DE102008011394A1 - Method for assembling electronic components of assembly building group on plastic carrier substrate, involves providing bond pad in area adjacent to contact area or in contact area with fastening recess - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von elektronischen Bauelementen sowie eine Montagebaugruppe mit einem auf ein Trägersubstrat montierten elektronischen Bauelement.The The invention relates to a method for assembling electronic Components and a mounting assembly with a mounted on a support substrate electronic component.
Bei der direkten Montage von Halbleiter-Chips, der sog. Flip-Chip-Montage, wird der Chip ohne weitere Anschlussdrähte direkt mit der aktiven Kontaktierungsseite nach unten zum Substrat bzw. zum Schaltungsträger hin montiert. Dazu wird der Chip beispielsweise mit Kontaktierungshügeln, sog. Bumps, versehen und unter Zwischenschaltung eines Klebers und/oder Lots unter Temperatur- und Druckeinwirkung mit dem Substrat verbunden. Dabei kann es zu Problemen mit Kleberschichten des Substrats kommen, die beim Bonden erweichen und beispielsweise die Haftung zwischen einer aufgalvanisierten Kontaktschicht und dem übrigen Substrataufbau verschlechtern.at the direct assembly of semiconductor chips, the so-called flip-chip assembly, The chip is directly connected to the active contacting side without any additional connection wires down to the substrate or to the circuit board mounted. This will be the chip, for example, with Kontaktierungshügeln, so-called. Bumps provided and with the interposition of an adhesive and / or solder under temperature and pressure associated with the substrate. It may be too Problems come with adhesive layers of the substrate, which during bonding soften and, for example, the adhesion between a galvanized Contact layer and the rest Worsen substrate structure.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Montageverfahren für elektronische Bauelemente sowie eine verbesserte Montagebaugruppe anzugeben.task The present invention is an improved method of assembly for electronic components and specify an improved assembly assembly.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zur Montage von elektronischen Bauelementen, wie Flip-Chips oder gekapselten integrierten Schaltkreisen, auf einem Kunststoff-Trägersubstrat, wobei die Anschlüsse des elektronischen Bauelements mit auf dem Trägersubstrat angeordneten elektrisch leitenden Bond-Pads verbunden werden, wobei die Bond-Pads Kontaktbereiche für die Anschlüsse des elektronischen Bauelements bereitstellen und wobei das elektronische Bauelement auf dem Trägersubstrat durch ein Verbindungsmittel gesichert wird, wobei vorgeschlagen wird, dass das Bond-Pad in einem dem Kontaktbereich benachbarten Bereich und/oder im Kontaktbereich mit mindestens einer Befestigungsausnehmung versehen wird, wobei zugleich das Trägersubstrat freigelegt wird, dass das Verbindungsmittel in einem Bereich aufgetragen wird, der die mindestens eine Befestigungsausnehmung einschließt, und dass die mindestens eine Befestigungsausnehmung mit dem Verbindungsmittel gefüllt wird. Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einer Montagegruppe mit einem auf ein Trägersubstrat montierten elektronischen Bauelement, wie einen Flip-Chip oder einen gekapselten integrierten Schaltkreis, wobei die Anschlüsse des elektronischen Bauelements mit auf dem Trägersubstrat angeordneten elektrisch leitenden Bond-Pads elektrisch verbunden sind, wobei die Bond-Pads Kontaktbereiche für die Anschlüsse des elektronischen Bauelements aufweisen und wobei das elektronische Bauelement auf dem Trägersubstrat durch ein Verbindungsmittel gesichert ist, wobei vorgeschlagen wird, dass das Bond-Pad in einem dem Kontaktbereich benachbarten Bereich und/oder im Kontaktbereich mindestens eine Befestigungsausnehmung aufweist, die mindestens das Trägersubstrat freilegt, dass das Verbindungsmittel in einem Bereich aufgetragen ist, der die mindestens eine Befestigungsausnehmung einschließt, und dass die mindestens eine Befestigungsausnehmung von dem Verbindungsmittel ausgefüllt ist.According to the invention this Task solved with a method for assembling electronic components, such as Flip chips or encapsulated integrated circuits, on one Plastic carrier substrate, the connections of the electronic component with arranged on the carrier substrate electrically conductive bond pads are connected, wherein the bond pads contact areas for the connections of the provide electronic component and wherein the electronic Component on the carrier substrate is secured by a connecting means, being proposed is that the bond pad in a contact area adjacent Area and / or in the contact area with at least one mounting recess is provided, wherein at the same time the carrier substrate is exposed, that the bonding agent is applied in an area that the includes at least one mounting recess, and that the at least one Fastening recess is filled with the connecting means. The task will be solved further with a mounting group with a mounted on a support substrate electronic Component, such as a flip-chip or an encapsulated integrated Circuit, with the connections of the electronic component with arranged on the carrier substrate electrically conductive bond pads are electrically connected, the bond pads Contact areas for the connections of the electronic component and wherein the electronic component on the carrier substrate secured by a connecting means, suggesting the bond pad is in an area adjacent to the contact area and / or has at least one fastening recess in the contact region, the at least the carrier substrate exposes that the bonding agent is applied in a region that the includes at least one mounting recess, and that the at least a mounting recess is filled by the connecting means.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Bond-Pads mit Befestigungsausnehmungen wird erreicht, dass das Bond-Pad mindestens eine zusätzliche Verbindungsstelle zum Trägersubstrat aufweist und somit besser gegen thermische und/oder mechanische Beanspruchungen geschützt ist, insbesondere gegen thermische Beanspruchungen beim Bonden des elektronischen Bauelements.By the inventive design of Bond pads with fixing recesses is achieved that the bond pad at least one additional one Connection point to the carrier substrate and thus better against thermal and / or mechanical Protected loads is, in particular against thermal stress during bonding of the electronic component.
Am Bond-Pad angreifende Kräfte werden durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Montagegruppe nun auch direkt auf das Trägersubstrat geleitet, so dass die Gefahr des Ablösens des Bond-Pads von dem Trägersubstrat wesentlich verringert ist. Bei dem Trägersubstrat kann es sich um eine Kunststofffolie aus PVC, PETF, PETG, PC, ABS usw. handeln. Die Stärke der Folie kann im Bereich von 20 bis 100 μm liegen.At the Bond pad attacking forces be through the inventive method or in the structure according to the invention The assembly group now also passed directly to the carrier substrate, so that the danger of detachment of the bond pad from the carrier substrate is significantly reduced. The carrier substrate may be a plastic film of PVC, PETF, PETG, PC, ABS, etc. act. The strenght the film can be in the range of 20 to 100 microns.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut geeignet, um integrierte Schaltkreise, die eine RFID-Schaltung (RFID = Radio Frequency Identification) aufweisen, mit einer auf dem Trägersubstrat ausgebildeten Antennenstruktur zu verbinden.The inventive method is particularly well suited to integrated circuits that have a Have RFID (Radio Frequency Identification) circuit, with one on the carrier substrate to connect trained antenna structure.
Es kann vorgesehen sein, dass die Befestigungsausnehmung auch in das Trägersubstrat eingebracht wird. Damit gelangt das Verbindungsmittel auch in das Trägersubstrat oder durchdringt es, so dass es eine noch bessere Haftung aufweist. Es können sich weiter technologische Vorteile ergeben, wenn sich die Befestigungsausnehmung auch auf das Trägersubstrat erstreckt. Die Befestigungsausnehmungen können beispielsweise als durchgehende Perforierungen ausgebildet werden, wobei als Werkzeug zum Beispiel Nadeln einsetzbar sind. Eine unregelmäßige, mit einem Grat ausgebildete Querschnittsform kann die Haftung zwischen dem Verbindungsmittel und dem Trägersubstrat verbessern. Es sind auch andere Querschnittsformen möglich, zum Beispiel eine quadratische Querschnittsform. Als Verfahren zum Einbringen der Befestigungsausnehmungen kommen beispielsweise Abtragen mittels Laserstrahl oder Elektronenstrahl, Stanzen und Bohren in Frage. Durch geeignete Wahl der Wellenlänge kann der Laserstrahl beispielsweise eingestellt werden, um eine metallische Schicht, jedoch keine Kunststoffschicht zu perforieren. In metallische Schichten können die Befestigungsausnehmungen auch durch die Verfahren, die zum Strukturieren von metallischen Schichten geeignet sind, wie beispielsweise Ätzen oder Drucken, ausgebildet werden.It can be provided that the fastening recess is also introduced into the carrier substrate. Thus, the connecting means also enters the carrier substrate or penetrates it, so that it has an even better adhesion. There may be further technological advantages if the mounting recess also extends to the carrier substrate. The fastening recesses can be formed, for example, as continuous perforations, with needles being used as a tool, for example. An irregular burr-shaped cross-sectional shape can improve the adhesion between the bonding agent and the support substrate. Other cross-sectional shapes are possible, for example, a square cross-sectional shape. As a method for introducing the fastening recesses, for example, ablation by means of laser beam or electron beam, punching and drilling in question. By suitable choice of the wavelength of the laser beam can be adjusted, for example, to perforate a metallic layer, but no plastic layer. In metallic layers, the mounting recesses may also be formed by the methods used to structure metallic layers are suitable, such as etching or printing, are formed.
Es kann auch weiter vorgesehen sein, dass die Befestigungsausnehmung als Durchkontaktierung zwischen dem Bond-Pad und einer auf der Unterseite des Trägersubstrats im Bereich des Bond-Pads aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht ausgebildet wird.It can also be further provided that the mounting recess as a via between the bond pad and one on the bottom of the carrier substrate in the region of the bond pad applied electrically conductive layer is trained.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht vor, dass die Befestigungsausnehmung im Querschnitt eine Hinterschneidung aufweist, so dass das Verbindungsmittel in der Befestigungsausnehmung einen Anker ausbildet.A Further advantageous embodiment provides that the mounting recess has an undercut in cross section, so that the connecting means in the mounting recess forms an anchor.
Es kann vorgesehen sein, dass als Verbindungsmittel ein elektrisch nicht leitfähiger Kleber verwendet wird. Der elektrisch nicht leitfähige Kleber kann insbesondere vorgesehen sein, um Kurzschlüsse beim Bonden mit Sicherheit zu vermeiden.It can be provided that as connecting means an electrical non-conductive Glue is used. The electrically non-conductive adhesive can in particular be provided to short circuits to avoid with the bonding with security.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass als Verbindungsmittel ein elektrisch leitfähiger Kleber verwendet wird, der aus einem elektrisch nicht leitenden Polymer-Harz besteht, dessen Matrix elektrisch leitfähige Partikel aufweist.It but can also be provided that as connecting means an electric conductive Adhesive is used, which consists of an electrically non-conductive Polymer resin, whose matrix is electrically conductive particles having.
Bei den elektrisch leitenden Partikeln kann es sich beispielsweise um Silberflocken oder um metallbeschichtete Polymerkugeln handeln.at the electrically conductive particles may be, for example Silver flakes or act on metal-coated polymer balls.
Weiter kann vorgesehen sein, dass als Verbindungsmittel eine Lötpaste verwendet wird. Die Lötpaste kann beispielsweise mittels Siebdruck aufgebracht werden, wobei darauf zu achten ist, dass der Pastenauftrag im Register mit den Bond-Pads ist. Bei der Lötpaste kann es sich beispielsweise um eine Zinn-Silber-Legierung handeln, wie etwa Sn-3,5Ag. Dieses Material weist einen Schmelzpunkt von 221°C und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 23,5 × 10–6/°C auf. Das Trägersubstrat kann beispielsweise aus Polycarbonat bestehen, das einen Erweichungsbereich von 204 bis 221°C und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 66 bis 70 × 10–6/°C aufweist. Weil der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägersubstrats in diesem Beispiel ungefähr dreimal größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Lötpaste, dehnen sich beim Erhitzen die Befestigungsausnehmungen mehr als die Lötpaste aus und begünstigen das Eindringen des geschmolzenen Lotes. Beim Abkühlen schrumpfen die Befestigungsausnehmungen stärker als das Lot und bilden dadurch einen guten Schutz gegen das Lockern der Verbindung.It can further be provided that a soldering paste is used as the connecting means. For example, the solder paste can be applied by screen printing, making sure that the paste application is in register with the bond pads. The solder paste may be, for example, a tin-silver alloy, such as Sn-3.5Ag. This material has a melting point of 221 ° C and a thermal expansion coefficient of 23.5 × 10 -6 / ° C. The carrier substrate may be made of, for example, polycarbonate having a softening range of 204 to 221 ° C and a thermal expansion coefficient of 66 to 70 × 10 -6 / ° C. Because the coefficient of thermal expansion of the carrier substrate in this example is about three times greater than the coefficient of thermal expansion of the solder paste, when heated, the attachment recesses expand more than the solder paste and promote the penetration of the molten solder. Upon cooling, the mounting recesses shrink more than the solder and thereby provide good protection against loosening of the connection.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bauelement ein Flip-Chip ist, dessen Anschlüsse als Bumps ausgebildet sind. Die Bumps oder auch Kontaktierhügel sind im Allgemeinen halbkugelförmig ausgebildet, weil sie durch Aufschmelzen von auf die Kontaktflächen der Chips aufgebrachtes Material erzeugt werden und dabei infolge der wirkenden Oberflächenspannung eine Kugelfläche ausgebildet wird. Unter dem Begriff „Bumps” sollen aber auch drahtförmige Fortsätze verstanden werden, die im Allgemeinen eine Länge von 10 bis 20 μm haben können.It can be provided that the device is a flip-chip whose connections are designed as bumps. The bumps or contacting hills are generally hemispherical formed because they melt by on the contact surfaces of the Chips applied material can be generated and thereby as a result of acting surface tension a spherical surface is trained. The term "bumps" but also wire-shaped extensions understood which can generally have a length of 10 to 20 microns.
Die Bumps können vorteilhafterweise aus einer Gold- oder Nickel-Gold-Legierung ausgebildet sein.The Bumps can advantageously be formed of a gold or nickel-gold alloy.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen der unterhalb des elektronischen Bauelements verlaufenden Außenkante des Bond-Pads und der dem elektronischen Bauelement zugewandeten Außenkante der Befestigungsausnehmung größer ist als die Differenz zwischen dem Mittenabstand der Bumps und dem Abstand der unterhalb des elektronischen Bauelements verlaufenden Außenkanten benachbarter Bond-Pads.Further can be provided that the distance between the below the electronic component extending outer edge of the bond pad and the electronic component facing outer edge the mounting recess is larger as the difference between the center distance of the bumps and the distance the extending below the electronic component outer edges adjacent bond pads.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenThe The invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. It demonstrate
Die
Als
Flip-Chip wird ein im Allgemeinen gehäuseloser elektronischer Schaltkreis
bezeichnet, der mit der Kontaktseite nach unten auf dem Trägersubstrat
montierbar ist. Die Kontakte des Flip-Chips
Die Bumps können auch durch Löten unter Druck- und Temperatureinwirkung mit den Bond-Pads verbunden werden. Dabei kann es jedoch zu Ablösungen des Seed-Layers und damit des Bond-Pads im Bereich der Flip-Chips kommen, zumindest zu einem im Langzeitbetrieb unsicheren Verbindungsaufbau.The Bumps can also by soldering connected to the bond pads under pressure and temperature become. However, it may lead to separations of the seed layer and so that the bond pads come in the area of flip chips, at least to an unsafe connection in long-term operation.
Die
Die
Befestigungsausnehmungen
Der
Abstand Pd zwischen der unterhalb des Flip-Chip
Die
Befestigungsausnehmungen
Die
typischen Fertigungsschritte zur Herstellung der besagten Verbindung
in
- – Ausbildung
der Bond-Pads
5 , die beispielsweise Antennenanschlüsse bilden können, durch Aufbringen einer dünnen elektrisch leitfähigen Schicht auf das Trägersubstrat1 , wie weiter oben beschrieben. Die Dicke der Schicht, die aus dem Seed-Layer und einer galvanisch aufgebrachten metallischen Schicht besteht, beträgt etwa 20 μm oder weniger. - – Ausbildung
mindestens einer Befestigungsausnehmung
6 von beliebiger Form und Größe in dem Bond-Pad5 sowie Freilegen des Trägersubstrats1 in einer Region, die nicht in Kontakt ist mit den Anschlüssen des Flip-Chips2 , aber in einer Region, die durch den Kleber3 überdeckt wird. - – Auftragen
des Klebers
3 zur Überdeckung der mindestens einen Befestigungsausnehmung6 . - – Verbinden
der Bumps
4 des Flip-Chips2 mit den Bond-Pads5 durch Anwenden von Hitze und Druck. - – Die
Zeit zur Ausführung
des beschriebenen Prozessschritts, muss so bemessen werden, dass der
Kleber
3 aushärtet und gleichzeitig das Bonden der Bond-Pads5 und des Trägersubstrats1 erfolgt.
- - Formation of bond pads
5 , which may form, for example, antenna terminals, by applying a thin electrically conductive layer on the carrier substrate1 as described above. The thickness of the layer consisting of the seed layer and a plated metallic layer is about 20 μm or less. - - Training at least one mounting recess
6 of any shape and size in the bond pad5 and exposing the carrier substrate1 in a region that is not in contact with the terminals of the flip chip2 but in a region covered by the glue3 is covered. - - Apply the adhesive
3 to cover the at least one mounting recess6 , - - Connect the bumps
4 of the flip chip2 with the bond pads5 by applying heat and pressure. - - The time to perform the process step described, must be such that the adhesive
3 hardens and at the same time bonding the bond pads5 and the carrier substrate1 he follows.
Die
Die
Die
Die
In
dem in
Die
typischen Fertigungsschritte zur Herstellung der besagten Verbindung
in
- – Ausbildung
der Bond-Pads
5 , die beispielsweise Antennenanschlüsse bilden können, durch Aufbringen einer dünnen elektrisch leitfähigen Schicht auf das Trägersubstrat1 , wie weiter oben beschrieben. Die Dicke der Schicht, die aus dem Seed-Layer und einer galvanisch aufgebrachten metallischen Schicht besteht, beträgt etwa 20 μm oder weniger. - – Ausbildung
mindestens einer Befestigungsausnehmung
6 von beliebiger Form und Größe in dem Bond-Pad5 sowie mindestens partiell in dem Trägersubstrat1 sowie Ausbildung der Befestigungsausnehmung in einer Region, die durch die Lötpaste31 überdeckt wird. - – Auftragen
der Lötpaste
31 zur Überdeckung der mindestens einen Befestigungsausnehmung6 . - – Verbinden
des Leadframes
7a des integrierten Schaltkreises7 mit den Bond-Pads5 durch Anwenden von Hitze und Druck. - – Die
Zeit zur Ausführung
des beschriebenen Prozessschritts muss so bemessen werden, dass
die Lötpaste
31 schmilzt und dabei den Zwischenraum zwischen dem Leadframe7a und dem Bond-Pad5 füllt und gleichzeitig das Trägersubstrat1 im Bereich der Befestigungsausnehmungen6 durchdringt. In10 sind beispielhaft Befestigungsausnehmungen mit unterschiedlicher Ausbildung dargestellt. - – Kühlung der
Lötpaste
31 zur Aushärtung und Schrumpfung des Bond-Pads5 und des Trägersubstrats1 .
- - Formation of bond pads
5 , which may form, for example, antenna terminals, by applying a thin electrically conductive layer on the carrier substrate1 as described above. The thickness of the layer consisting of the seed layer and a plated metallic layer is about 20 μm or less. - - Training at least one Befestigungsaus perception
6 of any shape and size in the bond pad5 and at least partially in the carrier substrate1 as well as forming the mounting recess in a region passing through the solder paste31 is covered. - - Apply the solder paste
31 to cover the at least one mounting recess6 , - - Connecting the leadframe
7a of the integrated circuit7 with the bond pads5 by applying heat and pressure. - - The time to perform the described process step must be measured so that the solder paste
31 melts while keeping the gap between the leadframe7a and the bond pad5 fills and at the same time the carrier substrate1 in the area of the fastening recesses6 penetrates. In10 exemplary Befestigungsausnehmungen are shown with different training. - - cooling the solder paste
31 for hardening and shrinking the bond pad5 and the carrier substrate1 ,
Bei
der vorstehend genannten Lötpaste
Das
Trägersubstrat
Weil
der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägersubstrats
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DE102008011394A Withdrawn DE102008011394A1 (en) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | Method for assembling electronic components of assembly building group on plastic carrier substrate, involves providing bond pad in area adjacent to contact area or in contact area with fastening recess |
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Country | Link |
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Aintila,A., Bjöklöf,A., Järvinen,E., Lalu,S.: "Electroless Ni/Au Bumps for Flpchip-on-Flex and TAB Applications", Sixteenth IEEE/CPMT International Symposium, 12.-14.Sept. 1994, S.160-164 Infineon Tech.AG [Hrsg.]: "Halbleiter-Technische Erläuterungen, Technologien und Kenndaten", Publics Corporate Publishing, Erlangen, 3.Aufl. 2004, S.572-573 |
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