktfläche 2 zu verbinden und eine mechanisch stabile und elektrisch gut leitfähige Verbindung zu schaffen. Die Stud-Bumps 3 werden gebildet, indem ein Golddraht durch das Bond-Gerät 4 auf die Kontaktfläche 2 aufgedrückt wird und der Golddraht unmittelbar nach der sich so ausbildenden mit den Kontaktflächen 2 fest verbundenen Perle abgeschnitten wird, so dass als Kontakterhebung 3 der STAD-BUMP auf der Kontaktfläche 2 verbleibt, ohne dass sich davon Golddraht ausschließt. Die Kontakterhebungen 3 können auch mit einem anderen Verfahren hergestellt werden.

Um eine elektrische Kontaktierung über diese Stud-Bumps 3 durchzuführen, müssen die Stud-Bumps ihrerseits mechanisch und elektrisch mit weiteren Kontaktbereichen verbindbar sein. Da die Schmelztemperatur des Materials der Stud-Bumps, in diesem Falle Gold, zu hoch liegt, um eine Beschädigung der elektronischen Strukturen auf dem Chip 1 bei ihrem Aufschmelzen zu vermeiden, muss das Kontaktieren der Stud-Bumps 3 mit Kontaktbereichen mithilfe eines weiteren Hilfsmaterials, das üblicherweise ein Lotmaterial ist, durchgeführt werden. Während dieses Lotmaterial üblicherweise auf den Kontaktbereichen bereitgestellt wird, die sich z.B. auf dem Trägersubstrat zum Aufbau eines elektronischen Bausteins befinden können, werden in einem nachfolgenden Verfahrensschritt, der in

1c gezeigt ist, die Kontakterhebungen in ein Lotbad 5 getaucht, so dass sich die Stud-Bumps 3 mit dem geschmolzenen Lot in dem Lotbad 5 benetzen und aufgrund von Adhäsionskräften nach dem Verfahrensschritt des Herausnehmens der Kontakterhebungen 3 aus dem Lotbad 5, der in 1d gezeigt ist, in einer bestimmten Menge auf den Stud-Bumps 3 als Lothaube 6 haften bleibt. Auf diese Weise kann ein Chip 1 geschaffen werden, der Kontakterhebungen aufweist, die mit einer Lothaube 6 versehen sind, so dass sich der Chip 1 eignet, auf Kontaktbereiche auf einem Substrat aufgesetzt zu werden und mit diesen verlötet zu werden, ohne dass die Kontaktbereiche selbst ein Lotmaterial aufweisen müssen.

In den 2a bis 2d ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Chips gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung anhand der Verfahrensschritte der 2a bis 2d dargestellt. Wie in dem Verfahrensschritt der 2a dargestellt ist, wird eine Schablone 10 mit Vertiefungen 11 bereitgestellt, wobei die Vertiefungen 11 im Wesentlichen so auf der Schablone 10 angeordnet sind, dass der Chip 1, der wie durch die Verfahrensschritte der 1a und 1b dargestellt ist, kopfüber auf die Schablone aufgesetzt werden kann, so dass die Stud-Bumps 3 jeweils in eine zugeordnete Vertiefung 11 hineinragen kann. Im Wesentlichen ist die Anordnung der Vertiefungen 11 zur Aufnahme der Stud-Bumps 3 auf dem Chip 1 spiegelverkehrt bezüglich der Anordnung der Stud-Bumps 3 auf dem Chip 1 vorgesehen.

Entsprechend dem Verfahrensschritt, der in 2b dargestellt ist, werden die Vertiefungen 11 mit einer Lotpaste 12 gefüllt, indem die Lotpaste flächig auf die mit den Vertiefungen 11 versehenen Fläche der Schablone 10 aufgetragen wird und anschließend z.B. mithilfe eines Schabers von der Fläche abgestrichen wird, so dass die Lotpaste 12 lediglich in den Vertiefungen 11 verbleibt.

Wie in der 2c dargestellt ist, werden nun die Schablone 10 und der Chip 1 mit den Stud-Bumps 3 zueinander justiert und die Schablone 10 mit den jeweils mit Lotpaste gefüllten Vertiefungen 11 erwärmt, so dass die Lotpaste schmilzt. Vor dem Schritt des Aufschmelzens der Lotpaste 12 bzw. danach werden die Stud-Bumps 3 des Chips 1 in die Vertiefungen 11 eingetaucht, so dass sich das Lotmaterial mit dem Goldmaterial der Stud-Bumps 3 verbindet und so die in 2d gezeigten Kontakterhebungen mit den Lothauben 6 gebildet werden.

Anstelle des Temperaturschrittes zum Aufschmelzen der Lotpaste in den Vertiefungen 11 kann die Lotpaste 12 auch mit einem selbstaushärtenden Material versehen sein, so dass sich nach dem Eintauchen der Stud-Bumps 3 in die Vertiefungen 11 und in die darin befindliche Lotpaste 12 sich die Lotpaste verhärtet und an den Stud-Bumps 3 haften bleibt. Auf diese Weise können die Stud-Bumps 3 ebenfalls mit den Lothauben 6 versehen sein, wobei die Lothauben 6 nicht aus einem aufgeschmolzenen Lotmaterial bestehen, sondern aus einem verfestigten Lotpastenmaterial.

Je nach Fähigkeit des Lotpastensmaterials an den Stud-Bumps 3 auch ohne Aufschmelzen zu haften, können die Stud-Bumps 3 nach dem Verfahrensschritt der 2c auch aus den Vertiefungen wieder herausgehoben werden, wobei sich das Lotpastenmaterial an den Stud-Bumps 3 haftet, und anschließend ein Temperaturschritt durchgeführt werden, mit dem das Lotpastenmaterial, das an den Stud-Bumps 3 haftet, aufgeschmolzen wird, und es sich mit dem Material der Stud-Bumps auf diese Weise verbindet. Dadurch kann ein Erwärmen der Schablone 10 vermieden werden, wodurch die Lebensdauer der Schablone 10 verlängert wird.

Alternativ kann weitere Schablone 20 auch an den Positionen der Kontakterhebungen 3 mit Durchgangslöchern 16 versehen sein und auf den Chip 1 aufgesetzt werden. Dann wird von der dem Chip 1 gegenüberliegenden Seite das Lotpastenmaterial 17in die Durchgangsöffnungen 16 eingebracht und die weitere Schablone 20 vor oder nach einem Aufschmelzen bzw. vor oder nach einem Aushärten der Lotpaste entfernt, so dass die Kontakterhebungen 3 mit Lotmaterial versehen sind.

Als Ergebnis der oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens zum Herstellen eines Chips 1, der sich für die Verwendung zum Aufbau eines elektronischen Bausteins eignet ergibt sich, ein Chip 1 mit Kontakterhebungen 3, die jeweils eine Lothaube 6 aufweisen, so dass sich der Chip auf nicht mit einem Lot versehenen Kontaktbereiche durch einen geeigneten Aufschmelzprozess aufbringen lässt. Dadurch wird der Chip geeignet, mit einem Trägersubstrat zum Aufbau eines elektronischen Bausteins, z.B. eines Ball-Grid-Array-(BGA)-Baustein verbunden zu werden, ohne dass ein Trägersubstrat mit Kontaktbereichen, die mit einem Lotmaterial versehen sind, bereitgestellt werden muss. Auf diese Weise lassen sich Trägersubstrate verwenden, deren Kontaktbereiche nicht mit einem Lotmaterial versehen werden müssen.

In 4 wird ein auf diese Weise hergestellter Baustein dargestellt. Der Baustein umfasst ein Trägersubstrat 13, das auf einer ersten Oberfläche Kontaktelemente 14 in Form von Lotkugeln zur Kontaktierung des Bausteins von außen aufweist. Die Kontaktelemente 14 sind mit Kontaktbereichen 15 auf einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Trägersubstrats 13 in geeigneter Weise über eine (nicht gezeigte) in dem Trägersubstrat 14 vorgesehene Umverdrahtungsstruktur elektrisch verbunden. Die Kontaktbereiche 15 sind nicht mit einem Lot versehene metallische Flächen, die sich in einem Temperaturschritt mit dem Lotmaterial der Lothauben 6 der zugeordneten Stud-Bumps 3 verbinden können.

1
Chip
2
Kontaktflächen
3
Stud-Bumps
4
Bond-Gerät
5
Lotbad
6
Lothaube
10
Schablone
11
Vertiefung
12
Lotmaterial
13
Trägersubstrat
14
Kontaktelement
15
Kontaktbereich
16
Durchgangsöffnung
17
Lotpastenmaterial
20
weitere Schablone


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen eines Chips (1) für die Verwendung zum Aufbau eines elektrischen Bausteins mit einer elektrischen Kontaktierung; mit folgenden Schritten:

– Bereitstellen eines Chips (1) mit einer Kontaktfläche (2)

– Aufbringen einer Kontakterhebung (3) auf die Kontaktfläche (2);

– Aufbringen eines Lotmaterials (6) auf die Kontakterhebung (3).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kontakterhebung (3) als Stud-Bumb, insbesondere mit einem Material, das Gold enthält, durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lotmaterial durch Eintauchen der Kontakterhebung (3) in ein Bad (6) aus flüssigem Lotmaterial durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lotmaterial durch ein Schablonendruckverfahren auf die Kontakterhebung (3) aufgebracht wird. Verfahren nach Anspruch 4, wobei für das Schablonendruckverfahren eine Schablone (20) mit einem Durchgangsloch (16) an der Position der Kontakterhebung (3) auf den Baustein aufgelegt wird und anschließend eine Lotpaste mit dem Lotmaterial in das Durchgangsloch (16) eingebracht wird, so dass die Lotpaste mit der Kontakterhebung (3) in Kontakt kommt. Verfahren nach Anspruch 5, wobei nach dem Einbringen der Lotpaste (17) ein Temperaturschritt durchgeführt wird, um die Lotpaste (17) zu schmelzen, so dass sich das Lotmaterial mit dem Material der Kontakterhebung (3) verbindet und anschließend die Schablone (20) abgehoben wird. Verfahren nach Anspruch 5, wobei nach dem Einbringen der Lotpaste die Schablone (10) abgehoben wird und anschließend ein Temperaturschritt durchgeführt wird, um die Lotpaste (12) zu schmelzen, so dass sich das Lotmaterial mit dem Material der Kontakterhebung (3) verbindet. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine ebene Schablone (10) vorgesehen ist, die eine Vertiefung (11) aufweist, in die eine Lotpaste mit dem Lotmaterial eingebracht wird, wobei anschließend ein Temperaturschritt durchgeführt wird, um die Lotpaste (12) zu schmelzen, wobei der Baustein so auf die ebene Schablone (10) aufgesetzt wird, dass die Kontakterhebung (3) in die Vertiefung (11) hineinragt, so dass sich das Material der Kontakterhebung mit dem geschmolzenen Lotmaterial (12) verbindet, wobei anschließend die Schablone (10) entfernt wird. Verfahren für den Aufbau eines elektrischen Bausteins mit den Schritten eines der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Chip auf einem Trägersubstrat aufgebracht wird, indem die Kontakterhebung auf einen Kontaktbereich des Trägersubstrates aufgesetzt wird und in einem Temperaturschritt das Lotmaterial auf der Kontakterhebung (3) aufgeschmolzen wird, so dass sich die Kontakterhebung (3) mit dem Kontaktbereich über das Lotmaterial verbindet. Baustein, herstellbar nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9. Chip (1) mit einer elektrischen Kontaktierung, wobei die elektrische Kontaktierung ein auf einer Kontaktfläche aufgebrachte Kontakterhebung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lotmaterial auf die Kontakterhebung aufgebracht ist. Chip (1) nach Anspruch 11, wobei die Kontakterhebung als Stud-Bumb, insbesondere mit einem Material, das Gold enthält, ausgeführt ist. Verwendung des Chips gemäß Anspruch 11 oder 12, zur Herstellung eines elektronischen Bausteins, indem der Chip mit der Kontakterhebung auf einem Kontaktbereich eines Trägersubstrats aufgebracht und durch Aufschmelzen mit diesem verbunden wird.






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