-
Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit einem Chip, der
auf einem Trägersubstrat
in Flip-Chip-Bauweise befestigt ist.
-
Die
mit Bauelementstrukturen besetzte Chipebene kann in verschiedenen,
von den Kristallachsen abhängigen
Richtungen voneinander unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten α1, α2 aufweisen.
Dies ist insbesondere der Fall bei mit Oberflächenwellen arbeitenden Chips
mit einem piezoelektrischen Substrat, das Anisotropie bezüglich seiner
physikalischen Eigenschaften aufweist. Der thermische Ausdehnungskoeffizient
des Chips α1 bzw. α2 ist i. d. R. größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient αp des
darunter liegenden Trägersubstrats.
Bei einer Temperaturänderung
ist die Längenänderung
des Chips größer als
die des Trägersubstrats.
-
Der
Chip ist auf dem Trägersubstrat
mittels Lötverbindungen
(Bumps) mechanisch befestigt. Diese Lötverbindungen sind daher mechanischen Belastungen
ausgesetzt, die infolge des Unterschieds Δα1 =
|αp – α1|
bzw. Δα2 =
|αp – α2|
in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Chips und des Trägersubstrats
entstehen. Bei unterschiedlichen Ausdehnungen des Chips und des
Trägersubstrats
sind insbesondere die äußersten
Bumps bezüglich
der auf sie wirkenden Scherkraft F(F1, F2) den stärksten
Belastungen ausgesetzt. F1 ist die Kraftkomponente
in die erste Vorzugsrichtung x1. F2 ist die Kraftkomponente in die zweite Vorzugsrichtung
x2.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Bauelement
in Flip-Chip-Bauweise anzugeben, bei dem auf die äußersten
Bumps möglichst
geringe Scherkräfte
wirken.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein elektrisches Bauelement nach
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen hervor.
-
Der
Abstand zwischen den Mitten der z. B. in Richtung x1 endständigen Bumps
beträgt
L1 bei einer ersten Temperatur T1 und L2 bei einer
zweiten Temperatur T2. Die lineare thermische
Ausdehnung ΔL
= |L1 – L2| des durch die endständigen Bumps definierten Chipbereichs
in Richtung x1 beträgt ΔL = α1L1 ΔT, wobei ΔT = |T1 – T2|. Dabei entsteht in dieser Richtung eine
Scherkraftkomponente F1, die proportional zu ΔL ist. Erfindungsgemäß wird angestrebt,
die Scherkraftkomponente F1 generell möglichst
gering zu halten. Unter Berücksichtigung
der gegebenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird eine Bump-Anordnung
angestrebt, bei der der Abstand zwischen den endständigen Bumps
in Richtung der maximalen Ausdehnungsdifferenz kleiner als der Abstand
zwischen den endständigen
Bumps in Richtung der minimalen Ausdehnungsdifferenz ist.
-
Die
Erfindung gibt ein elektrisches Bauelement mit einem Trägersubstrat
und einem Chip an, der auf dem Trägersubstrat in Flip-Chip-Bauweise mittels
Bumps befestigt ist. Das Trägersubstrat
weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizient αp auf. Der
Chip weist in einer ersten Vorzugsrichtung x1 einen
ersten thermischen Ausdehnungskoeffizient α1 auf,
wobei Δα1 =
|αp – α1|
die erste Ausdehnungsdifferenz ist. Der Chip weist in einer zweiten
Vorzugsrichtung x2 einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizient α2 auf,
wobei Δα2 =
|αp – α2|
die zweite Ausdehnungsdifferenz ist.
-
Der
Abstand zwischen den Orthogonalprojektionen der Bump-Mitten der in Richtung
x1 endständigen
Bumps auf die x1-Achse beträgt Δx1. Der Abstand zwischen den Orthogonalprojektionen
der Bump-Mitten der in Richtung x2 endständigen Bumps auf
die x2-Achse beträgt Δx2.
Dabei gilt Δx1 < Δx2 bei Δα1 > Δα2 und Δx1 > Δx2 bei Δα1 < Δα2.
Durch eine solche Bump-Anordnung gelingt es, die bei Temperaturänderungen
entstehende und auf die endständigen
Bumps wirkende Scherkraft zu minimieren.
-
Als
erste Vorzugsrichtung x1 ist vorzugsweise
die Richtung festgelegt, in der das Bauelement die größte Ausdehnungsdifferenz Δα1 aufweist.
Als zweite Vorzugsrichtung x2 ist vorzugsweise
die Richtung festgelegt, in der das Bauelement die geringste Ausdehnungsdifferenz Δα2 aufweist.
-
Vorzugsweise
werden die Abstände Δx1, Δx2 so relativ zueinander gewählt, dass
die Komponenten F1, F2 der
Scherkraft F im Wesentlichen einander gleich sind.
-
Die
Achsen x1, x2 definieren
ein Koordinatensystem {x1, x2},
das einem zweidimensionalen Raum entspricht, in dem die untere Fläche des
Chips angeordnet ist.
-
Die
Achsen x und y sind entlang der sich schneidenden Chipkanten ausgerichtet.
Die Chipkanten sind vorzugsweise rechtwinklig ausgebildet, d. h.
die erste und die zweite Chipkante stehen senkrecht aufeinander.
Die Achsen x, y definieren – bei senkrecht
zueinander verlaufenden Chipkanten – ein rechwinkliges Koordinatensystem
{x, y}. Beispielsweise ist die erste Chipkante entlang der x-Achse und
die zweite Chipkante entlang der y-Achse gerichtet.
-
Im
allgemeinen können
die Achsen x, y, x1 und x2 unter
einem beliebigen Winkel zueinander ausgerichtet sein. Mindestens
eine der Achsen x1, x2 kann
in einer Variante parallel zur Achse x oder y verlaufen, was allerdings
keine notwendige Bedingung ist. Das (ggf. rechtwinklige) Koordinatensystem
{x1, x2} kann mit
dem Koordinatensystem {x, y} übereinstimmen.
Das Koordinatensystem {x1, x2}
kann bezüglich
des Koordinatensystems {x, y} um einen Winkel β2 > 0 verdreht sein, siehe 11.
Das Koordinatensystem {x1, x2}
kann in einer Variante schiefwinklig sein, wobei der Winkel β1 zwischen
den Achsen x1 und x2 von
90° abweicht,
siehe 12.
-
Es
ist vorteilhaft, auf der unteren Fläche des Chips Bump-Reihen parallel zu
der jeweiligen Chipkante anzuordnen. In einer Variante können mehrere Bumps
auf einer Linie parallel zu einer ersten Chipkante (in Richtung
x) und/oder parallel zur zweiten Chipkante (in Richtung y) angeordnet
sein. Die Bumps können
auch in einer Reihe angeordnet sein, die vorzugsweise auf der unteren
Fläche
des Chips mittig angeordnet ist. Die Bumps können auch entlang der vier
Chipkanten in einem die Chipkanten umlaufenden Randbereich des Chips
angeordnet sein.
-
Die
Bump-Reihen sind vorzugsweise entlang der Richtung x1 der
maximalen Ausdehnungsdifferenz ausgerichtet. Der Abstand zwischen
den in Richtung x1 endständigen, ggf. in derselben Reihe angeordneten
Bumps ist dabei vorzugsweise kleiner als der Abstand zwischen den
Bump-Reihen gewählt,
in denen die in Richtung x2 endständigen Bumps
angeordnet sind.
-
In
einer Variante können
mehrere Bumps auf einer Linie entlang der ersten Vorzugsrichtung
x1 und/oder entlang der zweiten Vorzugsrichtung
x2 angeordnet sein.
-
In
einer Variante sind alle Bumps in zwei Reihen parallel zur Richtung
x2 der minimalen Ausdehnungsdifferenz angeordnet.
Der Abstand zwischen diesen Reihen beträgt Δx1.
Der Abstand Δx1 ist in diesem Fall kleiner als die (zwischen
den Bump-Mitten der
endständigen
Bumps der Reihe gemessene) Länge
der Reihe. Die Länge
der Chipkanten kann an die Bump-Anordnung derart angepasst werden,
dass die zueinander parallel gerichteten Reihen in den Randbereichen
des Chips angeordnet sind. Dabei sind die endständigen Bumps des Chips vorzugsweise
zu den Ecken der Chipfläche
hin gewandt. In diesem Fall ist die erste Chipkante (in Richtung
x1) kürzer
als die zweite Chipkante (in Richtung x2)
gewählt.
-
Die
untere Fläche
des Chips kann in mindestens einer Richtung x, y (oder x1, x2) in breite
Randbereiche und einen Mittelbereich aufgeteilt sein, wobei die
Breite des jeweiligen breiten Randbereichs vorzugsweise die Querschnittsgröße oder
die doppelte Querschnittsgröße eines
Bumps übersteigt.
Die Bumps sind in dieser Variante nur im Mittelbereich angeordnet.
Die breiten Randbereiche weisen keine Bumps auf.
-
In
der Regel ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägersubstrats αp kleiner
als α1 und/oder α2. Der
thermische Ausdehnungskoeffizient des Grundmaterials des Trägersubstrats
kann aber auch in gewissen Grenzen z. B. durch das Hinzufügen eines
Zusatzstoffs bzw. Füllstoffs
geändert,
insbesondere erhöht
und dadurch an den thermischen Ausdehnungskoeffizient α1 und/oder α2 angepasst werden.
Dabei erreicht man möglichst geringe
Ausdehnungsdifferenzen Δα1 bzw. Δα2.
Beispielsweise ist es möglich,
das Material des Trägersubstrats
so zu wählen,
dass αp = α1 oder αp = α2 gilt, d. h. es gilt Δα1 =
0 bzw. Δα2 =
0.
-
In
einer Variante der Erfindung kann z. B. Δα2 =
0, Δα1 > 0 der Fall sein. In
diesem Fall ist es vorteilhaft, die Bumps in einer Reihe entlang
der zweiten Vorzugsrichtung x2 anzuordnen,
so dass Δx1 = 0 gilt.
-
Unter
einer Bump-Reihe versteht man eine solche Anordnung der Bumps in
einer Richtung, bei der die Bump-Mitten der in der Reihe angeordneten Bumps
auf einer Linie entlang dieser Richtung liegen.
-
Die
Bump-Reihe ist auf der unteren Fläche des Chips bezogen auf die
Richtung x1 vorzugsweise mittig angeordnet.
Der Chip kann bei der Anordnung der Bumps in nur einer Reihe gegenüber dem
Trägersubstrat
in Richtung x1 so stabilisiert sein, dass
die untere Fläche
des Chips im Wesentlichen parallel zur Oberseite des Trägersubstrats
verläuft.
Zwischen dem Chip und dem Trägersubstrat
können
z. B. Abstandhalter vorgesehen sein, die vorzugsweise entlang der
ersten Vorzugsrichtung x1 in den Randbereichen
des Chips angeordnet sind.
-
Das
Material des Trägersubstrats
kann in einer weiteren Variante so gewählt sein, dass der Koeffizient αp zwischen α1 und α2 liegt.
Dabei kann α1 > α2 oder α1 < α2 der
Fall sein. Der Koeffizient αp ist vorzugsweise an einen kleineren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten angepasst, wobei gilt αp =
min{α1, α2}. Der Koeffizient αp kann
aber auch an den größeren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten angepasst sein, wo bei gilt αp =
max{α1, α2}.
-
Vorzugsweise
werden die Bumps (nicht notwendigerweise die endständigen Bumps)
auf der Chipunterseite so angeordnet, dass die größeren Bump-Abstände in Richtung
der geringsten Ausdehnungsdifferenz αmin =
min{α1, α2} liegen. Die Bump-Höhe und -durchmesser ist vorzugsweise
gering, z. B. < 100 μm oder < 50 μm.
-
Auf
der unteren Chipfläche
sowie auf der Oberseite des Trägersubstrats
sind fest mit den Bumps verbundene Kontaktflächen (auf Englisch UBM = Under
Bump Metallization) vorgesehen. In einer Variante der Erfindung
sind für
die bei Temperaturänderungen
stärker
belasteten endständigen Bumps
größere Kontaktflächen als
für die
weniger belasteten übrigen
Bumps vorgesehen. Diese Variante hat den Vorteil, dass die durch
die mittig angeordneten Bumps belegte Fläche der Chipunterseite gering
gehalten werden kann.
-
Die
Bauelementstrukturen sind vorzugsweise auf der Chipunterseite angeordnet.
Möglich
ist aber auch, die Bauelementstrukturen zumindest teilweise im Inneren
des Chips anzuordnen.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren
näher erläutert. Die
Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene
Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Es zeigen schematisch
-
1 das
Bauelement mit einem auf einem Trägersubstrat in Flip-Chip-Bauweise
befestigten Chip in einem schematischen Querschnitt quer zur unteren
Chipfläche;
-
2, 3 jeweils
die Draufsicht auf die untere Fläche
eines Chips mit einer Bump-Anordnung gemäß einer ersten Variante der
Erfindung;
-
4, 5, 6, 7 jeweils
die Draufsicht auf die untere Fläche
eines Chips mit einer Bump-Anordnung, aktiven Bauelementstrukturen
sowie mit breiten Randbereichen entlang der ersten Vorzugsrichtung;
-
8 die
Draufsicht auf die untere Fläche
eines Chips mit einem umlaufenden breiten Randbereich, der keine
Bumps aufweist;
-
9 die
Draufsicht auf die untere Fläche
eines Chips, bei dem die in einer Richtung endständigen Bumps in dieser Richtung
keine Bump-Reihen bilden;
-
10 die
Draufsicht auf die untere Fläche eines
Chips mit einer Bump-Anordnung gemäß einer zweiten Variante der
Erfindung;
-
11, 12 jeweils
die Projektion der Bump-Mitten auf die Achsen x1,
x2 bei einem rechtwinkligen (8)
und schiefwinkligen (9) Koordinatensystem {x1, x2};
-
13 die
Draufsicht auf die untere Fläche eines
Chips mit unterschiedlich großen
Kontaktflächen,
die den endständigen
und den übrigen
Bumps zugeordnet sind.
-
1 zeigt
den schematischen Querschnitt des Bauelements mit einem Trägersubstrat 1 und
einem darauf mittels Bumps 31, 32 befestigten
Chip 2. Der Chip weist z. B. mit akustischen Wellen arbeitende
Bauelementstrukturen auf, die auf der unteren Fläche des Chips angeordnet sind.
Die beispielhafte Anordnung von mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden
Bauelementstrukturen auf der Chipunterseite ist in 4 bis 7 gezeigt.
-
4 bis 7 zeigen
jeweils ein Filter, das zwei akustische Spuren aufweist. Die erste
(obere) und die zweite (untere) akustische Spur weist mehrere Wandler 711, 712, 713 bzw. 721, 722, 723 auf
und ist durch Reflektoren begrenzt. Der in der ersten akustischen
Spur angeordnete Wandler 711 dient als Eingangswandler
und der in der zweiten akustischen Spur angeordnete Wandler 721 als
Ausgangswandler des Filters. Die Wandler 712, 713, 722 und 723 sind
Koppelwandler zur Aus- bzw.
Einkopplung des elektrischen Signals von einer Spur in die andere.
-
Der
Eingangswandler 711 ist an ein Eingangstor und der Ausgangswandler 721 an
ein Ausgangstor angeschlossen. Die elektrischen Anschlüsse des
Eingangswandlers (bzw. des Ausgangswandlers) sind in 4, 5 zu
verschiedenen Seiten der jeweiligen akustischen Spur angeordnet.
Der Eingangswandler 711 (bzw. der Ausgangswandler 721) ist
in 4 mittels Zuleitungen an einen endständigen Bump 31 (bzw. 32)
und einen zwischen den beiden Spuren mittig angeordneten weiteren
Bump angeschlossen. Der Eingangswandler 711 (bzw. der Ausgangswandler 721)
ist in 5 an einen endständigen Bump 34 (bzw. 31)
und einen zwischen den beiden Spuren mittig angeordneten weiteren
Bump angeschlossen.
-
Die
Koppelwandler (712 und 722, 713 und 723)
verschiedener Spuren sind elektrisch miteinander und mit einem Masse-Bump (in 4 mit
einem endständigen
Bump 33 bzw. 34, in 5 mit einem endständigen Bump 32 bzw. 33)
verbunden.
-
In 6, 7 ist
der Ein- bzw. Ausgangswandler 711, 721 in zwei
elektrisch in Reihe miteinander verbundene Teilwandler 711a und 711b bzw. 721a und 721b unterteilt.
Die mit dem Ein- bzw.
Ausgangstor verbundenen Bumps sind in den außenstehenden Bump-Reihen angeordnet.
-
Die
mit den Koppelwandlern verbundenen Masse-Bumps sind in 6 in
den außenstehenden Bump-Reihen
angeordnet. Die mit den Koppelwandlern verbundenen Masse-Bumps sind
in 7 zwischen den akustischen Spuren angeordnet.
-
In
der in 6 vorgestellten Variante werden die mit dem Eingangstor
verbundenen Bumps in verschiedenen entlang der x1-Achse
ausgerichteten Bump-Reihen angeordnet, die in der Figur links und rechts
von den akustischen Spuren liegen. Das gleiche gilt auch für die mit
dem Ausgangstor verbundenen Bumps.
-
Die
Bump-Reihen sind also entlang der Richtung der maximalen Ausdehnungsdifferenz
ausgerichtet. Der Abstand zwischen den in Richtung x1 endständigen,
in derselben Reihe angeordneten Bumps (31 und 32, 33 und 34)
ist kleiner als der Abstand zwischen den Bump-Reihen, welche die
in Richtung x2 endständigen Bumps enthalten.
-
In
der in 7 vorgestellten Variante werden die mit dem Eingangstor
verbundenen Bumps in einer entlang der x1-Achse
ausgerichteten ersten Bump-Reihe angeordnet, die in der Figur oberhalb der
ersten akustischen Spur liegt. Die mit den Koppelwandlern verbundenen
Masse-Bumps 31, 32 sind in einer ent lang der x1-Achse ausgerichteten zweiten Bump-Reihe
angeordnet, die in der Figur zwischen den beiden akustischen Spuren
liegt. Die mit dem Ausgangstor verbundenen Bumps sind in einer entlang
der x1-Achse ausgerichteten dritten Bump-Reihe angeordnet,
die in der Figur unterhalb der zweiten akustischen Spur liegt. Auch
hier ist der Abstand zwischen den (in Richtung x1)
endständigen,
in der zweien Reihe angeordneten Bumps 31 und 32 kleiner
als der Abstand zwischen den Bump-Reihen, in denen die (in Richtung x2) endständigen
Bumps 33 und 34 angeordnet sind.
-
Das
in 1 gezeigte Trägersubstrat 1 weist mehrere
dielektrische Schichten 11, 12, 13 auf,
zwischen denen hier nicht gezeigte strukturierte Metalllagen mit
verborgenen Bauelementstrukturen angeordnet sind. Die Metalllagen
sind elektrisch miteinander sowie mit auf der Unterseite des Trägersubstrats 1 angeordneten
Außenkontakten 18 des
Bauelements und auf der Oberseite des Trägersubstrats 1 angeordneten
Anschlussflächen 19 des
Trägersubstrats
mittels Durchkontaktierungen 17 verbunden.
-
Der
Chip weist vorzugsweise mit akustischen Wellen arbeitende Bauelementstrukturen
auf, die auf der unteren Fläche
des Chips angeordnet, in der Figur aber nicht dargestellt sind.
Der Chip 2 weist Anschlussflächen 29 auf, die elektrisch
mit den Anschlussflächen 19 des
Trägersubstrats
mittels Bumps 31, 32 verbunden sind. Die untere
Chipfläche ist
in der ersten Vorzugsrichtung x1 in einen
Mittelbereich 20, in dem die Bumps 31, 32 angeordnet
sind, und (von den Bumps freie) breite Randbereiche 21, 22 aufgeteilt.
-
2 bis 12 zeigen
die Unterseite eines Chips 2 mit der neuartigen Anordnung
der Bumps. Die Bumps sind durch Kreise dargestellt. Die endständigen Bumps
sind mit den Bezugszeichen 31 bis 34 bezeichnet.
In 3 bis 7 ist die Aufteilung der unteren
Chipfläche
in mehrere Bereiche mittels gestrichelter Linien 51 und 52 dargestellt.
-
Die
Achse x ist entlang einer ersten Chipkante ausgerichtet. Die Achse
y ist dabei entlang einer zweiten Chipkante ausgerichtet. Die erste
Vorzugsrichtung x1 ist in Varianten gemäß 2 bis 10 parallel
zur Achse x ausgerichtet. Die zweite Vorzugsrichtung x2 ist
dabei parallel zur Achse y ausgerichtet. Somit ist die erste Chipkante
parallel zur Richtung x1 und die zweite
Chipkante parallel zur Richtung x2 ausgerichtet.
-
Die
in erster Vorzugsrichtung x1 endständigen Bumps 31, 32 sind
voneinander um den Betrag Δx1 beabstandet. Die in zweiter Vorzugsrichtung
x2 endständigen
Bumps (31 und 33 in 2, 3, 5, 6, 8, 10 bzw. 33 und 34 in 4, 7, 9)
sind voneinander um den Betrag Δx2 beabstandet. Der Abstand zwischen den Bumps
wird zwischen den Bump-Mitten 310, 320, 330, 340 der
Bumps 31, 32, 33 und 34 gemessen.
-
Die – die Bump-Mitten
der in Richtung x1 endständigen Bumps 31, 32 (oder 33, 34)
miteinander verbindende – erste
Verbindungslinie 41 ist in 2, 3 parallel
zur Richtung x1 gerichtet. Die – die Mitten
der in Richtung x2 endständigen Bumps 31, 33 (oder 32, 34)
miteinander verbindende – zweite Verbindungslinie 42 ist
in diesen Figuren parallel zur Richtung x2 gerichtet.
Dies bedeutet, dass die entsprechenden endständigen Bumps in parallel zu
der jeweiligen Richtung x1 bzw. x2 verlaufenden Reihen angeordnet sind.
-
Im
allgemeinen Fall – z.
B. in der Variante gemäß 9 – sind die
in der Richtung x1 oder x2 endständigen Bumps
bezüglich
dieser Richtungen nicht in Reihen angeordnet. Die Verbindungslinien 41, 42 zwischen
den Bumps verlaufen dabei nicht parallel zu den Vorzugsrichtungen.
In diesem Fall werden, wie in 11, 12 gezeigt,
die Bump-Mitten 310, 320, 330, 340 aller
Bumps senkrecht auf die jeweilige Vorzugsrichtung x1 bzw.
x2 abgebildet. Die Projektionsstrahlen verlaufen
senkrecht zur jeweiligen Vorzugsrichtung. Die Punkte, die den Abbildungen
der Bump-Mitten auf die jeweilige Achse entsprechen, sind mit den
Bezugszeichen 311, 321, 331, 341 bezeichnet.
Die äußersten
abgebildeten Punkte (z. B. 311 und 321 in Richtung
x1 und z. B. 331 und 341 in Richtung
x2) entsprechen den in dieser Richtung endständigen Bumps.
-
In 2, 3, 5 sind
die in Richtung x1 endständigen Bumps 31, 32 in
einer parallel zur ersten Chipkante verlaufenden äußersten
Reihe angeordnet. In 2 und 3 sind die
in Richtung x1 endständigen Bumps 31, 32 im
entlang der ersten Chipkante verlaufenden Randbereich, entlang einer parallel
zur ersten Chipkante verlaufenden Linie angeordnet.
-
Die
Projektionen der Punkte 31 und 33 (bzw. 32 und 34)
auf die Achse x1 stimmen in 2, 3, 5 miteinander überein.
Auch die Projektionen der Punkte 31 und 32 (bzw. 33 und 34)
auf die Achse x2 stimmen miteinander überein.
Daher sind in 2, 3, 5 alle
vier Bumps 31 bis 34 in jeder Richtung x1, x2 endständig.
-
In
der in 7 gezeigten Variante sind die endständigen Bumps 31, 32 nicht
wie in 2, 3, 5 in einer äußeren, sondern
in der parallel zur ersten Chipkante bzw, in Richtung x1 verlaufenden
mittleren Reihe angeordnet. Die Projektionen der in den äußersten
Reihen angeordneten Bumps auf die Achse x1 liegen
hier zwischen den Projektionen der in der mittleren Reihe angeordneten
Bumps auf diese Achse. Der Abstand zwischen den in der mittleren
Reihe angeordneten Bumps 31, 32 ist also größer als
der Abstand zwischen den in den äußeren Reihen
angeordneten Bumps. Daher bilden die Bumps 31, 32 die
endständigen
Bumps in Richtung x1. Da die Bumps 31, 32 nicht
in einer – bezogen
auf die Richtung x1 – äußeren Reihe liegen, sind sie
in Richtung x2 nicht endständig.
-
In
den Varianten gemäß 2 bis 10 ist die
erste Ausdehnungsdifferenz Δα1 größer als
die zweite Ausdehnungsdifferenz Δα2.
Entsprechend ist der Abstand Δx1 in Richtung x1 der
größeren Ausdehnungsdifferenz
erfindungsgemäß kleiner
als der Abstand Δx2 in Richtung der kleineren Ausdehnungsdifferenz
gewählt.
Die untere Chipfläche
ist in 3, 5, 7 entlang
der Richtung x1 in einen Mittelbereich 20 mit
darin angeordneten Bumps und zwei breite Randbereiche 21, 22 ohne
Bumps aufgeteilt.
-
In 5 und 7 sind
die Bumps in drei Reihen mit jeweils zwei Bumps angeordnet, wobei die
Reihen parallel zur ersten Chipkante bzw. zur Richtung x1 verlaufen. Der – zwischen den Bump-Mitten
gemessene – Abstand
zwischen den beiden äußeren Reihen
entspricht dem Abstand Δx2. In 6 sind die
Bumps in drei Reihen mit jeweils zwei Bumps angeordnet, wobei die
Reihen parallel zur zweiten Chipkante bzw. zur Richtung x2 verlaufen. Der – zwischen den Bump-Mitten
gemessene – Abstand
zwischen den beiden äußeren Reihen
entspricht in 6 dem Abstand Δx1.
-
Die
Querschnittsgröße des Chips
beträgt
a in Richtung x1 und b in Richtung x2. In 2 und 9 gilt
a < b, in 3 a > b, in 4 bis 8 a
= b.
-
Die
Ausbildung der Chipfläche
mit einer größeren Querschnittsgröße b in
Richtung x2 der kleineren Ausdehnungsdifferenz Δα2 hat
den Vorteil, dass die Chipfläche
besonders platzsparend ausgenutzt werden kann.
-
In 3 ist
die Chipfläche
mit einer größeren Querschnittsgröße a in
Richtung x1 der größeren Ausdehnungsdifferenz Δα2 ausgebildet.
Der Abstand Δx1 ist trotzdem gering gewählt, um die Scherkraftkomponente
in dieser Richtung gering zu halten. In Richtung x1 ist
die Chipfläche
in einen Mittelbereich 20 und zwei breite Randbereiche 21 und 22 unterteilt. Die
Breite c des breiten Randbereichs 21, 22 übersteigt
die Querschnittsgröße eines
Bumps. Alle Bumps sind im Mittelbereich 20 angeordnet.
Die breiten Randbereiche 21, 22 weisen keine Bumps
auf.
-
In 8 ist
die untere Fläche
des Chips 2 in einen Mittelbereich 20 und einen
umlaufenden breiten Randbereich 21 aufgeteilt. Der Chip 2 weist
im breiten Randbereich 21 keine Bumps auf. Alle Bumps 31 bis 33 sind
im Mittelbereich 20 der unteren Chipfläche angeordnet. Die Breite
des hier breiten Randbereichs 21 in Richtung x1 ist
größer als
in Richtung x2. Die Breite des breiten Randbereichs 21 in
Richtung x2 übersteigt die einfache Querschnittsgröße eines
Bumps und ist im Wesentlichen gleich der doppelten Querschnittsgröße eines
Bumps. Die Breite des breiten Randbereichs 21 in Richtung
x1 übersteigt
deutlich die doppelte Querschnittsgröße eines Bumps. In diesem Beispiel
gilt Δα1 > Δα2. Daher
ist der Ab stand Δx1 zwischen den in der Richtung x1 endständigen Bumps 31, 32 kleiner
als der Abstand Δx2 zwischen den in der Richtung x2 endständigen Bumps 31, 33 gewählt.
-
In 10 ist
eine Variante der Erfindung gezeigt, bei der gilt Δα2 =
0 und Δα1 > 0. Alle Bumps sind in
einer einzigen, parallel zur zweiten Vorzugsrichtung x2 verlaufenden
Reihe angeordnet, so dass Δx1 = 0 gilt. Die Bump-Reihe ist auf der unteren
Fläche des
Chips bezogen auf die Richtung x1 mittig
angeordnet. Der Chip ist mittels der Abstandhalter 81, 82 gegenüber dem
Trägersubstrat
in Richtung x1 so stabilisiert, dass die
untere Fläche
des Chips parallel zur Oberseite des Trägersubstrats verläuft. Die
Abstandhalter 81, 82 sind entlang der ersten Vorzugsrichtung x1 in den Randbereichen des Chips angeordnet.
Die Abstandhalter 81, 82 können in einer Variante entweder
mit Chip oder mit Trägersubstrat
fest verbunden sein. Die Abstandhalter 81, 82 können in
einer weiteren Variante sowohl mit Chip als auch mit Trägersubstrat
fest verbunden sein.
-
Die
Lage der Bump-Reihe bezogen auf die Richtung x1 kann
auch von der Mitte zur zweiten Chipkante hin verschoben sein.
-
In 11 ist
gezeigt, dass das Koordinatensystem {x1,
x2} gegenüber dem durch die Chipkanten definierten
Koordinatensystem {x, y} um einen Winkel β2 verdreht ist. 12 zeigt
einen Chip mit bezüglich
des thermischen Ausdehnungsverhaltens anisotropen Eigenschaften,
wobei die Richtungen x1, x2 der
maximalen und der minimalen Ausdehnungsdifferenz nicht senkrecht
zueinander sind, sondern einen Winkel β1 < 90° bilden.
Die Achsen x1, x2 verlaufen
zu den Chipkanten schief winklig.
-
13 zeigt
eine weitere Variante der Erfindung, bei der auf der unteren Chipfläche für die endständigen 31 bis 34 und
die übrigen 35, 36 Bumps unterschiedlich
große
Kontaktflächen
vorgesehen sind. Den stärker
belasteten endständigen
Bumps 31 bis 34 sind größere Kontaktflächen 91 bis 94 zugeordnet,
während
den weniger stark belasteten übrigen
Bumps 35, 36 des Bauelements kleiner Kontaktflächen 95, 96 zugeordnet
sind.
-
Auf
dem hier nicht gezeigten Trägersubstrat sind
für die
unterschiedlichen Bump-Arten entsprechend unterschiedlich große, den
Kontaktflächen
des Chips gegenüber
liegende Kontaktflächen
ausgebildet. Die Bumps sind fest mit den Kontaktfächen des Chips
und des Trägersubstrats
verbunden.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die vorgestellten Ausführungsformen, bestimmte Materialien
oder die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt.
-
- 1
- Trägersubstrat
- 11
bis 13
- dielektrische
Schichten
- 17
- Durchkontaktierung
- 18
- Außenkontakte
- 19
- Anschlussflächen des
Trägersubstrats
- 2
- Chip
- 20
- Mittelbereich
der unteren Chipfläche
- 21,
22
- breite
Randbereiche der unteren Chipfläche
- 29
- Anschlussflächen des
Chips
- 31,
32
- endständige Bumps
- 310,
320
- Bump-Mitten
- 311
- Normalprojektion
der Bump-Mitte 310 auf die x1-Achse
- 321
- Normalprojektion
der Bump-Mitte 320 auf die x1-Achse
- 33,
34
- endständige Bumps
- 330,
340
- Bump-Mitten
- 331
- Normalprojektion
der Bump-Mitte 330 auf die x2-Achse
- 341
- Normalprojektion
der Bump-Mitte 340 auf die x2-Achse
- 35,
36
- weitere
Bumps
- 41
- Verbindungslinie
zwischen den Bumps 31, 32
- 42
- Verbindungslinie
zwischen den Bumps 33, 34
- 51,
52
- Trennungslinie
zwischen dem Mittelbereich 20 und
-
- dem
Randbereich 21, 22
- 711
- Eingangswandler
- 721
- Ausgangswandler
- 712,
713, 721, 723
- Koppelwandler
- 81,
82
- Abstandshalter
- 91
bis 96
- Kontaktflächen (UBM)
- x,
y
- Koordinatachsen,
die parallel zu den Chipkanten ver-
-
- laufen
- x1
- erste
Vorzugsrichtung
- Δx1
- Abstand
zwischen den Normalprojektionen 311 und 321
-
- der
Bump-Mitten 310 bzw. 320 auf die x1-Achse
- x2
- zweite
Vorzugsrichtung
- Δx2
- Abstand
zwischen den Normalprojektionen 331 und 341
-
- der
Bump-Mitten 330 bzw. 340 auf die x2-Achse
- β1
- zwischen
den Koordinatachsen x1 und x2
- β2
- Winkel
zwischen den Koordinatachsen x und x1
- a
- lineare
Größe des Chips
in der ersten Vorzugsrichtung x1
- b
- lineare
Größe des Chips
in der zweiten Vorzugsrichtung x2
- c
- Breite
des Randbereichs 22