DE4030771A1

DE4030771A1 - Kunststoffgehaeuse fuer einen halbleiterchip

Info

Publication number: DE4030771A1
Application number: DE19904030771
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Phys Pape
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-04-02
Anticipated expiration: 2010-09-29
Also published as: DE4030771B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffgehäuse für einen Halbleiter chip nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Kunststoffgehäuse bzw. Verkapselungen für einen Halb leiterchip, der an seiner Oberfläche eine integrierte Schaltung (IC) aufweist, sind bekannt. Der Chip wird dabei auf einen metal lenen Systemträger, einen sogenannten Leadframe (Rahmen mit An schlußbeinen), und zwar bei Standard-ICs auf dessen zentrales Teil (Insel) geklebt, gebondet und in einem Spritzgußprozeß voll ständig mit Kunststoffpreßmasse umhüllt.

Die Fehlanpassung der thermischen Ausdehnung von Chip und Preß masse führt bei plastikverkapselten Chips zu großen mechanischen Spannungen im Gehäuse. Vor allem Scherspannungen an der Chipober fläche, wo die empfindliche IC-Struktur und deren elektrische An schlüsse liegen, und die Scher- und Zugspannungen in der Preßmas se können die IC-Struktur und die Bondverbindungen zerstören bzw. zu Rissen in der Umhüllung führen. Die Leadframe-Insel verstärkt diese Spannungen noch. Weiterhin ist es problematisch, bei großen Chips die seitlichen Leadframe-Anschlüsse stabil im Gehäuse zu verankern.

Um die Chipoberfläche und die Bondanschlüsse von der Gehäusepreß masse mechanisch zu entkoppeln, ist es bekannt, die Chipoberfläche mit einer weichen Schutzabdeckung, beispielsweise aus einem Gel, einem Polyimid oder einem Kleber zu versehen. Eine solche Zwi schenschicht ist allerdings fertigungstechnisch aufwendig und er höht die Spannungen in der Preßmasse am Chiprand. Das Problem wird somit nur verlagert.

Die mechanische Verankerung der Anschlüsse wird durch komplizier te Anschlußgeometrien oder größere Gehäuse erzielt. Bei einer wei terhin bekannten Technik (William C. Ward, "Volume Production of unique Plastic Surface-Mount Modules for the IBM 80-ns 1 Mbit DRAM Chip by Area Wire Bond Techniques", Procs. of the 38. ECC, 1988, S.552-557) werden die Bondanschlüsse in die Chipmitte ver legt, wo kaum Scherspannungen auftreten. Die Entkopplung von Chipoberfläche und Preßmasse erfolgt durch zwei Klebefolien auf dem Chip, die auch die Leadframe-Anschlüsse tragen. Die Anschlüs se ragen fast bis in die Chipmitte und sind deshalb gut verankert. Die Leadframe-Insel entfällt. Diese Technik erfordert allerdings Spezialchips. IC mit Standarddesign, d. h. mit Bondanschlüssen an den Seiten, können nicht verarbeitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffgehäuse für einen IC-Halbleiterchip zu schaffen, bei dem das Auftreten von mechanischen Spannungen, vor allem von Scherspannungen an der Chipoberfläche vermieden wird und das insbesondere auch zum Ver kapseln von integrierten Schaltungen mit Standarddesign geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zum Befestigen der Leadframe-Anschlüsse bzw. Leiter bahnen des Systemträgers auf der Chipoberfläche nur eine Klebe folie, die als isolierende Zwischenschicht bevorzugt verwendet wird, mitten auf den Chip geklebt wird, wobei die seitlichen elek trischen Anschlußstellen, sogenannte Pads bzw. Bondpads frei blei ben. Gebondet wird bzw. die Bonddrähte verlaufen seitwärts (Fig. 2) oder von außen nach innen (Fig. 1). Die Leadframe-Insel entfällt, wodurch eine Verringerung der mechanischen Spannung erreicht wird.

Als weitergehende vorteilhafte Maßnahme wird die als isolierende Zwischenschicht verwendete weiche Klebefolie durch eine harte, in der thermischen Ausdehnung an das Halbleitermaterial des Chips angepaßte Schicht ersetzt. Dadurch werden die Scherspannungen in der Ebene der IC-Struktur und der Bondungen (Anschlußstellen) ganz oder zumindest teilweise blockiert und an die Oberseite die ser harten Schicht verlegt. Dort sind sie unschädlich. In der Preßmasse des Gehäuses werden die Spannungen nicht wie bei Gel und weicher Klebung lokal an den Chipkanten erhöht. Der Effekt kann auch mit einer harten Schicht über dem Leadframe erzielt oder noch verbessert werden.

Anhand von in den Figuren der Zeichnung rein schematisch darge stellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Ausschnitte der Anordnung der Leiterbahnen auf dem Chip,

Fig. 3 eine Gehäuseausführungsform und

Fig. 4 eine weitere Gehäuseausführung.

In das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kunststoffgehäuse 1, beispielsweise aus einem duroplastischen Kunststoff, ist ein Halbleiterchip 2 völlig eingebettet. Der Halbleiterchip 2 weist auf seiner Oberfläche eine integrierte Schaltung und dieser zuge ordnete seitliche elektrische Anschlußstellen 5, sogenannte Pads, auf. Diese Pads 5 sind durch Drähte 6 (Bonddrähte) mit den die Ge häuseanschlüsse bildenden Leiterbahnen eines Systemträgers 3 kon taktiert. Der Systemträger 3 ist über eine isolierende Zwischen schicht 4, in diesem Beispiel eine Kunststoffolie auf der Ober fläche des Chips 2 befestigt. Die Folie 4 ist etwas kleiner als der Chip 2, so daß die seitlichen Anschlüsse 5 (Bondpads) nicht bedeckt werden. Der Systemträger 3 (Leadframe) wird auf der Folie zweckmäßig durch Kleben befestigt. Die Kleberschicht 7 (Fig. 3, 4) kann beispielsweise zuerst auf den Chip 2 oder den Systemträger 3 aufgebracht sein. Die Kleberschicht 7 kann als Folie oder auch flüssig aufgetragen werden, z. B. durch Aufstempeln. Besonders einfach ist die Verwendung einer beidseitig kleberkaschierten Kunststoffolie als Zwischenschicht 4. Die auf einer solchen Folie 4 bereits verhandenen Kleberschichten 7 bilden in diesem Fall das Befestigungsmittel. Die auf der Oberseite der isolierenden Zwi schenschicht, hier Folie 4 befestigten Leiterbahnen des Systemträ gers 3 erstrecken sich in den Bereich über dem Chip 2 hinein, d. h. sie verlaufen nahezu über die gesamte Chipfläche und haben daher eine besonders gute Verankerung im Gehäuse 1. Die Fig. 1 zeigt eine Variante des Verlaufs der Leiterbahnen des Systemträgers 3 und Fig. 2 eine weitere Variante. Von beiden Varianten ist in den Fig. 1 und 2 nur die eine Hälfte des Systemträgers 3 darge stellt. Die andere Hälfte ist dazu spiegelsymmetrisch.

Die Schichtenfolge ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungs beispiel identisch mit der in den Fig. 1 und 2 gezeigten. Bei die sem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird anstatt der aufgeklebten, weichen Kunststoffolie, die beispielsweise aus Po lyimid besteht, für die isolierende Zwischenschicht 4 eine Schicht aus hartem Material mit einem dem Halbleiterchip 2 gleichen oder mit ähnlichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten verwendet. Bei Silizium-Chips 2 ist die Verwendung von Silizium für die isolie rende Zwischenschicht 4 thermisch und mechanisch optimal. Dabei kann vorteilhaft polykristallines Rohsilizium verwendet werden. Weitere besonders geeignete Materialien für die Zwischenschicht 4 sind Glas, z. B. Quarzglas, Keramik, z. B. A₂O₃-Keramik oder sogar Metall, z. B. Molybdän oder Ni-Fe-Legierung, sofern die Isolation der Kleberschicht 7 für die galvanische Trennung von Systemträger 3 und Halbleiterchip 2 ausreichend ist. Die Dicke der Zwischen schicht 4 sollte ungefähr 50µm bis 500µm betragen. Die Zwischen schicht 4, in diesem Beispiel in Form eines Plättchens, ist durch eine beliebige, geeignete Klebetechnik auf dem Chip 2, dargestellt durch die Kleberschicht 7, fixiert. Der Systemträger 3 ist auf dem Plättchen bzw. der Zwischenschicht 4 zweckmäßig auch durch Kleben, dargestellt durch die weitere Kleberschicht 7, befestigt. Die harte Zwischenschicht 4 kann in Etiketten- oder Streifenform schon auf dem Wafer aufgeklebt und im Falle der Verwendung einer Metallschicht auch auf Löthöcker aufgelötet sein. Durch die Ver wendung einer harten bzw. starren Schicht als Zwischenschicht 4 werden die Chipoberfläche und die Bondverbindungen besonders wirk sam gegen Scherspannungen geschützt.

Von weiterem Vorteil ist, daß diese Zwischenschicht 4 neben der mechanischen Schutzfunktion auch elektrische und thermische Funk tionen übernehmen kann. Beispielsweise als elektrische Schirmung oder als Wärmekapazität bei Schaltvorgängen von Leistungs-IC.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des Kunststoffgehäuses 1 dargestellt. Sowohl der Systemträger 3 als auch der Halbleiter chip 2 sind wiederum mit der isolierenden Zwischenschicht 4 vor zugsweise mittels Kleberschichten 7 befestigt. In diesem Beispiel ist eine zur Zwischenschicht 4 analoge zusätzliche Schicht 8 vor gesehen, die oberhalb des Systemträgers 3 zusätzlich oder alterna tiv zur Zwischenschicht 4 eingesetzt werden kann. Die zusätzliche Schicht 8 kann bei Bedarf auch eine größere Dicke als die Zwischen schicht 4 aufweisen. Diese zusätzliche Schicht 8 kann vorteilhaft nach dem Bonden aufgeklebt werden. Die Anordnung der Leiterbahnen des Systemträgers 3 auf der Zwischenschicht 4 ist analog den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen.

Claims

1. Kunststoffgehäuse für einen Halbleiterchip, der darin völ lig eingebettet ist, der auf seiner Oberfläche eine integrierte Schaltung und seitliche elektrische Anschlußstellen aufweist, die durch Drähte mit den die Gehäuseanschlüsse bildenden Leiter bahnen eines Systemträgers kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Systemträger (3) über eine isolierende Zwischenschicht (4) auf der Oberfläche des Halbleiter chips (2) befestigt ist, welche die seitlichen Anschlußstellen (5) freiläßt, und daß sich die Leiterbahnen des Systemträgers (3) in den Bereich über dem Halbleiterchip (2) hinein erstrecken.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Systemträger (3) und der Halbleiterchip (2) mit der isolierenden Zwischenschicht (4) durch Kleben befestigt sind.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die isolierende Zwischenschicht (4) eine Kunststoffolie ist.

4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenschicht (4) eine beidseitig kleberkaschierte Kunststoffolie ist.

5. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die isolierende Zwischenschicht (4) aus einem harten Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoef fizient dem des Materials des Halbleiterchips (2) angepaßt ist.

6. Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß der Halbleiterchip (2) aus einkristallinem Silizium und die isolierende Zwischenschicht (4) aus polykrystallinem Sili zium bestehen.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der Systemträger (3) mit einer zusätzlichen Schicht (8) aus hartem Material versehen ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Materials des Halblei terchips (2) angepaßt ist.

8. Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die zusätzliche Schicht (8) aus Glas, Si lizium oder Aluminiumoxidkeramik besteht.