WO1998013863A1 - Verfahren zur flipchip-kontaktierung eines halbleiterchips mit geringer anschlusszahl - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for mounting an inaccurate semiconductor chip on a wiring substrate, in which the chip connections are initially formed by connection pads (bond pads) on the upper side (face) of the chip, onto which connection platforms (bumps), which can then be changed under the influence of heat, by means of a mask technique are applied and in which the chip for direct contacting of its connection platforms with the substrate connections is rotated onto its face and placed on the substrate connections, whereupon a permanent connection between the connection platforms and the substrate connections is produced by the action of heat.
  • Such assembly methods are generally known as flipchip contacting. It is important not only the fact that the chip is turned on its face, but above all the direct contacting of a semiconductor chip on a substrate without contact wires or connecting pins.
  • the known direct contacting is usually carried out by soldering, with meltable connecting platforms, for example copper balls or other soldering bumps being applied to one or both connection partners, which can be melted by placing the inverted chips in direct contact on the substrate, and thus melted Establish connection.
  • meltable connecting platforms for example copper balls or other soldering bumps being applied to one or both connection partners, which can be melted by placing the inverted chips in direct contact on the substrate, and thus melted Establish connection.
  • ceramic substrates are frequently used in the known processes; the connection pads of the chips are made of aluminum, on which a chromium and nickel layer is often also deposited.
  • the assembled and contacted chips are then usually still through Glued on a cap or protected against environmental and handling influences by sealing.
  • connection bumps which can be regarded as almost punctiform relative to the total area of the chip, an underfilling of the some 10 ⁇ m deep space between the substrate and the chip area usually has to be provided in order to have a capillary effect and thus avoid larger voltages on the connection bumps.
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset that, in particular in the case of semiconductor chips with a small number of chip connections, permits a less complex type of processing of bare chips.
  • a plastic-encapsulated lead frame should also be usable as the substrate.
  • this object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by first printing an insulating polymer paste onto the chip face by means of screen printing, leaving only the connecting pads to be contacted and then subsequently printing on connecting pads using screen printing, each of the connecting pads to be contacted and cover part of the insulating polymer paste.
  • FIG. 4 shows, in a sectional side view, a chip which is fitted face down onto an overmolded lead frame
  • FIG. 5 shows a schematic view from above of the arrangement according to FIG. 4.
  • a chip face 2 with the customary Al bond pads 3 can be seen in FIG.
  • the bond pads 3 are first coated with electrolessly deposited nickel. This chemical treatment is usually carried out on chips 1 that have not yet been separated, that is to say in the case of a wafer.
  • a precision screen printing with insulating polymer paste 5 is then carried out on the wafer according to the invention. In this case, only the bond pads 3 to be contacted, that is to say only the two connections on the left, are left free.
  • the result is a chip face 2 according to FIG. 2.
  • the next step in the process is the precision screen printing of a conductive adhesive on the wafer.
  • the conductive adhesive is printed both on the insulating polymer paste 5 and on the bond pads 3, so that, as shown in FIG. 3, relatively large, flat areas are created as connection platforms 4. After printing, which results in a chip face 2 according to FIG. 3, the adhesive is pre-dried.
  • the bare chip 1 (die) is removed from the wafer and, with the bumps 4 turned over, is loaded onto the molded leadframe (6), see FIG. 4.
  • the pressing of the chip 1 on the leadframe can advantageously be carried out by means of a heated stamp .
  • the surface of the leadframe 7 can be bare or nickel-plated copper, for example.
  • a solder paste could also be used instead of conductive adhesive, although the plastic used for the encapsulation 6 of the lead frame 7 must then be sufficiently heat-resistant.
  • curing the conductive adhesive in an oven at approx. 120 ° C for approx. 15 minutes is not a problem for most plastics.
  • FIG. 5 shows a guide 8 for the chip 1 provided in the extrusion coating 6.
  • the invention is particularly advantageously applicable to modules such.
  • modules such as B. sensors, smart connectors or chip cards whose ICs have only three or four, at least in relation to the chip area only a few connections.
  • Hall sensors or smart connectors for automotive technology are possible, in which a logic IC is arranged on an overmolded lead frame, the housing, among other things, also accommodating a sensor or a switch.
  • a smart connector housing is typically provided on one side with consumer connections and on the other side with a plug collar.
  • connection platforms In connection with a small number of connections, the invention allows the connection platforms to be enlarged almost arbitrarily, as a result of which, on the one hand, precise mounting is no longer necessary. Because of the planar connection platforms, depending on the total area of the chip face, it will also be possible in many cases to dispense with underfilling the remaining space between the chip face and the substrate that is not occupied by connection platforms.

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Abstract

Zunächst wird mittels Siebdruck eine isolierende Polymerpaste (5) auf das Chipgesicht (2) aufgedruckt, wobei nur die zu kontaktierenden Anschlußflecken (3) (Bondpads) freigelassen werden. Anschließend werden mittels Siebdruck Anschlußpodeste (4) aufgedruckt, die jeweils die zu kontaktierenden Anschlußflecken (3) sowie einen relativ großen Teil der isolierenden Polymerpaste (5) überdecken.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Flipchip-Kontaktierung eines Halbleiterchips mit geringer Anschlußzahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines ungenausten Halbleiterchips auf einem Verdrahtungssubstrat, bei dem die Chipanschlüsse zunächst durch Anschlußflecken (Bond- pads) auf der Oberseite (Gesicht) des Chips gebildet sind, auf die anschließend unter Wärmeeinwirkung veränderliche Anschlußpodeste (Bumps) mittels einer Maskentechnik aufgebracht werden und bei dem der Chip zur Direktkontaktierung seiner Anschlußpodeste mit den Substratanschlüssen auf sein Gesicht gedreht und auf die Substratanschlüsse aufgesetzt wird, wor- aufhin durch Wärmeeinwirkung eine dauerhafte Verbindung zwischen den Anschlußpodesten und den Substratanschlüssen hergestellt wird.
Solche Montageverfahren sind allgemein als Flipchip-Kontak- tierung bekannt. Wesentlich ist dabei nicht nur die Tatsache, daß der Chip auf sein Gesicht gedreht wird, sondern vor allem auch die direkte Kontaktierung eines Halbleiterchips auf einem Substrat ohne Kontaktierdrähte oder Anschlußbeinchen.
Üblicherweise erfolgt die bekannte Direktkontaktierung durch Löten, wobei auf einem oder beiden Verbindungspartnern schmelzfähige Anschlußpodeste, beispielsweise Kupferkugeln oder andere Löthöcker aufgebracht werden, die, durch Bestük- ken der umgedrehten Chips auf das Substrat in direkten Kon- takt gebracht, aufgeschmolzen werden können und so die Verbindung herstellen. Im einzelnen werden bei den bekannten Verfahren häufig Keramiksubstrate eingesetzt, die Anschluß- pads der Chips sind aus Aluminium, auf dem oft noch eine Chrom- und Nickelschicht abgeschieden wird. Die montierten und kontaktierten Chips werden anschließend meist noch durch Aufkleben einer Kappe oder durch Versiegeln gegen Umgebungsund Handhabungseinflüsse geschützt.
Mit steigender Anschlußzahl und kleiner werdendem Anschlußra- ster wird es aufgrund der erforderlichen Geometrie (Position, Ausdehnung) der immer schwieriger und aufwendiger, die Anschlußpodeste mittels Siebdrucken herzustellen. Auch bei Chips mit nur wenigen Anschlüssen bedarf es nach der herkömmlichen Methode einer zielgenauen und deshalb aufwendigen Be- stückung, um die feinstrukturierten Chips mit ihren kleinflächigen Anschlußpads bzw. Bumps mit einem eher grob strukturiertem Substrat, beispielsweise einem Leadframe, zu verbinden. Hinzu kommt, daß bei den üblichen einzelnen Anschluß- bumps, die relativ zur Gesamtfläche des Chips als fast punkt- förmig angesehen werden können, meist eine Unterfüllung des einige 10 μm tiefen Raumes zwischen der Substrat- und der Chipfläche vorgesehen werden muß, um eine Kapillarwirkung und damit größere Spannungen auf die Anschlußbumps zu vermeiden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, daß insbesondere bei Halbleiterchips mit einer geringen Anzahl von Chipanschlüssen eine wenig aufwendige Art der Verarbeitung von nackten Chips erlaubt. Als Substrat soll dabei insbesondere auch ein kunst- stoffumspritztes Leadframe einsetzbar sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zunächst mittels Siebdruck eine isolierende Polymerpaste auf das Chipgesicht aufgedruckt wird, wobei nur die zu kontaktierenden Anschlußflecken freigelassen werden und daß anschließend mittels Siebdruck Anschlußpodeste aufgedruckt werden, die jeweils die zu kontaktierenden Anschlußflecken sowie einen Teil der isolierenden Polymerpaste überdecken. Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung und eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 bis 3 das Chipgesicht in drei aufeinanderfolgenden Verfahrensstadien gemäß der Erfindung,
Figur 4 in einer geschnittenen Seitenansicht einen Chip, der mit dem Gesicht nach unten auf ein umspritztes Leadframe bestückt ist, Figur 5 eine schematische Ansicht von oben auf die Anordnung gemäß Figur 4.
In Figur 1 ist ein Chipgesicht 2 mit den üblichen Al-Bondpads 3 zu erkennen. Wie an sich bereits bekannt, werden die Bond- padε 3 zunächst mit stromlos abgeschiedenem Nickel überzogen. Diese chemische Behandlung erfolgt üblicherweise an noch nicht vereinzelten Chips 1, also bei einem Wafer. Anschließend erfolgt erfindungsgemäß ein Präzisionssiebdruck mit isolierender Polymerpaste 5 auf den Wafer. Dabei werden nur die zu kontaktierenden Bondpads 3, im dargestellten Fall also nur die zwei linken Anschlüsse, freigelassen. Es resultiert ein Chipgesicht 2 gemäß Figur 2. Als nächster Verfahrensschritt erfolgt der Präzisionssiebdruck eines Leitklebers auf den Wafer. Der Leitkleber wird dabei sowohl auf die isolierende Polymerpaste 5 als auch auf die Bondpads 3 gedruckt, so daß, wie in Figur 3 dargestellt, relativ große, flächige Bereiche als Anschlußpodeste 4 entstehen. Nach dem Drucken, bei dem ein Chipgesicht 2 gemäß Figur 3 resultiert, wird der Kleber vorgetrocknet .
Anschließend wird der nackte Chip 1 (Die) aus dem Wafer entnommen und umgedreht mit den Bumps 4 nach unten auf den umspritzten Leadframe (6) bestückt, vergleiche Figur 4. Das Andrücken des Chips 1 auf dem Leadfraim kann vorteilhafterweise mittels eines beheizten Stempels durchgeführt werden. Durch die Beheizung des Chips 1 von seiner Rückseite her wird der Leitkleber ausgehärtet, wobei durch die nur partielle Aufhei- zung des Chips 1 lediglich geringe Spannungen auf die Anschlußpodeste 4 entstehen. Die Oberfläche des Leadframes 7 kann beispielsweise blankes oder vernickeltes Kupfer sein. Prinzipiell könnte auch eine Lotpaste statt Leitkleber verwendet werden, wobei dann allerdings der zur Umspritzung 6 des Leadframes 7 verwendete Kunststoff ausreichend hitzebe- ständig sein muß. Das Aushärten des Leitklebers in einem Ofen bei ca. 120°C für ca. 15 Minuten hingegen ist für die meisten Kunststoffe unproblematisch.
In Figur 5 ist eine in der Umspritzung 6 vorgesehene Führung 8 für den Chip 1 dargestellt.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar bei Modulen, z. B. Sensoren, Smart-Connectoren oder Chipkarten, deren ICs nur drei oder vier, jedenfalls im Verhältnis zur Chipfläche nur wenige Anschlüsse aufweisen. Infrage kommen beispielsweise Hall-Sensoren oder Smart-Connectoren für die Kfz- Technik, bei denen auf einem umspritzten Leadframe ein Logik- IC angeordnet ist, wobei das Gehäuse unter anderem noch einen Sensor bzw. einen Schalter aufnimmt. Ein solches Smart- Connector-Gehäuse ist typischerweise auf der einen Seite mit Verbraucheranschlüssen und auf der anderen Seite mit einem Steckerkragen versehen.
Im Zusammenhang mit einer geringen Anschlußzahl erlaubt die Erfindung auf einfache Weise die fast beliebige Vergrößerung der Anschlußpodeste, wodurch einerseits eine zielgenaue Be- stückung nicht mehr erforderlich ist. Aufgrund der flächig ausgeführten Anschlußpodeste wird es, abhängig von der Gesamtfläche des Chipgesichts, in vielen Fällen außerdem möglich sein, auf eine Unterfüllung des verbleibenden, nicht von Anschlußpodesten besetzten Raumes zwischen dem Chipgesicht und dem Substrat zu verzichten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Montage eines Halbleiterchips (1) auf einem Verdrahtungssubstrat (7) , bei dem die Chipanschlüsse zunächst durch Anschlußflecken (3) (Bondpads) auf der Oberseite (2) (Gesicht) des Chips (1) gebildet sind, auf die anschließend unter Wärmeeinwirkung veränderliche Anschlußpodeste (4) (Bumps) mittels einer Maskentechnik aufgebracht werden, und bei dem der Chip (1) zur Direktkontaktierung seiner Anschluß- podeste (4) mit den Substratanschlüssen auf sein Gesicht (2) gedreht und auf die Substratanschlüsse aufgesetzt wird, woraufhin durch Wärmeeinwirkung eine dauerhafte Verbindung zwischen den Anschlußpodesten (4) und den Substratanschlüssen hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mittels Siebdruck eine isolierende Polymerpaste
(5) auf das Chipgesicht (2) aufgedruckt wird, wobei nur die zu kontaktierenden Anschlußflecken (3) freigelassen werden, und das anschließend mittels Siebdruck Anschlußpodeste (4) aufgedruckt werden, die jeweils die zu kontaktierenden An- schlußflecken (3) sowie einen Teil der isolierenden Polymerpaste (5) überdecken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Drucken der Anschlußpodeste (4) ein Leitkleber verwendet wird, der nachfolgend durch Beheizung des Halbleiterchips (1) ausgehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch l oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß als Verdrahtungssubstrat (7) ein bereits mit Kunststoff
(6) umspritzter metallischer Systemträger (7) (Leadframe) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umgedrehte Halbleiterchip (1) auf den umspritzten Leadframe (7) bestückt, und mittels eines beheizten Stempels auf das Leadframe (7) angedrückt wird, wobei der Leitkleber aushärtet .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Anschlußpodeste (4) jeweils mindestens dreifach größer als die Fläche eines Anschlußfleckens (3) ausgebildet wird.
PCT/DE1997/002200 1996-09-27 1997-09-26 Verfahren zur flipchip-kontaktierung eines halbleiterchips mit geringer anschlusszahl WO1998013863A1 (de)

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