DE102022124574A1 - METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRONIC COMPONENT AND ELECTRONIC COMPONENT - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines elektronischen Halbleiterchips, wobei an einer Kontaktseite des elektronischen Halbleiterchips eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche ausgebildet sind, wobei die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche um eine erste Höhe über einen zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche befindlichen Abschnitt der Kontaktseite erhaben sind, zum Bereitstellen eines Trägers, wobei an einer Oberseite des Trägers eine erste Gegenkontaktfläche und eine zweite Gegenkontaktfläche ausgebildet sind, wobei die erste Gegenkontaktfläche und die zweite Gegenkontaktfläche um eine zweite Höhe über einen zwischen der ersten Gegenkontaktfläche und der zweiten Gegenkontaktfläche befindlichen Abschnitt der Oberseite des Trägers erhaben sind, wobei die erste Höhe größer oder gleich Null ist und die zweite Höhe größer, kleiner oder gleich Null ist, wobei eine als Summe der ersten Höhe und der zweiten Höhe gebildete Gesamthöhe größer als Null ist, zum Anordnen von Kapseln auf den Gegenkontaktflächen, wobei die Kapseln jeweils eine feste Schale aufweisen, die eine unterkühlte metallische Flüssigkeit umschließt, wobei die Kapseln jeweils einen Durchmesser aufweisen, der geringer als die Gesamthöhe ist, und zum Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips auf den Träger derart, dass die Kontaktflächen des elektronischen Halbleiterchips auf die Gegenkontaktflächen des Trägers gepresst werden, wobei die Schalen der zwischen den Kontaktflächen und den Gegenkontaktflächen angeordneten Kapseln aufbrechen und die metallische Flüssigkeit die Kontaktflächen und die Gegenkontaktflächen benetzt.A method for producing an electronic component includes steps for providing an electronic semiconductor chip, wherein a first contact surface and a second contact surface are formed on a contact side of the electronic semiconductor chip, wherein the first contact surface and the second contact surface are a first height above one between the first contact surface and the second contact surface located portion of the contact side are raised to provide a carrier, wherein a first counter-contact surface and a second counter-contact surface are formed on an upper side of the carrier, wherein the first counter-contact surface and the second counter-contact surface are a second height above one between the first counter-contact surface and the second counter-contact surface portion of the top of the carrier are raised, the first height being greater than or equal to zero and the second height being greater than, less than or equal to zero, with a total height formed as the sum of the first height and the second height greater than zero is, for arranging capsules on the mating contact surfaces, the capsules each having a solid shell which encloses a supercooled metallic liquid, the capsules each having a diameter that is smaller than the overall height, and for pressing the electronic semiconductor chip onto the carrier in such a way that the contact surfaces of the electronic semiconductor chip are pressed onto the mating contact surfaces of the carrier, the shells of the capsules arranged between the contact surfaces and the mating contact surfaces breaking open and the metallic liquid wetting the contact surfaces and the mating contact surfaces.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements sowie ein elektronisches Bauelement.The present invention relates to a method for producing an electronic component and an electronic component.
Es sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren zur elektrischen Kontaktierung elektronischer Halbleiterchips mit geringen lateralen Abmessungen bekannt. Viele derartige Verfahren erfordern eine vorherige Mikrostrukturierung der verwendeten Kontaktmaterialen und gehen mit einem hohen Kurzschlussrisiko einher.Various methods for electrically contacting electronic semiconductor chips with small lateral dimensions are known in the prior art. Many such methods require prior microstructuring of the contact materials used and are associated with a high risk of short circuits.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements anzugeben. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein elektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.One object of the present invention is to provide a method for producing an electronic component. Another object of the present invention is to provide an electronic component. These tasks are solved by a method and a device with the features of the independent patent claims. Various further developments are specified in the dependent claims.
Ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines elektronischen Halbleiterchips, wobei an einer Kontaktseite des elektronischen Halbleiterchips eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche ausgebildet sind, wobei die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche um eine erste Höhe über einen zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche befindlichen Abschnitt der Kontaktseite erhaben sind, zum Bereitstellen eines Trägers, wobei an einer Oberseite des Trägers eine erste Gegenkontaktfläche und eine zweite Gegenkontaktfläche ausgebildet sind, wobei die erste Gegenkontaktfläche und die zweite Gegenkontaktfläche um eine zweite Höhe über einen zwischen der ersten Gegenkontaktfläche und der zweiten Gegenkontaktfläche befindlichen Abschnitt der Oberseite des Trägers erhaben sind, wobei die erste Höhe größer oder gleich Null ist und die zweite Höhe größer, kleiner oder gleich Null ist, wobei eine als Summe der ersten Höhe und der zweiten Höhe gebildete Gesamthöhe größer als Null ist, zum Anordnen von Kapseln auf den Gegenkontaktflächen, wobei die Kapseln jeweils eine feste Schale aufweisen, die eine unterkühlte metallische Flüssigkeit umschließt, wobei die Kapseln jeweils einen Durchmesser aufweisen, der geringer als die Gesamthöhe ist, und zum Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips auf den Träger derart, dass die Kontaktflächen des elektronischen Halbleiterchips auf die Gegenkontaktflächen des Trägers gepresst werden, wobei die Schalen der zwischen den Kontaktflächen und den Gegenkontaktflächen angeordneten Kapseln aufbrechen und die metallische Flüssigkeit die Kontaktflächen und die Gegenkontaktflächen benetzt.A method for producing an electronic component includes steps for providing an electronic semiconductor chip, wherein a first contact surface and a second contact surface are formed on a contact side of the electronic semiconductor chip, the first contact surface and the second contact surface being a first height above one between the first contact surface and the second contact surface located portion of the contact side are raised to provide a carrier, wherein a first counter-contact surface and a second counter-contact surface are formed on an upper side of the carrier, wherein the first counter-contact surface and the second counter-contact surface are a second height above one between the first counter-contact surface and the second counter-contact surface section of the top of the carrier are raised, the first height being greater than or equal to zero and the second height being greater than, less than or equal to zero, with a total height formed as the sum of the first height and the second height greater than zero is, for arranging capsules on the mating contact surfaces, the capsules each having a solid shell which encloses a supercooled metallic liquid, the capsules each having a diameter that is smaller than the overall height, and for pressing the electronic semiconductor chip onto the carrier in such a way that the contact surfaces of the electronic semiconductor chip are pressed onto the mating contact surfaces of the carrier, the shells of the capsules arranged between the contact surfaces and the mating contact surfaces breaking open and the metallic liquid wetting the contact surfaces and the mating contact surfaces.
Dieses Verfahren erfordert keine Feinstrukturierung eines Verbindungsmaterials zur Verbindung der Kontaktflächen des elektronischen Halbleiterchips mit den Gegenkontaktflächen des Trägers. Dadurch ist das Verfahren vorteilhafterweise einfach und kostengünstig durchführbar. Das Verfahren erfordert außerdem keine Verwendung von Silber zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem elektronischen Halbleiterchip und dem Träger, wodurch vorteilhafterweise das Risiko einer Migration von Silber und die damit einhergehende Gefahr von Kurzschlüssen reduziert werden. Das Verfahren erfordert auch kein vorheriges Aufbringen von Lot auf die Kontaktflächen des elektronischen Halbleiterchips, was ebenfalls dazu beiträgt, dass das Verfahren einfach und kostengünstig durchführbar ist. Ferner lässt sich das Verfahren bei niedrigen Temperaturen durchführen, was unter anderem die Verwendung kostengünstiger Trägermaterialien ermöglicht, beispielsweise die Verwendung von PET.This method does not require any fine structuring of a connecting material to connect the contact surfaces of the electronic semiconductor chip to the mating contact surfaces of the carrier. This means that the method can advantageously be carried out simply and inexpensively. The method also does not require the use of silver to produce the electrically conductive connection between the electronic semiconductor chip and the carrier, which advantageously reduces the risk of migration of silver and the associated risk of short circuits. The method also does not require any prior application of solder to the contact surfaces of the electronic semiconductor chip, which also contributes to the method being simple and cost-effective to carry out. Furthermore, the process can be carried out at low temperatures, which, among other things, enables the use of inexpensive carrier materials, for example the use of PET.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden auch auf einem neben den Gegenkontaktflächen befindlichen Abschnitt der Oberseite des Trägers Kapseln angeordnet. Dies ermöglicht es, die Kapseln mittels eines Verfahrens mit geringer Positioniergenauigkeit aufzubringen, wodurch das Verfahren einfach und kostengünstig durchführbar ist.In one embodiment of the method, capsules are also arranged on a section of the top side of the carrier located next to the mating contact surfaces. This makes it possible to apply the capsules using a method with low positioning accuracy, making the method simple and cost-effective to carry out.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips ein weiterer Schritt durchgeführt zum Entfernen zumindest eines Teils der neben den Gegenkontaktflächen angeordneten Kapseln. Vorteilhafterweise wird dadurch verhindert, dass neben den Gegenkontaktflächen angeordnete Kapseln zu einem Zeitpunkt nach dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips auf den Träger, beispielsweise durch Hitzeeinwirkung, aufbrechen und elektrische Kurzschlüsse verursachen.In one embodiment of the method, after pressing on the electronic semiconductor chip, a further step is carried out to remove at least some of the capsules arranged next to the mating contact surfaces. This advantageously prevents capsules arranged next to the mating contact surfaces from breaking open at a time after the electronic semiconductor chip has been pressed onto the carrier, for example due to the effects of heat, and causing electrical short circuits.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Entfernen der Kapseln unter Verwendung eines Lösungsmittels, durch Abblasen, durch ein Ätzverfahren oder mittels einer Klebefolie. Vorteilhafterweise ermöglichen diese Varianten jeweils eine wirksame, schonende und kostengünstige Entfernung zumindest eines Teils der neben den Gegenkontaktflächen angeordneten Kapseln.In one embodiment of the method, the capsules are removed using a solvent, by blowing off, by an etching process or by means of an adhesive film. Advantageously, these variants each enable effective, gentle and cost-effective removal of at least some of the capsules arranged next to the mating contact surfaces.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anordnen der Kapseln unter Verwendung einer Schattenmaske. Vorteilhafterweise ermöglicht dies ein einfaches und kostengünstiges Aufbringen der Kapseln, wobei die Positionen der Kapseln auf gewünschte Bereiche der Oberseite des Trägers beschränkt werden können.In one embodiment of the method, the capsules are arranged using a shadow mask. Advantageously, this enables the capsules to be applied easily and cost-effectively, with the positions of the capsules being determined desired areas of the top of the carrier can be limited.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anordnen der Kapseln durch ein Sprühverfahren. Vorteilhafterweise ist dadurch ein schnelles und kostengünstiges Aufbringen der Kapseln möglich.In one embodiment of the method, the capsules are arranged using a spraying process. This advantageously makes it possible to apply the capsules quickly and cost-effectively.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Kapseln gemeinsam mit einem Lösungsmittel auf den Gegenkontaktflächen angeordnet. Das Lösungsmittel verdunstet vor dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips. Vorteilhafterweise können in einem Lösungsmittel dispergierte Kapseln besonders gut mittels eines Sprühverfahrens aufgebracht werden.In one embodiment of the method, the capsules are arranged together with a solvent on the mating contact surfaces. The solvent evaporates before the electronic semiconductor chip is pressed on. Advantageously, capsules dispersed in a solvent can be applied particularly well using a spray process.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anordnen der Kapseln durch ein Druckverfahren. Vorteilhafterweise ermöglicht auch ein Druckverfahren ein kostengünstiges Aufbringen der Kapseln auf die Oberseite des Trägers.In one embodiment of the method, the capsules are arranged using a printing process. Advantageously, a printing process also enables the capsules to be applied cost-effectively to the top of the carrier.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Kapseln eingebettet in ein Matrixmaterial auf den Gegenkontaktflächen angeordnet. Vorteilhafterweise lassen sich in ein Matrixmaterial eingebettete Kapseln besonders einfach auf den Gegenkontaktflächen des Trägers anordnen. Das Matrixmaterial kann beispielsweise ein organisches Material sein oder ein Acrylharz, ein Epoxid oder ein Silikon aufweisen.In one embodiment of the method, the capsules are embedded in a matrix material and arranged on the mating contact surfaces. Advantageously, capsules embedded in a matrix material can be arranged particularly easily on the mating contact surfaces of the carrier. The matrix material can, for example, be an organic material or comprise an acrylic resin, an epoxy or a silicone.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Matrixmaterial nach dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips entfernt, insbesondere mittels eines Lösungsmittels. Vorteilhafterweise können bei der Entfernung des Matrixmaterials auch neben den Gegenkontaktflächen angeordnete Kapseln entfernt werden.In one embodiment of the method, the matrix material is removed after the electronic semiconductor chip has been pressed on, in particular using a solvent. Advantageously, capsules arranged next to the mating contact surfaces can also be removed when the matrix material is removed.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Matrixmaterial nach dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips ausgehärtet. Das Matrixmaterial kann dann an dem durch das Verfahren erhältlichen elektronischen Bauelement verbleiben. Das ausgehärtete Matrixmaterial kann in dem Matrixmaterial verbliebene Kapseln schützen und voneinander isolieren, sodass in dem Matrixmaterial verbliebene Kapseln auch nach dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips auf den Träger keine unerwünschten Kurzschlüsse verursachen können.In one embodiment of the method, the matrix material is cured after the electronic semiconductor chip has been pressed onto it. The matrix material can then remain on the electronic component obtainable by the method. The cured matrix material can protect capsules remaining in the matrix material and insulate them from one another, so that capsules remaining in the matrix material cannot cause undesirable short circuits even after the electronic semiconductor chip has been pressed onto the carrier.
In einer Ausführungsform des Verfahrens berührt das Matrixmaterial nach dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips den zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche befindlichen Abschnitt der Kontaktseite des elektronischen Halbleiterchips und den zwischen der ersten Gegenkontaktfläche und der zweiten Gegenkontaktfläche befindlichen Abschnitt der Oberseite des Trägers. Das ausgehärtete Matrixmaterial kann dadurch eine Unterfüllung (underfill) des elektronischen Halbleiterchips bilden, diesen zusätzlich mechanisch an dem Träger fixieren. Die Unterfüllung kann auch die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen dem elektronischen Halbleiterchip und dem Träger vor äußeren Einwirkungen schützen.In one embodiment of the method, after the electronic semiconductor chip has been pressed on, the matrix material touches the section of the contact side of the electronic semiconductor chip located between the first contact surface and the second contact surface and the section of the top side of the carrier located between the first mating contact surface and the second mating contact surface. The hardened matrix material can thereby form an underfill of the electronic semiconductor chip and additionally fix it mechanically to the carrier. The underfilling can also protect the electrically conductive connections between the electronic semiconductor chip and the carrier from external influences.
In einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt ein Abstand zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche weniger als 50 µm, insbesondere weniger als 20 pm. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren trotz dieses nur geringen Abstands zwischen den Kontaktflächen des elektronischen Halbleiterchips eine zuverlässige elektrische Kontaktierung ohne Gefahr eines Kurzschlusses zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche.In one embodiment of the method, a distance between the first contact surface and the second contact surface is less than 50 μm, in particular less than 20 μm. Despite this small distance between the contact surfaces of the electronic semiconductor chip, the method advantageously enables reliable electrical contacting without the risk of a short circuit between the first contact surface and the second contact surface.
In einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt der Durchmesser der Kapseln zwischen 0,2 pm und 10 µm, insbesondere zwischen 0,5 µm und 5 µm. Vorteilhafterweise eignen sich die Kapseln dadurch zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Kontaktflächen des elektronischen Halbleiterchips und den Gegenkontaktflächen des Trägers auch im Fall eines sehr kleinen elektronischen Halbleiterchips mit sehr kleinen Kontaktflächen mit sehr geringem Abstand.In one embodiment of the method, the diameter of the capsules is between 0.2 µm and 10 µm, in particular between 0.5 µm and 5 µm. The capsules are therefore advantageously suitable for producing an electrically conductive connection between the contact surfaces of the electronic semiconductor chip and the mating contact surfaces of the carrier, even in the case of a very small electronic semiconductor chip with very small contact surfaces with a very small distance.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Durchmesser der Kapseln zwischen 0,5 pm und 3 µm geringer als die Gesamthöhe. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren dadurch eine Herstellung eines elektronischen Bauelements mit sehr kompakten äußeren Abmessungen, insbesondere mit geringer Höhe.In one embodiment of the method, the diameter of the capsules is between 0.5 pm and 3 µm smaller than the overall height. Advantageously, the method thereby enables the production of an electronic component with very compact external dimensions, in particular with a low height.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Schalen der Kapseln ein Oxid auf, insbesondere ein Zinnoxid (SnOx). Vorteilhafterweise weisen die Schalen der Kapseln dadurch geeignete mechanische Eigenschaften auf.In one embodiment of the method, the shells of the capsules have an oxide, in particular a tin oxide (SnOx). Advantageously, the shells of the capsules therefore have suitable mechanical properties.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die unterkühlte metallische Flüssigkeit Sn, SnAgCu oder SnBi auf. Vorteilhafterweise eignet sich die unterkühlte metallische Flüssigkeit dadurch zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Kontaktflächen des elektronischen Halbleiterchips und den Gegenkontaktflächen des Trägers.In one embodiment of the method, the supercooled metallic liquid has Sn, SnAgCu or SnBi. The supercooled metallic liquid is advantageously suitable for producing an electrically conductive connection between the contact surfaces of the electronic semiconductor chip and the mating contact surfaces of the carrier.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist der elektronische Halbleiterchip ein optoelektronischer Halbleiterchip, insbesondere ein Leuchtdiodenchip. Das Verfahren eignet sich dadurch zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, beispielsweise eines Leuchtdiodenbauelements. Vorteilhafterweise können dabei optoelektronische Halbleiterchips mit sehr geringer Größe verwendet werden.In one embodiment of the method, the electronic semiconductor chip is an optoelectronic semiconductor chip, in particular a light-emitting diode chip. The method is therefore suitable for producing an optoelectronic component, for example a light-emitting diode component. Advantageously, optoelectronic semiconductor chips with a very small size can be used.
Ein elektronisches Bauelement weist einen elektronischen Halbleiterchip und einen Träger auf. An einer Kontaktseite des elektronischen Halbleiterchips sind eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche ausgebildet. Die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche sind um eine erste Höhe über einen zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche befindlichen Abschnitt der Kontaktseite erhaben. An einer Oberseite des Trägers sind eine erste Gegenkontaktfläche und eine zweite Gegenkontaktfläche ausgebildet. Die erste Gegenkontaktfläche und die zweite Gegenkontaktfläche sind um eine zweite Höhe über einen zwischen der ersten Gegenkontaktfläche und der zweiten Gegenkontaktfläche befindlichen Abschnitt der Oberseite des Trägers erhaben. Die erste Höhe ist größer oder gleich Null. Die zweite Höhe ist größer, kleiner oder gleich Null. Eine als Summe der ersten Höhe und der zweiten Höhe gebildete Gesamthöhe ist größer als Null. Die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche sind über Lotverbindungen mit der ersten Gegenkontaktfläche und der zweiten Gegenkontaktfläche verbunden. Auf dem zwischen der ersten Gegenkontaktfläche und der zweiten Gegenkontaktfläche befindlichen Abschnitt der Oberseite des Trägers sind Kapseln angeordnet, die jeweils eine feste Schale aufweisen, die eine unterkühlte metallische Flüssigkeit umschließt. Die Kapseln weisen jeweils einen Durchmesser auf, der geringer als die Gesamthöhe ist.An electronic component has an electronic semiconductor chip and a carrier. A first contact surface and a second contact surface are formed on a contact side of the electronic semiconductor chip. The first contact surface and the second contact surface are raised by a first height above a section of the contact side located between the first contact surface and the second contact surface. A first counter-contact surface and a second counter-contact surface are formed on an upper side of the carrier. The first counter-contact surface and the second counter-contact surface are raised by a second height above a section of the top side of the carrier located between the first counter-contact surface and the second counter-contact surface. The first height is greater than or equal to zero. The second height is greater, less than or equal to zero. A total height formed as the sum of the first height and the second height is greater than zero. The first contact surface and the second contact surface are connected to the first mating contact surface and the second mating contact surface via solder connections. On the section of the top side of the carrier located between the first counter-contact surface and the second counter-contact surface, capsules are arranged, each of which has a solid shell which encloses a supercooled metallic liquid. The capsules each have a diameter that is smaller than the overall height.
Vorteilhafterweise lässt sich dieses elektronische Bauelement einfach und kostengünstig herstellen. Die Lotverbindungen können ohne Silber ausgebildet sein, wodurch vorteilhafterweise das Risiko einer Migration von Silber und die damit einhergehende Gefahr von Kurzschlüssen reduziert sein können. Der Träger kann ein kostengünstiges Trägermaterial aufweisen, beispielsweise PET.Advantageously, this electronic component can be produced easily and inexpensively. The solder connections can be made without silver, which can advantageously reduce the risk of migration of silver and the associated risk of short circuits. The carrier can have a cost-effective carrier material, for example PET.
In einer Ausführungsform des elektronischen Bauelements sind die Kapseln in ein Matrixmaterial eingebettet. Das Matrixmaterial kann die in das Matrixmaterial eingebetteten Kapseln schützen und voneinander isolieren, sodass die Kapseln vorteilhafterweise keine unerwünschten Kurzschlüsse verursachen können. Das Matrixmaterial kann auch eine Unterfüllung (underfill) des elektronischen Halbleiterchips bilden, diesen zusätzlich mechanisch an dem Träger fixieren und die Lotverbindungen zwischen dem elektronischen Halbleiterchip und dem Träger vor äußeren Einwirkungen schützen.In one embodiment of the electronic component, the capsules are embedded in a matrix material. The matrix material can protect and insulate the capsules embedded in the matrix material from each other, so that the capsules advantageously cannot cause undesirable short circuits. The matrix material can also form an underfill of the electronic semiconductor chip, additionally fix it mechanically to the carrier and protect the solder connections between the electronic semiconductor chip and the carrier from external influences.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematischer Darstellung
-
1 eine geschnittene Seitenansicht eines elektronischen Halbleiterchips; -
2 eine geschnittene Seitenansicht eines Trägers; -
3 eine Aufsicht auf Gegenkontaktflächen an einer Oberseite des Trägers; -
4 eine als Summe einer ersten Höhe und einer zweiten Höhe gebildete Gesamthöhe; -
5 eine zum Aufbringen von Kapseln verwendete Schattenmaske; -
6 eine Seitenansicht des Trägers mit auf die Gegenkontaktflächen aufgebrachten Kapseln; -
7 eine Aufsicht auf die Oberseite des Trägers mit den darauf aufgebrachten Kapseln; -
8 eine geschnittene Ansicht einer der Kapseln; -
9 eine geschnittene Seitenansicht des Trägers mit darauf aufgepresstem elektronischem Halbleiterchip; -
10 eine geschnittene Detailansicht einer Kontaktfläche und einer Gegenkontaktfläche während des Aufpressens des elektronischen Halbleiterchips; -
11 eine weitere Detailansicht einer Kontaktfläche und einer Gegenkontaktfläche während des Aufpressens des elektronischen Halbleiterchips; -
12 in ein Lösungsmittel eingebettete Kapseln; und -
13 den Träger, den elektronischen Halbleiterchip und in ein Matrixmaterial eingebettete Kapseln.
-
1 a sectioned side view of an electronic semiconductor chip; -
2 a sectioned side view of a carrier; -
3 a top view of mating contact surfaces on an upper side of the carrier; -
4 a total height formed as the sum of a first height and a second height; -
5 a shadow mask used to apply capsules; -
6 a side view of the carrier with capsules applied to the mating contact surfaces; -
7 a top view of the top of the carrier with the capsules applied thereto; -
8th a sectioned view of one of the capsules; -
9 a sectional side view of the carrier with an electronic semiconductor chip pressed onto it; -
10 a sectional detailed view of a contact surface and a mating contact surface during the pressing on of the electronic semiconductor chip; -
11 a further detailed view of a contact surface and a mating contact surface during the pressing on of the electronic semiconductor chip; -
12 capsules embedded in a solvent; and -
13 the carrier, the electronic semiconductor chip and capsules embedded in a matrix material.
Der elektronische Halbleiterchip 100 weist eine Vorderseite 101 und eine der Vorderseite 101 gegenüberliegende Kontaktseite 102 auf. Falls der elektronische Halbleiterchip 100 als optoelektronischer Halbleiterchip ausgebildet ist, kann die Vorderseite 101 beispielsweise eine lichtemittierende Seite des elektronischen Halbleiterchips 100 bilden. Im Falle eines anders ausgebildeten elektronischen Halbleiterchips 100 kann die Vorderseite 101 eine andere oder gar keine funktionelle Eigenschaft aufweisen.The
An der Kontaktseite 102 des elektronischen Halbleiterchips 100 sind eine erste Kontaktfläche 110 und eine zweite Kontaktfläche 120 ausgebildet. Die erste Kontaktfläche 110 und die zweite Kontaktfläche 120 sind dazu vorgesehen, den elektronischen Halbleiterchip 100 elektrisch zu kontaktieren, beispielsweise, um den elektronischen Halbleiterchip 100 mit elektrischer Spannung und elektrischem Strom zu beaufschlagen. Die Kontaktflächen 110, 120 können beispielsweise als Schichtenfolgen unterschiedlicher metallischer Materialien ausgebildet sein.A
Die erste Kontaktfläche 110 und die zweite Kontaktfläche 120 weisen einen in lateraler Richtung bemessenen Abstand 140 voneinander auf. Im Falle eines kleinen elektronischen Halbleiterchips 100 kann der Abstand 140 ebenfalls klein sein. Der Abstand 140 kann beispielsweise weniger als 50 µm oder sogar weniger als 20 µm betragen.The
Die erste Kontaktfläche 110 und die zweite Kontaktfläche 120 sind jeweils um eine erste Höhe 130 über einen zwischen der ersten Kontaktfläche 110 und der zweiten Kontaktfläche 120 befindlichen Abschnitt 103 der Kontaktseite 102 des elektronischen Halbleiterchips 100 erhaben. Die erste Höhe 130 ist dabei senkrecht zu der Kontaktseite 102 bemessen. Die erste Höhe 130 kann im Bereich einiger µm liegen und beispielsweise bis zu 10 µm betragen. Die erste Höhe 130 kann aber auch kleinere Werte bis unterhalb von 1 µm betragen. Im Extremfall kann die erste Höhe 130 sogar gleich Null sein. In diesem Fall sind die erste Kontaktfläche 110 und die zweite Kontaktfläche 120 gar nicht über den zwischen den Kontaktflächen 110, 120 befindlichen Abschnitt 103 der Kontaktseite 102 erhaben, sondern schließen bündig mit der Kontaktseite 102 des elektronischen Halbleiterchips 100 ab.The
Der elektronische Halbleiterchip 100 kann zusätzlich zu der ersten Kontaktfläche 110 und der zweiten Kontaktfläche 120 noch weitere Kontaktflächen aufweisen.The
Der Träger 200 weist eine Oberseite 201 auf, die in
Die erste Gegenkontaktfläche 210 und die zweite Gegenkontaktfläche 220 sind um eine zweite Höhe 230 über einen zwischen der ersten Gegenkontaktfläche 210 und der zweiten Gegenkontaktfläche 220 befindlichen Abschnitt 203 der Oberseite 201 des Trägers 200 erhaben. Die zweite Höhe 230 ist dabei senkrecht zu der Oberseite 201 des Trägers 200 bemessen.The first
Die zweite Höhe 230 kann beispielsweise einige µm betragen, beispielsweise bis zu 10 µm. Die zweite Höhe 230 kann aber auch einen kleineren Wert aufweisen, beispielsweise einen Wert von weniger als 1 µm. Die erste Gegenkontaktfläche 210 und die zweite Gegenkontaktfläche 220 können sogar derart in der Oberseite 201 des Trägers 200 versenkt sein, dass die zweite Höhe 230 gleich Null ist oder sogar einen Wert von weniger als Null aufweist. Im letztgenannten Fall ragt der zwischen der ersten Gegenkontaktfläche 210 und der zweiten Gegenkontaktfläche 220 liegende Abschnitt 203 der Oberseite 201 des Träger 200 über die erste Gegenkontaktfläche 210 und die zweite Gegenkontaktfläche 220 hinaus.The
Die erste Leiterbahn 215 und die zweite Leiterbahn 225 können gegenüber der Oberseite 201 des Trägers 200 eine Höhe aufweisen, die der zweiten Höhe 230 der ersten Gegenkontaktfläche 210 und der zweiten Gegenkontaktfläche 220 entspricht. Die Leiterbahnen 215, 225 können aber auch eine geringere oder eine größere Höhe aufweisen.The
Der Träger 200 kann zusätzlich zu der ersten Gegenkontaktfläche 210 und der zweiten Gegenkontaktfläche 220 noch weitere Gegenkontaktflächen aufweisen.The
Aus der ersten Höhe 130 der Kontaktflächen 110, 120 des elektronischen Halbleiterchips 100 und der zweiten Höhe 230 der Gegenkontaktflächen 210, 220 des Trägers 200 lässt sich durch Addition rechnerisch eine Gesamthöhe 300 bilden. Dies ist in
Die Öffnung 510 der Schattenmaske 500 könnte aber auch beispielsweise so klein bemessen sein, dass nur die erste Gegenkontaktfläche 210, die zweite Gegenkontaktfläche 220 und der zwischen den Gegenkontaktflächen 210, 220 liegende Abschnitt 203 der Oberseite 201 des Trägers 200 freigelegt sind. Alternativ könnte die Öffnung 510 der Schattenmaske 500 auch größer sein. Der Verwendung einer Schattenmaske 500 mit einer größeren Öffnung 510 bietet den Vorteil, dass die Schattenmaske 500 mit nur geringer Genauigkeit positioniert werden muss, um die Öffnung 510 über der ersten Gegenkontaktfläche 210 und der zweiten Gegenkontaktfläche 220 anzuordnen. Auf die Verwendung der Schattenmaske 500 kann auch vollständig verzichtet werden, wie nachfolgend noch erläutert wird.The
Auf den Gegenkontaktflächen 210, 220 an der Oberseite 201 des Trägers 200 sind Kapseln 400 angeordnet worden. Das Anordnen der Kapseln 400 ist unter Verwendung der in
Die Kapseln 400 sind alle im Wesentlichen gleich ausgebildet.
Die Kapseln 400 weisen jeweils einen Durchmesser 430 auf. Der Durchmesser 430 ist geringer als die Gesamthöhe 300, also geringer als die Summe aus der ersten Höhe 130 und der zweiten Höhe 230. Es ist zweckmäßig, dass der Durchmesser 430 der Kapseln 400 zwischen 0,5 pm und 3 µm geringer als die Gesamthöhe 300 ist. Der Durchmesser 430 der Kapseln 400 kann beispielsweise zwischen 0,2 pm und 10 µm betragen, insbesondere beispielsweise zwischen 0,5 µm und 5 µm.The
In einem der Darstellung der
Die aus den aufgebrochenen Kapseln 400 austretende unterkühlte metallische Flüssigkeit 420 erstarrt nach dem Benetzen der Kontaktflächen 110, 120 und Gegenkontaktflächen 210, 220 rasch und bildet Lotverbindungen 450 zwischen der ersten Kontaktfläche 110 und der ersten Gegenkontaktfläche 210 sowie der zweiten Kontaktfläche 120 und der zweiten Gegenkontaktfläche 220. Dies ist in
Die Anzahl der während des Anordnens der Kapseln 400 auf den Gegenkontaktflächen 210, 220 des Trägers 200 pro Fläche auf die Oberseite 201 des Trägers 200 aufgebrachten Kapseln 400 kann so hoch gewählt werden, dass die entstehenden Lotverbindungen 450 eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweisen. Gleichzeitig sollte die Anzahl der Kapseln 400 pro Fläche ausreichend niedrig gewählt werden, damit die Lotverbindungen 450 thermomechanischen Stress in möglichst geringem Maße übertragen und sich während des Aufpressens des elektronischen Halbleiterchips 100 auf den Träger 200 nur ein geringes Risiko einer Ausbildung eines elektrischen Kurzschlusses einstellt.The number of
Wie in
In dem in
Dem in
Das Entfernen zumindest eines Teils der neben den Gegenkontaktflächen 210, 220 angeordneten Kapseln 400 kann beispielsweise unter Verwendung eines Lösungsmittels, durch Abblasen, durch ein Ätzverfahren oder mittels einer Klebefolie erfolgen. Es ist günstig, wenn bei dem Entfernen der Kapseln 400 auch ein möglichst großer Teil der Kapseln 400 entfernt wird, die sich auf dem zwischen den Gegenkontaktflächen 210, 220 angeordneten Abschnitt 203 der Oberseite 201 des Trägers 200 befinden, da die dort angeordneten Kapseln 400 besonders leicht einen Kurzschluss verursachen könnten.The removal of at least some of the
Das anhand der
Alternativ kann das anhand der
Zum Anordnen der Kapseln 400 mittels eines Druckverfahrens können die Kapseln 400 in ein Matrixmaterial 700 eingebettet sein. Dieses ist in
Das gemeinsam mit den Kapseln 400 durch ein Druckverfahren aufgebrachte Matrixmaterial 700 kann in einer Variante des Verfahrens nach dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips 100 entfernt werden, beispielsweise mittels eines Lösungsmittels. In diesem Fall kann das Matrixmaterial 700 beispielsweise ein organisches Material aufweisen, beispielsweise eine Palmitinsäure oder 1-Decanol. Während des Entfernens des Matrixmaterials 700 können auch in das Matrixmaterial 700 eingebettete Kapseln 400 entfernt werden, die während des Aufpressens des elektronischen Halbleiterchips 100 nicht aufgebrochen wurden.In a variant of the method, the
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, das Matrixmaterial 700 nach dem Aufpressen oder während des Aufpressens des elektronischen Halbleiterchips 100 auszuhärten. In diesem Fall kann das Matrixmaterial 700 beispielsweise ein Acrylharz, ein Epoxid oder ein Silikon aufweisen. Das Aushärten des Matrixmaterials 700 kann beispielsweise durch Wärmezufuhr oder durch Bestrahlung mit Licht erfolgen. Das ausgehärtete Matrixmaterial 700 verbleibt dann an dem elektronischen Bauelement 10, wie dies in
Das ausgehärtete Matrixmaterial 700 kann die in das Matrixmaterial 700 eingebetteten Kapseln 400, die während des Aufpressens des elektronischen Halbleiterchips 100 nicht aufgebrochen sind, derart fixieren, dass ein späteres Aufbrechen dieser Kapseln 400 oder zumindest ein Entstehen eines Kurzschlusses durch die aus den Kapseln 400 austretende metallische Flüssigkeit 420 verhindert wird.The
Das ausgehärtete Matrixmaterial 700 kann auch die Funktion einer Unterfüllung (underfill) erfüllen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn das Matrixmaterial 700 nach dem Aufpressen des elektronischen Halbleiterchips 100 den zwischen der ersten Kontaktfläche 110 und der zweiten Kontaktfläche 120 befindlichen Abschnitt 103 der Kontaktseite 102 des elektronischen Halbleiterchips 100 und den zwischen der ersten Gegenkontaktfläche 210 und der zweiten Gegenkontaktfläche 220 befindlichen Abschnitt 203 der Oberseite 201 des Trägers 200 berührt. In diesem Fall füllt das Matrixmaterial 700 den Raum zwischen den Kontaktflächen 110, 120, der Kontaktseite 102 des elektronischen Halbleiterchips 100, den Gegenkontaktflächen 210, 220 und der Oberseite 201 des Trägers 200 möglichst vollständig aus. Das Matrixmaterial 700 bewirkt dann eine zusätzliche mechanische Fixierung des elektronischen Halbleiterchips 100 an dem Träger 200, kann eine Ionenmigration verhindern und die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontaktflächen 110, 120 und den Gegenkontaktflächen 210, 220 vor äußeren Einwirkungen durch Feuchtigkeit, Säuren und korrosive Gase schützen.The cured
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann abgeleitet werden.The invention was illustrated and described in more detail using the preferred exemplary embodiments. However, the invention is not limited to the examples disclosed. Other variations may be derived by those skilled in the art.
BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- 1010
- elektronisches Bauelement electronic component
- 100100
- elektronischer Halbleiterchipelectronic semiconductor chip
- 101101
- Vorderseitefront
- 102102
- KontaktseiteContact page
- 103103
- zwischenliegender Abschnitt intermediate section
- 110110
- erste Kontaktflächefirst contact surface
- 120120
- zweite Kontaktflächesecond contact surface
- 130130
- erste Höhefirst height
- 140140
- Abstand Distance
- 200200
- Trägercarrier
- 201201
- OberseiteTop
- 203203
- zwischenliegender Abschnittintermediate section
- 204204
- weiterer Abschnitt further section
- 210210
- erste Gegenkontaktflächefirst mating contact surface
- 215215
- erste Leiterbahnfirst conductor track
- 220220
- zweite Gegenkontaktflächesecond counter contact surface
- 225225
- zweite Leiterbahnsecond conductor track
- 230230
- zweite Höhe second height
- 300300
- Gesamthöhe Total height
- 400400
- Kapselcapsule
- 410410
- SchalePeel
- 420420
- Flüssigkeitliquid
- 430430
- Durchmesserdiameter
- 450450
- Lotverbindung Solder connection
- 500500
- SchattenmaskeShadow mask
- 510510
- Öffnung opening
- 600600
- Lösungsmittelsolvent
- 700700
- MatrixmaterialMatrix material
Claims (20)
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- 2022-09-23 DE DE102022124574.8A patent/DE102022124574A1/en active Pending
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- 2023-09-12 WO PCT/EP2023/074970 patent/WO2024061689A1/en unknown
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