DE10223203B4 - Elektronisches Bauelement-Modul und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Elektronisches Bauelement-Modul mit einem Anschluss-Substrat und mindestens einem elektronischen Bauelement (7) mit folgenden Merkmalen:
– ein flacher Substratkörper (1; 21, 22, 23; 31; 411; 61) besitzt auf seiner ebenen Oberseite (1a) einen Kontaktbereich mit Innenkontakten (4) für das Bauelement (7) und auf seiner Unterseite (1b) Außenkontakte (10);
– in dem Kontaktbereich sind durch Teilabtragung (2) oder Verformung des Substratmaterials jeweils vertieft angeordnete Innenkontakt-Höcker (3; 53; 63) im Abstand der Anschlüsse des Bauelementes ausgebildet, deren Spitzen im Wesentlichen mit der ursprünglich ebenen Oberfläche des Substratkörpers fluchten;
– auf den Innenkontakt-Höckern (3; 53; 63) ist jeweils durch Metallisierung ein Innenkontakt (4; 54; 64) ausgebildet und mit einer Lotschicht versehen;
– auf den Innenkontakten ist das Bauelement (7) in Flip-Chip-Technik kontaktiert und
– von den Innenkontakten (4) erstrecken sich Leiterbahnen (6, 12, 13, 14, 33, 34, 43, 44) über Durchgangslöcher (5; 42) zu den Außenkontakten (10) auf der...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement-Modul mit einem Anschluss-Substrat und mindestens einem elektronischen Bauelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • In der EP 0782765 B1 ist bereits ein Anschluss-Substrat mit einem Halbleiterchip, ein sogenanntes PSGA (Polymer Stud Grid Array) beschrieben, wobei das spritzgegossene Substrat angeformte Polymerhöcker mit einer lötbaren Endoberfläche besitzt. Die Polymerhöcker haben nicht nur den Vorteil, dass sie in einem Arbeitsgang mit dem Grundkörper selbst ausgeformt werden können, sondern sie können aufgrund ihrer Elastizität auch Spannungen, beispielsweise aufgrund von Wärmeausdehnungen, aufnehmen und ausgleichen.
  • Ähnliche Polymerhöcker als Träger für Außenkontakte sind auch bei einem Anschluss-Substrat vorgesehen, das in der WO 01/82372 A1 beschrieben ist. Dort sind in dem Anschluss-Substrat größere Vertiefungen eingeformt. Da das Substrat im Bereich dieser Vertiefungen eine geringere Dicke aufweist, können Durchkontaktierungslöcher mittels Laserbohren mit geringem Aufwand hergestellt werden. Die Kontaktierung von Bauelementen auf diesem Anschluss-Substrat ist jedoch dort nicht beschrieben.
  • Aus der DE 100 59 176 A1 ist ein Zwischenträger für ein Halbleitermodul bekannt, der aus einem Trägerkörper in Form einer Folie besteht, auf deren Oberseite eine Halbleiterkomponente mit ihren Bauteil-Anschluss-Elementen unmittelbar aufgebracht wird. Von der Unterseite des Trägerkörpers werden Durchgangslöcher so eingebracht, dass die Bauteil-Anschluss-Elemente der Halbleiterkomponente freigelegt werden. Die Durchgangslöcher werden dann durch eine Metallisierung mit den Bauteil-Anschluss-Elementen der Halbleiterkomponente kontaktiert. Anschließend werden die Wände der Durchgangslöcher von der Unterseite des Trägerkörpers her durch ringförmige Einkerbungen freigelegt, so dass kaminförmige, vertiefte Höcker entstehen, die als Außenanschlüsse für das Modul zur Kontaktierung auf einer Leiterplatte dienen.
  • In der US 5,998,875 ist ferner eine Flip-Chip-Kontaktierung mittels elastischer Kontakthöcker eines Zwischenträgers beschrieben, wobei der Chip durch entsprechende Konturen des rahmenförmig ausgebildeten Zwischenträgers ausgerichtet wird. Einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Chips einerseits und des Zwischenträgers andererseits wird dadurch Rechnung getragen, dass keine festen Verbindungen vorgenommen werden, so dass eine leichte Verschiebung zwischen den Kontakthöckern des Zwischenträgers einerseits und den Elektroden des Chips andererseits möglich ist.
  • Bei den bisher bekannten Substraten mit Polymerhöckern sind Letztere in ihrer Verteilung und Anordnung an das herkömmliche Raster anderer Anschlusselemente, insbesondere der Lotkugeln in der sogenannten BGA-Technik angepasst. Bei dieser Technik können die Rasterabstände wegen der Eigenschaften und der Verarbeitungsform der Lotkugeln nicht weiter verkleinert werden. Allerdings besteht mittlerweile ein Trend zu weiterer Miniaturisierung, wobei Halbleiterbauelemente mit Flip-Chip-Anschlüssen einen Rasterabstand von 0,2 mm und kleiner besitzen und die Rasterabstände der Kontakte auf Leiterplatten von früher 1 mm und mehr inzwischen auf 0,5 mm und weiter verkleinert wurden.
    •
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Anschluss-Substrat für mindestens ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement, zu schaffen und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welches einen Anschluss der Bauelemente in Flip-Chip-Technik mit extrem geringen Rasterabständen ermöglicht und zugleich eine besonders niedrige Bauhöhe des aus Bauelement und Anschluss-Substrat gebildeten Moduls ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß weist ein derartiges Modul folgende Merkmale auf
    • – ein flacher Substratkörper besitzt auf seiner ebenen Oberseite einen Kontaktbereich mit Innenkontakten für das Bauelement und auf seiner Unterseite Außenkontakte;
    • – in dem Kontaktbereich sind durch Teilabtragung oder Verformung des Substratmaterials jeweils vertieft angeordnete Innenkontakt-Höcker im Abstand der Anschlüsse des Bauelementes ausgebildet, deren Spitzen im Wesentlichen mit der ursprünglich ebenen Oberfläche des Substratkörpers fluchten;
    • – auf den Innenkontakt-Höckern ist jeweils durch Metallisierung ein Innenkontakt ausgebildet und mit einer Lotschicht versehen;
    • – auf den Innenkontakten ist das Bauelement in Flip-Chip-Technik kontaktiert und
    • – von den Innenkontakten erstrecken sich Leiterbahnen über Durchgangslöcher zu den Außenkontakten auf der Unterseite des Substratkörpers.
  • Durch die erfindungsgemäß vertiefte Anordnung der Innenkontakt-Höcker, die durch Teilabtragung, ringförmige Einkerbungen oder sonstige Verformung in der ansonsten ebenen Obersei te des Substratkörpers gebildet werden, ergibt sich eine besonders platzsparende Kontaktierung des Bauelementes in Flip-Chip-Technik mit besonders niedriger Gesamthöhe. Die Spitze der Höcker fluchtet dadurch im wesentlichen mit der ursprünglichen planen Oberfläche des Substratkörpers; lediglich der den Kontakt bildende Lotauftrag erhebt sich über diese Ebene.
  • Im Vergleich mit der herkömmlichen BGA-Technik, die aufgrund der Größenverhältnisse der Lotkugeln eine Flip-Chip-Kontaktierung nur bis zu einem bestimmten Mindestabstand der Bauelementanschlüsse ermöglicht und mit der beispielsweise bei Abständen von weniger als 200 μm nur eine Drahtbondverbindung möglich ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Kontaktierung mit vertieften Polymerhöckern eine Flip-Chip-Kontaktierung bis zu etwa 100 μm. Der Grund liegt darin, daß die Lotkugeln in der BGA-Technik beim Aufschmelzen zur Kontaktierung zusammengedrückt werden und dadurch ihren Durchmesser gegenüber ihrem ursprünglichen Kugeldurchmesser vergrößern (auf das etwa 1,3-fache), während die bei der Erfindung auf den Höckern ausgebildete Lotschicht beim Aufschmelzen ihren Durchmesser nicht vergrößert, so daß die Kontaktstelle keinen größeren Durchmesser erreicht als der Anschluß (Pad) des Bauelementes selbst.
  • Vorzugsweise sind auch auf der Unterseite des Substratkörpers durch Teilabtrag oder Verformung ebenfalls vertiefte Außenkontakt-Höcker gebildet, welche im Raster von Leiterplatten-Anschlüssen angeordnet sind und die Außenkontakte des Substrats tragen. Je nach der Anordnung und dem Herstellungsverfahren der Höcker können diese auf der Oberseite bzw. auf der Unterseite des Substratkörpers durch ringförmige oder auch annähernd gitterförmige Einkerbungen gebildet sein. Denkbar ist es auch, im gesamten Kontaktbereich die Oberfläche des Substratkörpers mit Ausnahme der dann übrig bleibenden Höcker abzutragen oder durch Heißprägen zu verformen, so daß lediglich ein Randbereich und gegebenenfalls Zwischenstege in der ursprünglichen Oberflächenebene zusammen mit den Kontakthöckern stehen bleiben.
  • Je nach Verlauf der Leiterbahnen von den Innenkontakten zu den Durchgangslöchern oder zu anderen Anschlüssen können die ringförmigen Einkerbungen teilweise, insbesondere an ihren Innenseiten metallisiert sein, während ein anderer Teil, vorzugsweise zumindest Teile der Außenbereiche der Einkerbung, zur Bildung von Isolationsstrecken von der Metallisierung freigehalten werden. Dies kann an den schräg verlaufenden Wänden der Einkerbung vorteilhaft durch Laserbestrahlung bewirkt werden. Die Leiterbahnen auf der Oberseite und auf der Unterseite des Substratkörpers können in bevorzugter Ausgestaltung jeweils in nutenförmigen Längsgräben verlaufen, die in die Oberfläche des Substratkörpers eingearbeitet sind. Dabei ist es vorteilhaft, dass jeweils die schrägen Seitenwände dieser Gräben zur Bildung von Leiterbahnen metallisiert sind, während der Bodenbereich und die Außenränder der Gräben, die mit Laserstrahlung gut bearbeitet werden können, von der Metallisierung freigehalten werden und somit Isolationsstrecken bilden. Auf diese Weise können sehr platzsparend jeweils zwei Leiterbahnen in einem Graben untergebracht werden.
  • Die Durchgangslöcher können mit rundem oder mit reckeckigem Querschnitt entweder von der oberseitigen Oberfläche bis zur unterseitigen Oberfläche vorgesehen werden, oder sie können vorteilhafterweise im Bereich einer, z.B. ringförmigen, Einkerbung direkt neben einem Höcker oder aber auch im Bereich eines Leiterbahnen führenden Grabens erzeugt werden. Im letzteren Fall ist es besonders vorteilhaft, ein rechteckiges Durchgangsloch vorzusehen, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Seitenwände metallisiert sind, während die dazwischenliegenden Seitenwände Isolationsstrecken bilden. Dadurch können zwei getrennte Leiterbahnen in einem rechteckigen Durchgangsloch erzeugt werden, welche jeweils getrennt mit den beiden Leiterbahnen eines nutenförmigen Grabens verbunden werden können. Solche rechteckigen Durchgangslöcher können in einfacher Weise etwa beim Heißprägen des Substratkörpers erzeugt werden, wobei schräg verlaufende Seitenwände zur Erzeugung der Isolationsstrecken mit einem Laserstrahl bearbeitet werden können.
  • Der Substratkörper kann beispielsweise aus einer einzigen Folie hergestellt werden. Es kann aber auch von Vorteil sein, ein Basis-Substrat vorzusehen, auf dessen Oberseite und/oder Unterseite jeweils eine Höckerschicht auflaminiert wird, wobei in der jeweiligen Höckerschicht die Innenkontakt-Höcker bzw. die Außenkontakt-Höcker ausgebildet sind. In diesem Fall können die Höckerschichten jeweils aus einem anderen Material bestehen als das Basis-Substrat. So ist es möglich, die Höckerschicht mit den Innenkontakt-Höckern aus einem Material vorzusehen, das bezüglich seiner Wärmeausdehnungs-Eigenschaften dem Material des aufzubringenden Bauelementes, vorzugsweise also einem Halbleitermaterial, angepasst ist, während für die Außenkontakt-Höcker ein Material verwendet werden kann, das hinsichtlich seiner Wärmeausdehnungs-Eigenschaften an eine Leiterplatte angepasst ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Anschluss-Substrats weist die folgenden Schritte auf:
    • a) In der Oberfläche eines folienförmigen Substratkörpers aus Polymer-Material werden zumindest auf einer Seite durch Teilabtragung oder Verformung der Oberfläche jeweils vertieft angeordnete Innenkontakt-Höcker im Abstand der Anschlüsse von zu kontaktierenden Bauelementen geformt, deren Spitzen im Wesentlichen mit der ursprünglich ebenen Oberfläche des Substratkörpers fluchten
    • b) zwischen der Oberseite und der Unterseite des Substratkörpers werden Durchgangslöcher erzeugt;
    • c) durch Metallisierung der Oberseite und der Unterseite des Substratkörpers sowie der Durchgangslöcher wird eine Leiterschicht erzeugt;
    • d) durch gezielte Strukturierung der Leiterschicht werden Innenkontakte auf den Innenkontakt-Höckern der Oberseite, Auflenkontakte auf der Unterseite und zur Bildung elektrisch leitender Verbindungen zwischen den Innenkontakten und den Außenkontakten erzeugt;
    • e) die Innenkontakte werden mit einem Lot- Material beschichtet; und
    • f) auf die Innenkontakte wird das Bauelement aufgesetzt, und seine Anschlüsse werden mit den Innenkontakten verlötet.
  • Vorzugsweise werden im Schritt a) auch auf der Unterseite des Substratkörpers durch Verformung oder Teilabtragung, beispielsweise durch kreisförmiges Einkerben, jeweils Außenkontakt-Höcker geformt, und es werden auf diesen im Schritt c) jeweils die Außenkontakte erzeugt.
  • Grundsätzlich wäre es zwar möglich, das erfindungsgemäße Anschluss-Substrat mit den vertieften Kontakt-Höckern auch in bekannter Weise durch Spritzgießen herzustellen. Da es jedoch um besonders kleine Abmessungen der Höcker selbst und der Teilungsabstände zwischen den Höckern geht, kommen für die erfindungsgemäße Herstellung der Höcker, die Herstellung der Durchgangslöcher und ggf. die Herstellung von Nuten zur Führung von Leiterbahnen vorzugsweise ein Heißprägeverfahren oder eine Strukturierung des Substratkörpers mit einem Laserstrahl in Betracht. Für die Strukturierung der Metallilie rungsschicht zur Bildung der Leiterbahnen wird vorzugsweise eine Strukturierung mittels Laserstrahl verwendet. Dabei ist es in einem Fall möglich, eine Ätzresistschicht mit einem Laserstrahl zu strukturieren und danach die freigelegten Strukturen in einem Ätzverfahren abzutragen. Bei einer anderen Methode, die insbesondere für sehr dünne Leiterschichten Anwendung findet, kann auch die Metallschicht direkt mit dem Laserstrahl strukturiert werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung des Anschluss-Substrats ist es möglich, in Anpassung an die Anschlüsse von Halbleiterchips Anschluss-Höcker mit einem Durchmesser von etwa 50 bis 250 μm mit einem Rasterabstand von etwa 200 μm zu erzeugen, wobei die Höhe der Höcker größer als der Durchmesser ist und vorzugsweise mehr als das 1,3-fache des Durchmessers der Lötverbindung betragen kann. Dadurch ergibt sich auf sehr engem Raum eine gute Elastizität der einzelnen Anschlüsse.
  • Durch die Verwendung von vertieften Aussenkontakt-Höckern auf der Unterseite des Substratkörpers mit entsprechend kleinerem Durchmesser der Lötstellen der Außenanschlüsse wird auch auf der Leiterplatte, die das Modul aufnimmt, weniger Platz für die Kontakt selbst benötigt. Somit bleibt auf der Leiterplatte beispielsweise zwischen zwei Anschlüssen zusätzlicher Platz verfügbar, um anstelle einer Leiterbahn zwei oder drei Leiterbahnen hindurchzuführen.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
  • 1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Anschluss-Substrat für ein erfindungsgemäßes Modul,
  • 2 eine schematische Ansicht des Aufbaus von Innenkontakt-Höckern in Verbindung mit Durchgangslöchern im Schnitt,
  • 3 eine Schnittansicht eines Moduls mit Höckern auf der Ober- und Unterseite des Anschluss-Substrats,
  • 4 eine Schnittansicht eines Substrats mit einer zusätzlichen Höckerschicht auf der Oberseite,
  • 5 eine Schnittansicht eines Substrats mit zusätzlichen Höckerschichten auf der Ober- und Unterseite,
  • 6 eine schematische Detaildarstellung von Nuten mit Leiterbahnen,
  • 7 eine schematische Darstellung eines rechteckigen Durchgangsloches,
  • 8 eine schematische Ansicht einer Leiterbahnstruktur auf der Oberseite eines Anschluss-Substrats, und
  • 9 eine schematische Darstellung einer Leiterbahnstruktur auf der Unterseite eines Anschluss-Substrats,
  • 10 eine schematische Darstellung einer Substrat-Oberseite mit einer gegenüber 2 abgewandelten Gestaltung der Innenkontakt-Höcker,
  • 11 eine gegenüber 10 weiter abgewandelte Ausführungsform eines Substratkörpers zur Darstellung der Lotaufbringung und
  • 12 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Moduls in einer weiteren Abwandlung.
  • In 1 ist schematisch ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Anschluss-Substrats gezeigt. Dieses Anschluss-Substrat besteht im Wesentlichen aus einem Substratkörper 1 aus Isolierstoff, beispielsweise LCP oder einem sonstigen, vorzugsweise thermoplastischen Kunststoff. In die Oberseite 1a dieses Substratkörpers 1 sind ringförmige Einkerbungen 2 eingebracht, beispielsweise mittels eines Prägestempels oder auch durch Abtragung mit einem Laserstrahl. Durch diese ringförmi gen Einkerbungen 2, deren Tiefe beispielsweise 50 bis 200 μm betragen kann, sind Innenkontakt-Höcker 3 gebildet, deren Rasterabstände den Kontaktabständen eines Halbleiter-Bauelementes entsprechen, so dass eine Flip-Chip-Kontaktierung unmittelbar auf der Oberseite des Anschluss-Substrats möglich ist. Zu diesem Zweck sind auf der Spitze der Höcker 3 jeweils Innenkontakte in Form einer Metallschicht aufgebracht.
  • Wie in 1 weiter schematisch gezeigt ist, werden bei dieser Ausführungsform jeweils Durchgangslöcher 5 zwischen der Oberseite 1a und der Unterseite 1b des Substratkörpers erzeugt, wobei in diesem Fall die Durchgangslöcher 5 jeweils in eine Einkerbung 2 münden. Über die Metallisierung dieser Durchgangslöcher und der Außenwand der Höcker 3 wird so eine unmittelbare leitende Verbindung von den Innenkontakten 4 über die Durchgangslöcher 5 zur Unterseite 1b des Substratkörpers erzeugt.
  • 2 zeigt in einem Schnitt den Aufbau von Innenkontakt-Höckern 3. Nachdem die Einkerbungen 2 und die Durchgangslöcher 5 durch Heißprägen oder mittels Laserbestrahlung in dem Substratkörper 1 erzeugt sind, wird der Substratkörper mit einer Metallisierungsschicht überzogen, welche in einem Strukturierungsvorgang teilweise wieder abgetragen wird, so dass jeweils am Umfang der Innenkontakt-Höcker 3 eine Metallschicht 6, vorzugsweise eine Kupferschicht, bestehen bleibt, während die Außenwände der Einkerbungen 2 von der Metallisierung befreit werden und somit als Isolationsstrecken wirken. Auf die Spitze der Höcker 3 wird ebenfalls eine Metallisierung zur Bildung der Innenkontakte 4 aufgebracht. Dazu kommt noch eine Lotschicht, die hier nicht eigens dargestellt ist. Die Durchgangslöcher 5 sind während des Metallisierungsvor gangs ebenfalls mit einer Metallschicht ausgekleidet worden. Die Löcher selbst können anschließend entweder mit Metall oder auch mit einer Kunststoffmasse verschlossen werden.
  • 3 zeigt wiederum einen Schnitt durch ein schematisch dargestelltes Anschluss-Substrat 1, wobei auf der Oberseite jeweils Innenkontakt-Höcker 3 mit Innenkontakten 4 zur Flip-Chip-Kontaktierung mit Anschlüssen 17 eines Halbleiterchips 7 oder eines anderen Bauelementes ausgebildet sind. Auf der Unterseite des Substratkörpers sind in gleicher Weise durch ringförmige Einkerbungen 8 jeweils Außenkontakt-Höcker 9 gebildet, welche ebenfalls in die Oberfläche des Substrats versenkt sind und auf ihrer Spitze jeweils einen Außenkontakt 10 tragen. Diese Außenkontakt-Höcker 9 sind in ihrer Größe und in ihrem Rasterabstand an die Anschlüsse einer Leiterplatte 11 angepasst. Die Verbindung zwischen den Innenkontakten 4 und den Außenkontakten 10 erfolgt über die metallisierten Durchgangslöcher 5 und eine entsprechende Leiterbahnstruktur 12 auf der Unterseite 1b des Substratkörpers. Die Metallisierung und Strukturierung der Leiterschichten auf der Oberseite und der Unterseite des Substratkörpers können in einem Verfahrenschritt durchgeführt werden.
  • 4 zeigt eine Abwandlung gegenüber 3. In diesem Fall besteht der Substratkörper aus einem Basis-Substrat 21, auf dessen Unterseite die Außenkontakt-Höcker 9 wie im vorhergehenden Beispiel angeordnet sind. Auf der Oberseite dieses Basissubstrats 21 ist allerdings eine erste Höckerschicht 22 auflaminiert, in der die Innenkontakt-Höcker 3 wie in den vorherigen Beispielen geformt werden. Auf diese Weise kann die Höckerschicht 22 noch besser an die Eigenschaften, insbesondere die Wärmeausdehnungs-Eigenschaften eines aufzulegen den Bauelementes angepasst werden, etwa an die Eigenschaften eines Halbleitermaterials.
  • 5 zeigt eine weitere Abwandlung, wobei in diesem Fall das Basis-Substrat 21 nicht nur auf der Oberseite eine erste Höckerschicht 22, sondern auch auf der Unterseite eine zweite Höckerschicht 23, trägt. Somit können die Höckerschichten 22 und 23 in unterschiedlicher Weise jeweils in Anpassung an ihre Kontaktpartner ausgewählt werden, also die erste Höckerschicht 22 an ein Bauelement-Material und die zweite Höckerschicht 23 an die Eigenschaften eines Leiterplatten-Materials angepasst werden. In 5 ist weiter die Möglichkeit gezeigt, Leiterbahnen auf der Oberseite und der Unterseite des Basis-Substrats 21 aufzubringen und zu strukturieren, bevor die Höckerschichten 22 und 23 auflaminiert werden. Somit durchsetzen die Durchgangslöcher 5 jeweils nur das Basissubstrat 21 und sind auf der Oberseite mit oberseitigen Leiterbahnen 24 und auf der Unterseite mit unterseitigen Leiterbahnen 25 verbunden, die ihrerseits mit Metallisierungen 6 in den Einkerbungen 2 bzw. 8 in Verbindung stehen.
  • Bei den Anschluss-Substraten gemäß den 1 bis 4 können Leiterbahnen auf der Unterseite oder auf der Oberseite eines Substratkörpers 31 jeweils in nutenförmigen Gräben 32 angeordnet sein, die in 6 lediglich schematisch als kurze Abschnitte gezeigt sind. Solche Gräben können ebenfalls bei der Herstellung des Substrats, d. h. bei der Formung der Einkerbungen 2 durch Heißprägen oder durch Laserstrukturierung, mitgestaltet werden. Vorzugsweise werden in diesen Gräben 32 jeweils die schräg gestellten Seitenwände 33 und 34 metallisiert, während die Bodenflächen 35 und die oberen Randbereiche 36 nicht metallisiert sind und als Isolierstrecken dienen. Auf diese Weise können in einem Graben 32 jeweils zwei Leiterbahnen an gegenüberliegenden Wänden erzeugt werden. Die Herstellung ist relativ einfach, da nach der Metallisierung der gesamten Oberfläche des Substratkörpers einschließlich der Grabenwände die oberflächlichen Bereiche 36 und die zu der Oberfläche parallelen Bodenbereiche 35 leicht mittels eines Laserstrahls strukturiert, d. h. von der Metallisierung befreit werden können. Lediglich beispielshalber seien hier noch Größenverhältnisse angegeben, die mit einer derartigen Grabenstruktur erreicht werden können. Ein Graben 32 kann im Bodenbereich 35 eine Breite b1 von 50 μm besitzen, während der Grabenabstand im Oberflächenbereich eine Breite b2 von ebenfalls 50 μm aufweisen kann. Nimmt man ferner an, dass die schräg verlaufenden Seitenwände 33 und 34 jeweils eine Breite b3 von 25 μm einnehmen, so kann man mit dieser Technik auf einer Gesamtbreite von b4 = 150 μm zwei Leiterbahnen unterbringen. Die Tiefen der Gräben kann in diesem Beispiel ebenfalls bei etwa 50 μm liegen.
  • 7 zeigt ebenfalls schematisch die Gestaltung eines rechteckförmigen, sich einseitig verengenden Durchgangsloches 42. In einem nur angedeuteten Substratkörper 41 ist ein rechteckiges Durchgangsloch 42, beispielsweise durch Heißprägen des Substrats, angeformt. Dabei werden schräge Seitenwände 43, 44, 45 und 46 dadurch erzeugt, dass die Seitenlängen c1 und d1 an der Oberseite größer sind als die Seitenlängen c2 und d2 auf der Unterseite. Hier sei noch erwähnt, dass Oberseite und Unterseite beim Substratkörper auch vertauscht werden können, so dass beispielsweise die größere Lochweite wahlweise auf der Chipseite des Anschluss-Substrats oder auf der Leiterplattenseite vorgesehen werden kann.
  • Nach der allseitigen Metallisierung des Substratkörpers 41 und auch des Durchgangslochs 42 werden dann zwei gegenüber liegende Seiten, beispielsweise die Seiten 45 und 46, von der Metallisierung befreit, so dass zwei mit Metall beschichtete, voneinander isolierte Seitenflächen 43 und 44 bestehen bleiben. Diese bilden dann zwei getrennte Leiterbahn-Durchführungen von der Oberseite zu der Unterseite des Substrats. Durchführungen dieser Art können im Substratkörper jeweils dort vorgesehen werden, wo es am günstigsten ist. Vorteilhaft ist beispielsweise ein derartiges Durchgangsloch im Bereich eines Grabens 32 gemäß 6. So könnte beispielsweise eine Leiterbahn 33 von 6 mit einer Durchführungs-Leiterbahn 43 und eine Leiterbahn 34 mit einer Durchführungs-Leiterbahn 44 verbunden werden.
  • In den 8 und 9 sind jeweils schematisch mögliche Gestaltungen der Oberseite eines Anschluss-Substrats (8) und der Unterseite (9) gezeigt. Die Schemata von 8 und 9 stehen jedoch nicht in Korrelation zueinander, es handelt sich lediglich um prinzipielle Anordnungsmöglichkeiten der jeweiligen Anschluss-Elemente des Substrats.
  • So zeigt 8 eine Reihe von Innenkontakt-Höckern 3, wie sie in 1 bis 5 gezeigt sind. Diese tragen jeweils einen Innenkontakt 4. Von diesen Innenkontakt-Höckern gehen teilweise Leiterbahnen 13 ab, die bei entsprechender Gestaltung auch wie die Leiterbahnen 33 bzw. 34 (6) in Gräben angeordnet sein können. Jeweils zwei dieser Leiterbahnen 13 führen zu einem rechteckigen Durchgangsloch 42 gemäß 7 mit Durchgangs-Leiterbahnen 43 und 44.
  • Weitere Innenkontakt-Höcker 3 in 8 mit Innenkontakten 4 sind jeweils mit runden Durchgangslöchern 5 wie in den 1 bis 4 verbunden. Diese Durchgangslöcher können unmittelbar neben den Höckern 3 im Bereich der ringförmigen Ein kerbunden 2 angeordnet sein. Andere wiederum sind über zusätzliche Leiterbahnen 14 mit einem entfernten Durchgangsloch 5 verbunden.
  • 9 zeigt eine mögliche Anordnung einer Leiterplatten-Anschluss-Seite im Ausschnitt. Auch auf dieser Seite sind Höcker vorgesehen, nämlich die Außenkontakt-Höcker 9 mit den Außenkontakten 10, die durch ringförmige Einkerbungen 8 gebildet sind. Auch in diesem Fall sind zwei Arten von Durchgangslöchern dargestellt, nämlich runde Durchgangslöcher 5, die unmittelbar im Bereich einer ringförmigen Einkerbung 8 angelegt sein können, und rechteckförmige Durchgangslöcher 42, die gemäß 7 ausgebildet sind. Diese Durchgangslöcher sind jeweils mit Leiterbahnen verbunden, beispielsweise Leiterbahnpaaren 33 und 34, die gemäß 6 in einem gemeinsamen Graben 32 angeordnet sind. In 9 ist gezeigt, wie diese beiden Leiterbahnen 33, 34 mit den beiden leitenden Seitenwänden 43 und 44 eines Durchgangsloches verbunden sind.
  • In den 10 bis 12 sind schematisch weitere Abwandlungen des Anschluss-Substrats bzw. des erfindungsgemäßen Moduls gezeigt. 10 zeigt schematisch einen Substratkörper 51, auf dessen Oberseite Innenanschluss-Höcker 53 im Vergleich mit 2 nicht durch ringförmige Einkerbungen, sondern durch großflächige Abtragung bzw. Verformung der Bereiche 52 unter die Oberflächenebene 55 erzeugt sind. Neben den Innenkontakt-Höckern 53 bleiben in diesem Fall lediglich Randbereiche 56 und ein Zwischensteg 57 in der ursprünglichen Höhe bestehen. Die Innenkontakt-Höcker 53 werden dann – nach einer vorherigen Grund-Metallisierung – mit einer Lotschicht 54 zur Bildung der lötbaren Innenkontakte versehen.
  • Vor dem Aufbringen der Lotschicht 54 werden zweckmäßigerweise die Bereiche um die Innenkontakt-Höcker 53 mit einem Lotresist 55 bedeckt (11), um den notwendigen Isolationsabstand zwischen den einzelnen Höckern sicherzustellen. Dieses Lotresist wird beispielsweise durch Aufsprühen mit nachfolgender Laserstrukturierung oder durch Aufbringen einer lichtempfindlichen Schicht mit nachfolgender Belichtung erzeugt und strukturiert. Für das Aufbringen der Lotbeschichtung 54 kommen bekannte Verfahren, wie Siebdruck, in Betracht.
  • 12 zeigt noch einmal im Schnitt ein erfindungsgemäßes Modul, wobei auf einem Substratkörper 61 die Oberseite zur Bildung von Innenkontakt-Höckern 63 abgetragen bzw. verformt ist, so daß lediglich Randbereiche 66 stehen bleiben. Auf diesen Innenkontakt-Höckern 63 mit ihrer Lotbeschichtung 64 wird ein Halbleiterchip 7 über seine Anschlüsse 17 im engen Rasterabstand kontaktiert.
  • Die Unterseite des Substratkörpers 61 ist in gleicher Weise zur Bildung von Außenkontakt-Höckern 68 zwischen den Randbereichen 67 weitgehend abgetragen. Da aber die Außenkontakt-Höcker 68 in Anpassung an die Leiterplatten-Anschlüsse einen größeren Rasterabstand besitzen als die Innenkontakt-Höcker 63, können auf der Unterseite des Substratkörpers 61 weitere Zwischenstege 69 stehen bleiben, auf denen beispielsweise Leiterbahnen oder dergleichen angeordnet sein können. Es sei darauf hingewiesen, daß die Gestaltung der Vertiefungen zwischen den einzelnen Höckern auf der Oberseite bzw. Unterseite des Substratkörpers beliebig sein kann, je nach dem angewendeten Verformungsverfahren. In jedem Fall sind die Höcker unter das ursprüngliche Oberflächenniveau des Substratkörpers versenkt, also unter das oberseitige Oberflächenniveau 65 und unter das unterseitige Oberflächenniveau 70 des Substratkörpers.

Claims (26)

  1. Elektronisches Bauelement-Modul mit einem Anschluss-Substrat und mindestens einem elektronischen Bauelement (7) mit folgenden Merkmalen: – ein flacher Substratkörper (1; 21, 22, 23; 31; 411; 61) besitzt auf seiner ebenen Oberseite (1a) einen Kontaktbereich mit Innenkontakten (4) für das Bauelement (7) und auf seiner Unterseite (1b) Außenkontakte (10); – in dem Kontaktbereich sind durch Teilabtragung (2) oder Verformung des Substratmaterials jeweils vertieft angeordnete Innenkontakt-Höcker (3; 53; 63) im Abstand der Anschlüsse des Bauelementes ausgebildet, deren Spitzen im Wesentlichen mit der ursprünglich ebenen Oberfläche des Substratkörpers fluchten; – auf den Innenkontakt-Höckern (3; 53; 63) ist jeweils durch Metallisierung ein Innenkontakt (4; 54; 64) ausgebildet und mit einer Lotschicht versehen; – auf den Innenkontakten ist das Bauelement (7) in Flip-Chip-Technik kontaktiert und – von den Innenkontakten (4) erstrecken sich Leiterbahnen (6, 12, 13, 14, 33, 34, 43, 44) über Durchgangslöcher (5; 42) zu den Außenkontakten (10) auf der Unterseite des Substratkörpers (1; 21, 22, 23; 31; 41).
  2. Modul nach Anspruch 1, wobei auf der Unterseite des Substratkörpers (1; 21, 22, 23; 63) durch Teilabtragung (8) oder Verformung des Substratmaterials vertieft angeordnete Außenkontakt-Höcker (9; 69) gebildet sind, welche im Abstand von Leiterplatten-Anschlüssen angeordnet sind und die Außenkontakte (10) des Substrats tragen.
  3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Innenkontakt-Höcker (3)und/oder die Außenkontakt-Höcker (9) jeweils durch ringförmige Einkerbungen (2;8) im Substratmaterial gebildet sind.
  4. Modul nach Anspruch 3, wobei die ringförmigen Einkerbungen (2; 8) jeweils an ihren Innenseiten (6) metallisiert sind und an ihren Außenseiten zumindest teilweise isoliert sind.
  5. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Oberfläche der Oberseite und/oder Unterseite des Substratkörpers (31) jeweils Längsgräben (32) ausgebildet sind, deren Seitenwände (33, 34) zumindest teilweise mit einer Metallschicht zur Bildung von Leiterbahnen versehen sind.
  6. Modul nach Anspruch 5, wobei die Metallschicht in dem Bodenbereich (35) der Gräben (32) unterbrochen ist, um an den Seitenwänden zwei voneinander isolierte Leiterbahnen (33, 34) zu bilden.
  7. Modul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei jeweils Durchgangslöcher (5) mit rundem Querschnitt im Bereich jeweils einer Einkerbung (2; 8) angeordnet und an ihren Umfangswänden zur Bildung von Leiterbahnen metallisiert sind.
  8. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Durchgangslöcher (42) mit rechteckigem Querschnitt jeweils nur an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden (43, 44) metallisiert sind, um zwei voneinander isolierte Durchgangs- Leiterbahnen von der Oberseite zur Unterseite des Substrats (41) zu bilden.
  9. Modul nach den Ansprüchen 6 und 8, wobei jeweils rechteckige Durchgangslöcher (43) im Bereich von Längsgräben (32) ausgebildet sind und wobei jeweils eine Leiterbahn (33, 34) auf einer Seitenwand des Längsgrabens (32) mit einer Durchgangs-Leiterbahn (43, 44) auf einer Seitenwand des Durchgangsloches (42) leitend verbunden ist.
  10. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Substratkörper aus einem Basis-Substrat (21) und einer auf der Oberseite und/oder auf der Unterseite auflaminierten Höckerschicht (22, 23) besteht und wobei in der jeweiligen Höckerschicht (22, 23) die Innenkontakt-Höcker (3) bzw. die Außenkontakt-Höcker (9) ausgebildet sind.
  11. Modul nach Anspruch 10, wobei eine auf der Oberseite des Basis-Substrats (21) angeordnete erste Höckerschicht (22) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungs-Eigenschaften an die eines aufzubringenden Bauelementes (7), vorzugsweise eines Halbleiter-Bauelementes, angepasst sind.
  12. Modul nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine auf der Unterseite des Basis-Substrats (21) angeordnete zweite Höckerschicht (23) aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungsverhalten an das einer Leiterplatte (11) angepasst ist.
  13. Modul nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei unterhalb der auflaminierten Höckerschicht (22, 23) eine Leiterbahnstruktur (24; 25) angeordnet ist.
  14. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verhältnis der Höhe eines Höckers (3; 9) zum Durchmesser der Lötstelle größer als 1, vorzugsweise größer als 1,3, ist.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit folgenden Schritten: a) In der Oberfläche eines folienförmigen Substratkörpers (1; 21, 22, 23; 31; 41; 51; 61) aus Polymer-Material werden zumindest auf einer Seite durch Teilabtragung oder Verformung der Oberfläche jeweils vertieft angeordnete Innenkontakt-Höcker (3; 53; 63) im Abstand der Anschlüsse von zu kontaktierenden Bauelementen geformt, deren Spitzen im Wesentlichen mit der ursprünglich ebenen Oberfläche des Substratkörpers fluchten; b) zwischen der Oberseite und der Unterseite des Substratkörpers (1; 21, 22, 23; 31; 41; 51; 61) werden Durchgangslöcher (5; 42) erzeugt; c) durch Metallisierung der Oberseite und der Unterseite des Substratkörpers (1; 51; 61) sowie der Durchgangslöcher (5; 42) wird eine Leiterschicht erzeugt; d) durch gezielte Strukturierung der Leiterschicht werden Innenkontakte (4; 54; 64) auf den Innenkontakt-Höckern der Oberseite, Außenkontakte (10) auf der Unterseite und Leiterbahnen (6, 12, 24, 25, 33, 34, 43, 44) zur Bildung elektrisch leitender Verbindungen zwischen den Innenkontakten (4) und den Außenkontakten (10) erzeugt; e) die Innenkontakte (4; 54; 64) werden mit einem Lot- Material beschichtet; und f) auf die Innenkontakte (4) wird das Bauelement (7) aufgesetzt, und seine Anschlüsse (17) werden mit den Innenkontakten verlötet.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei im Schritt a) auch auf der Unterseite des Substratkörpers durch Abtragung oder Verformung des Substratmaterials jeweils in der Oberfläche vertiefte Außenkontakt-Höcker (9) geformt, deren Spitzen im Wesentlichen mit der ursprünglich ebenen Oberfläche des Substratkörpers fluchten, und wobei auf diesen im Schritt c) jeweils die Außenkontakte (10) erzeugt werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Innenkontakt-Höcker (3) und/oder die Außenkontakt-Höcker (9) durch annähernd ringförmige Einkerbungen gebildet werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Höcker (3; 9; 53; 63; 64) und die Durchgangslöcher (5; 42) jeweils durch Heißprägen erzeugt werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Höcker (2; 8) und die Durchgangslöcher (5; 42) jeweils unter Verwendung eines Laserstrahls erzeugt werden.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Strukturierung der Metallisierung gemäß Schritt c) unter Verwendung eines Laserstrahls erfolgt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei im Schritt a) in der Oberfläche des Substratkörpers (31) nutartige Gräben (32) mit schrägen Seitenwänden (33, 34) angeformt werden, welche im Schritt c) metallisiert werden, wobei im Schritt d) die Bodenfläche der Gräben (35) und der Randbereich (36) an der Oberfläche des Substratkörpers (31) von der Metallschicht befreit wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei im Schritt a) Durchgangslöcher (42) mit einem sich verjüngenden rechteckigen Querschnitt erzeugt werden, wobei weiterhin im Schritt c) die Seitenwände der Durchgangslöcher metallisiert werden und wobei jeweils zwei gegenüberliegende Seitenwände (45, 46) der Durchgangslöcher im Schritt d) von der Metallschicht bereit werden.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei vor dem Schritt e) die Oberfläche des Substratkörpers (51) in den die Höcker (53) umgebenden Bereichen mit einer Lotresistschicht (58) bedeckt werden und wobei im Schritt e) das Lotmaterial (54) auf die Höcker (53) aufgebracht wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei vor dem Schritt a) auf ein Basissubstrat (21) oberseitig und/oder unterseitig eine Höckerschicht (22, 23) auflaminiert wird und im Schritt a) die Höcker (3; 9) jeweils in der Höckerschicht (22; 23) erzeugt werden.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei vor dem Auflaminieren der Höckerschicht (22; 23) jeweils eine Leiterbahnstruktur (24; 25) auf der Oberseite bzw. der Unterseite des Basis-Substrats (21) erzeugt wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Durchgangslöcher (5) in dem Basis-Substrat (21) erzeugt werden und eine leitende Verbindung von den Durchgangslöchern (5) zu den Innenkontakten (4) bzw. den Außenkontakten (10) jeweils über Einkerbungen (2) in der Höckerschicht (22; 23) erzeugt wird.
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