WO2013186267A1 - Montageträger und verfahren zur montage eines montageträgers auf einem anschlussträger - Google Patents

Montageträger und verfahren zur montage eines montageträgers auf einem anschlussträger Download PDF

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WO2013186267A1
WO2013186267A1 PCT/EP2013/062168 EP2013062168W WO2013186267A1 WO 2013186267 A1 WO2013186267 A1 WO 2013186267A1 EP 2013062168 W EP2013062168 W EP 2013062168W WO 2013186267 A1 WO2013186267 A1 WO 2013186267A1
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structural elements
solder
carrier
metallization
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PCT/EP2013/062168
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Matthias KNÖRR
Herbert Brunner
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the present application relates to a mounting substrate for semiconductor chips and a method for assembling a
  • connection carrier on a connection carrier.
  • Conventional methods for making a connection between mounting bracket and terminal support include bonding with an elastic adhesive and large area soldering with a metal brazing material. Due to the difference in the thermal
  • Expansion coefficients between the mounting bracket and the connection carrier can occur during temperature fluctuations thermo-mechanical stresses. Especially at
  • solder joints can cause damage to the solder joint and cause the required life of the solder joint can not be achieved.
  • Compared to a solder joint can be a more elastic
  • Adhesive bond better compensate for the thermo-mechanical stresses, however, has a much lower
  • One task is to have a mounting bracket and a
  • a mounting bracket has a second main surface provided for the mounting of semiconductor chips and a first one opposite the second main surface
  • the mounting bracket also has a
  • Mounting body wherein the mounting body on the first main surface side facing a first metallization and the first main surface has a structuring with a plurality of columnar structural elements.
  • connection In making a connection between the patterning of the mounting substrate with a connection carrier, for example by means of a connection layer, the connection effectively becomes many due to the columnar structuring
  • the mounting bracket preferably extends in a vertical direction between the first and second major surfaces.
  • the first metallization is preferably on the first
  • Metallization facing side have an interface.
  • the first metallization can be directly at the interface adjoin.
  • the interface can be flat or have elevations or depressions.
  • the first metallization may be single-layered or multi-layered. In particular, it may be formed in one piece. Furthermore, the first metallization or at least one sub-layer of the first metallization may contain copper or consist of copper. Copper is characterized in particular by a high thermal conductivity. As an alternative or in addition to the copper, the first metallization may contain further materials, for example a metallic one
  • Alloy which may contain copper in particular. Further preferred is the first metallization with respect to
  • connection carrier thermal expansion coefficient adapted to the connection carrier. The risk of breakage, for example, by soldering made connection between the first metallization and the connection carrier is thus reduced.
  • a column-like structural element is understood to mean an element which is one to the second
  • Main surface parallel extended cross-section and a vertical direction to the second major surface height can take on any shape, for example, curved, approximately circular or oval, or polygonal, approximately square, in particular square or hexagonal.
  • the columnar structure elements with different cross-sectional shapes or with different cross-sectional areas can be used in parallel.
  • at least two structural elements of different cross sections in particular
  • the cross section of the individual structural element preferably remains in the Essentially constant.
  • “Substantially constant” means that the shape of the cross section preferably does not change and the ratio of the minimum cross section to the maximum cross section of the structural element is between 0.5 and 1 inclusive, more preferably between
  • the aspect ratio of the height to the maximum extent of the cross section is arranged such that the columnar structural elements during manufacture, during assembly and in use have sufficient mechanical stability.
  • the aspect ratio is between 0.01 and 20 inclusive, preferably between 0.1 and 10 inclusive and more preferably between
  • the columnar structural elements preferably form the
  • Structural elements is the structuring of both the first
  • structural elements therefore have a part of the mounting body and a part of the first metallization.
  • the structural elements can be formed by the first metallization is applied to an already structured mounting body. In the case of a flat interface between the mounting body and the first metallization, each is columnar
  • Structural element exclusively part of the first metallization.
  • the structural elements can be arranged directly on the mounting body. The spaces between the
  • Structural elements can therefore extend completely through the first metallization.
  • a structural bottom can be formed between the structural elements and the mounting body.
  • the structural floor can completely cover the mounting body.
  • the structural floor is expediently also part of the first metallization. The spaces between the structural elements extend in this case in the vertical direction to the structure floor.
  • Structural elements electrically connected to each other.
  • Structural base absorb the occurring during temperature fluctuations thermo-mechanical stresses between the mounting bracket and the connection carrier.
  • Cross-sectional area of the structural bottom to be greater than the sum of the cross-sectional areas of the structural elements.
  • Connecting surface to the mounting body is thus increased, resulting in a particularly stable connection between the
  • the interface may also surveys or
  • the mounting carrier is structured such that the interface also has a columnar structure.
  • the structural elements can be both part of the metallization and part of the mounting bracket.
  • the first metallization may be a thin metal layer which is arranged on the tips of the elevations of the interface. It is also possible that the first
  • the mounting body contains a ceramic, in particular a AIN ceramic or a
  • Structural elements a height between 30 inclusive
  • Microns and including 300 microns are Microns and including 300 microns.
  • connection points can be located on the connection plane and thus formed as stable as possible.
  • the connection plane is parallel to the second major surface.
  • Structure element a maximum extent between including 20 microns and including 3000 microns.
  • the cross sections of the structural elements can basically different dimensions and different shapes
  • the structural elements are preferably the same in terms of their basic shape and furthermore preferably with regard to their cross-section. Particularly preferably, cross sections are circular and furthermore preferably substantially the same. Due to the
  • Point symmetry structural elements can be made with a circular cross section without great effort.
  • Circular cross-sections also allow efficient application of a further layer of material, such as a solder layer, on the structural elements.
  • Cover main area Preferably, the total area of the first major surface, that of the interface and that of the second major surface in projection view are the same or substantially the same.
  • connection carrier When mounting the mounting bracket on a connection carrier is a simplified distribution of the joints achieved, which has a positive effect in terms of compensation of the thermo-mechanical stresses and the uniform temperature distribution.
  • at least two structural elements have mutually different cross sections. Preferably, the different from each other
  • Cross sections different shapes and / or different surfaces.
  • the areas of the cross sections of the structural elements at the edge of the first metallization are smaller than the areas of the cross sections of the structural elements in an inner area of the metallization.
  • the structural elements are covered by a first layer of solder.
  • the first solder layer preferably contains Sn, Ag or Cu, or a metallic one
  • the first solder layer is such
  • Embodiment for example, an unnecessary increase in the connection points between the structural elements and the connection carrier can be avoided.
  • the Metallization can be achieved a homogeneous temperature distribution on its surface and thereby an effective heat dissipation in the mounting body.
  • the second metallization preferably contains copper. Furthermore, the first
  • the semiconductor chip is preferably connected to the second metallization by means of an adhesive layer or a solder layer or a sintered layer.
  • the mounting carrier is provided, for example on a gripper arm.
  • Solder material is between the mounting bracket and the
  • Connection carrier formed. The position of the mounting bracket is temporarily fixed. Between the structuring and the connection carrier a solder connection is made.
  • Mounting support described features can therefore be used for the process or vice versa.
  • a solder material for example SnAgCu, is formed between the mounting carrier and the connection carrier. This forms the
  • the formation of the solder material comprises a dipping step of patterning into one
  • the solder material is liable at the tips of the columnar structure elements and thus forms the first solder layer.
  • the first solder layer can thus be formed simultaneously on all structural elements.
  • the first layer of solder is thereby distributed particularly uniformly in terms of quantity, which has a positive effect on the formation of connections of the structuring and the connection carrier which are as stable as possible.
  • the formation of the solder material comprises a coating step for forming the second
  • connection carrier is coated with the solder material.
  • the connection carrier is preferably at least partially, in particular at the connection points provided for the solder connection, with the solder material
  • connection carrier can also be any connection carrier.
  • both the first and the second solder layer are formed by the formation of a solder material between the mounting carrier and the connection carrier.
  • Solder material includes, for example, a dipping and a coating step.
  • the reliable production of a solder contact between the mounting bracket and the connection carrier is thereby simplified.
  • a flux is used in the temporary fixing of the position of the mounting carrier on the connection carrier. The use of the flux favors the formation of a stable
  • the flux can be used to eliminate existing oxides from the soldering surface and the solder and to prevent the formation of oxides.
  • the flux also supports the temporary fixation and is at least similar to that for the
  • the solder connection between the structuring and the connection carrier is produced by fusing the solder material in a furnace process.
  • the production of the solder material is produced by fusing the solder material in a furnace process.
  • Lotignant cavities formed between the mounting bracket and the connection carrier. The cavities can after the
  • Making the solder joint are at least partially filled with a filler.
  • the filling material is preferably an elastic and
  • FIG. 1A shows an exemplary embodiment of a mounting carrier in a schematic sectional view
  • FIG. 1B shows a further exemplary embodiment of a
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a semiconductor component with a mounting support in a schematic
  • Figures 3A to 3D are schematic sectional views of various components
  • Figures 4A to 4C are schematic sectional views of various components
  • Figures 5A to 5D are schematic sectional views of various components
  • Figures 6A to 6D are schematic sectional views of various components
  • FIGS. 7A to 7D show schematic sectional views of various stages of a fifth exemplary embodiment of a method for mounting a mounting bracket
  • Figures 8A to 8E are schematic sectional views of various components
  • Figures 9A to 9E are schematic sectional views of various components
  • FIG. 1A A first exemplary embodiment of a mounting carrier for semiconductor chips is shown schematically in a sectional view in FIG. 1A.
  • the mounting bracket 1 has a first main surface 101 and a second main surface 102, which delimit the mounting bracket on a rear side or on a front side.
  • the second major surface 102 is flat.
  • the first main surface 101 has a structuring 5 with a plurality of columnar structural elements 41.
  • the mounting bracket 1 also has a mounting body 3, which is arranged between a first metallization 4 and a second metallization 2.
  • the first metallization 4 is located on the back of the mounting bracket, wherein an interface 103 of the mounting body the first
  • Metallization 4 separates from the mounting body 3.
  • the first interface 103 is planar.
  • a structuring of the mounting body is for the formation of the columnar
  • Structural elements are not required.
  • the first metallization 4 in FIG. 1A has structural elements 41.
  • the structural elements are arranged side by side in the lateral direction.
  • a structural bottom 42 Between the structural elements 41 and the carrier body 3 is a structural bottom 42, which is also part of the first metallization 4 is formed.
  • Structure bottom 42 directly adjoins the interface 103.
  • the structural elements 41 have an equal height.
  • the height is preferably between 30 microns inclusive and 300 microns inclusive.
  • the structural elements 41 have an equal height.
  • the height is preferably between 30 microns inclusive and 300 microns inclusive.
  • Main surface 102 on. Furthermore, they are each arranged at an equal distance from each other.
  • Structural elements 41 a common, in particular parallel to the second main surface 102 extending, flat connection plane.
  • the structural elements 41 have one to the second
  • Main surface 102 parallel extended cross section.
  • the cross section is preferably circular.
  • the cross-section has a maximum extension between 20 microns inclusive and 3000 microns inclusive.
  • the cross-section of the structural elements is constant along a direction perpendicular to the first main surface 102. A total area of all cross sectional areas of the
  • Structural elements are preferably between 25% and 80% of the total area of the second major surface 102.
  • the aspect ratio is between 0.01 and 20 inclusive, preferably between 0.1 and 10 inclusive, and most preferably between
  • the mounting body preferably contains a ceramic, in particular a AIN ceramic.
  • A1N is characterized by a high
  • Find material application such as an alumina ceramic.
  • the metallization is preferably deposited on the mounting body 3. It preferably contains copper or consists of copper.
  • the mounting support 1 described is characterized by the columnar structural elements 41 by a particularly reliable connectivity with a connection carrier, such as a printed circuit board.
  • a connection carrier such as a printed circuit board.
  • a thermally well conductive connection can be made.
  • the risk of a loosening connection due to thermo-mechanical stresses with temperature changes can be avoided or at least reduced by means of the plurality of columnar structural elements.
  • the interface 103 does not have to be flat. It may, for example, have elevations and / or depressions.
  • the mounting body itself can therefore be structured.
  • the columnar structural elements 41 can at least
  • the first metallization 4 may be a metal layer, which is arranged only on the tips of the elevations of the mounting body.
  • the first metallization 4 may be a metal layer, which is arranged only on the tips of the elevations of the mounting body.
  • the structural elements 41 thus have both a part of the mounting body 3 and a part of the first metallization 4.
  • the cross-section of the individual structural elements can also have a basic shape deviating from a circular shape, for example a curved, approximately oval, or a polygonal, approximately quadrangular, in particular rectangular, or hexagonal basic shape
  • cross section of the individual structural elements does not necessarily have to be constant along the height.
  • a ratio of a minimum cross-section to a maximum cross-section of the same structural element is between 0.5 and 1 inclusive, more preferably between 0.9 and 1 inclusive.
  • FIG. 1B schematically shows a further exemplary embodiment of a mounting carrier for semiconductor chips
  • Section view shown. This embodiment substantially corresponds to the first embodiment of the mounting bracket in Figure 1A. In contrast to this, at least two structural elements differ from one another
  • the different cross sections can take different forms.
  • Structuring 5 in this case has a symmetrical shape, which is a columnar structural element 41 with the largest
  • the structuring has a different symmetrical shape or an irregular shape.
  • FIG. 1A taken.
  • the mounting bracket shown in Figure 1B can also be used in the following embodiments.
  • Figure 2 is an embodiment of a
  • the mounting bracket 1 of this embodiment substantially corresponds to the embodiment described in connection with Figure 1A for a mounting bracket.
  • a first solder layer 6 is formed on the structural elements 41.
  • Semiconductor device 19 is preferably a
  • the first solder layer 6 contains SnAgCu.
  • the first solder layer 6 forms a dome shape on each structural element 41.
  • the dome shape covers a previously freely accessible cross section of a structural element at least partially, preferably completely.
  • the dome shape points
  • the semiconductor component in FIG. 2 has a plurality of semiconductor chips 9 which are arranged on the second main surface 102 of the mounting carrier 1.
  • the semiconductor chips 9 are, for example, optoelectronic components which are used for
  • the semiconductor chips are preferably with the aid of a
  • Lanyard such as a solder or an adhesive layer or a sintered layer directly connected to the second metallization 2.
  • the melting point of the bonding agent is preferably higher than the melting point of the material of the first solder layer 6. The risk that the semiconductor chips in solve the mounting of the mounting bracket of the mounting bracket is avoided.
  • FIG. 1 A first embodiment of a method for mounting a mounting bracket 1 on a connection carrier 7 is shown in FIG. 1
  • FIGS 3A to 3D shown in schematic sectional view, which describe four different stages of the process.
  • the mounting bracket 1 corresponds by way of example to the mounting bracket in connection with Figure 1A described embodiment and has a first layer of solder 6.
  • connection carrier may be, for example, a printed circuit board, such as a printed circuit board (PCB) or a metal core printed circuit board (MCPCB).
  • PCB printed circuit board
  • MCPCB metal core printed circuit board
  • the gripper arm 30 provided that the structuring is freely accessible with a plurality of columnar structural elements.
  • the gripper arm 30 may be a bondhead, for example.
  • connection carrier 7 On the connection carrier 7, a flux 8 is preferably applied over a large area.
  • the connection carrier 7 has a connection surface that is at least as large as the second main surface 102.
  • connection carrier 7 is placed.
  • the first solder layer 6 is preferably completely enclosed by the flux 8. Subsequently, as shown in Figure 3C, the gripping arm 30 is removed.
  • the flux 8 assists in this
  • Connection carrier 7 Instead of a large-area solder joint allow the columnar structure elements 41, the formation of many separate connection points 71.
  • FIG. 4A to 4C A second embodiment of a method for mounting the mounting support 1 is shown in Figures 4A to 4C in a schematic sectional view, the three different
  • solder joint is produced by fusing the solder material in a thermocompression step (FIG. 4B).
  • Thermocompression step is carried out before the removal of the gripper arm 30.
  • the furnace process is in this case
  • thermo- compression step is particularly suitable for mounting the mounting carrier with attached semiconductor chips, since the semiconductor chips are not directly exposed to the high temperatures.
  • a third embodiment shows in FIGS. 5A to 5D four different stages of the method for assembling a
  • connection carrier 7 Semiconductor component 19 of Figure 2 on a connection carrier 7. This embodiment corresponds essentially to the first embodiment of the method. In contrast, semiconductor chips 9 are prior to assembly of the
  • the semiconductor chips are connected to the second main surface 102 by means of a connection means, the melting point of the connection means being higher than the melting point of the solder material of the solder layer 6.
  • the gripping arm 30 has a recess 31 which is provided for the protection of the semiconductor chips 9.
  • FIG. 6A to 6D A fourth embodiment of a method for mounting the mounting support 1 is shown in Figures 6A to 6D in a schematic sectional view, the four different
  • Embodiment corresponds essentially to the first embodiment of the method.
  • a coating step in addition to the first
  • Connection carrier 7 is formed ( Figure 6A). Making the connection between the mounting bracket 1 and the
  • Connection carrier 7 takes place in such a way that several components
  • Connecting points 71 and cavities 74 are formed.
  • a fifth embodiment describes a method for mounting a mounting bracket of the figure 1A on the
  • FIG. 7A represents four different Process stages of assembly. This embodiment corresponds essentially to the fourth embodiment of the method. In contrast, the mounting support 1 in FIG. 7A is free of the first solder layer 6.
  • a sixth embodiment describes a method for mounting the mounting bracket of Figure 1A on a
  • FIG. 8E illustrate five different stages of the assembly process. This embodiment corresponds substantially to the first embodiment of the method. In contrast to this, initially the first solder layer 6 is formed by an immersion step (FIG. 8B). In this case, the mounting bracket 1 in a with a
  • Lotmaterial 11 filled reservoir 12 is guided such that the solder material 11 at the tips of the columnar
  • Structural elements 41 adheres and thus the first solder layer 6 forms.
  • a seventh exemplary embodiment describes a method for mounting a mounting carrier 1 on a connection carrier 7.
  • FIGS. 9A to 9E illustrate five different stages of the method of assembly
  • the filling material is preferably an elastic and
  • the plastic is filled with a heat conductivity increasing filler.
  • the plastic contains the heat conductivity increasing Filler metal particles and / or metal oxides, in particular SiO 2 particles.
  • Thermal conductivity is also suitable as a filler.
  • the filling material is the surface over which in the operation of the semiconductor device 19 resulting heat from
  • Mounting support in the connection carrier 7 can be removed, increased.

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Abstract

Es wird ein Montageträger (1) für Halbleiterchips (9) angegeben, der eine für die Montage von Halbleiterchips (9) vorgesehene zweite Hauptfläche (102) und eine der zweiten Hauptfläche gegenüberliegende erste Hauptfläche (101) aufweist. Der Montageträger (1) weist außerdem einen Montagekörper (3) auf, wobei der Montagekörper (3) auf der der ersten Hauptfläche zugewandten Seite eine erste Metallisierung (4) aufweist und die erste Hauptfläche (101) eine Strukturierung (5) mit einer Mehrzahl von säulenartigen Strukturelementen (41) aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers (1) mit säulenartigen Strukturelementen (41) auf einem Anschlussträger (7) angegeben.

Description

Beschreibung
Montageträger und Verfahren zur Montage eines Montageträgers auf einem Anschlussträger
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Montageträger für Halbleiterchips und ein Verfahren zur Montage eines
Montageträgers auf einem Anschlussträger. Konventionelle Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Montageträger und Anschlussträger beinhalten das Kleben mit einem elastischen Klebstoff und das großflächige Löten mit einem Lotmaterial aus Metall. Aufgrund des Unterschiedes im thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Montageträger und dem Anschlussträger können bei Temperaturschwankungen thermo- mechanische Spannungen auftreten. Insbesondere bei
großflächigen Lotverbindungen können diese eine Schädigung der Lotverbindung hervorrufen und dazu führen, dass die geforderte Lebensdauer der Lotverbindung nicht erreicht werden kann. Im Vergleich zu einer Lotverbindung kann eine elastischere
Klebeverbindung die thermo-mechanischen Spannungen besser kompensieren, weist allerdings eine deutlich geringere
Wärmeleitfähigkeit auf.
Eine Aufgabe ist es, einen Montageträger und ein
Montageverfahren zur Herstellung einer hochstabilen und zugleich hoch thermisch leitenden Verbindung zwischen einem Montageträger und einem Anschlussträger anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Montageträger beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
In einer Ausführungsform weist ein Montageträger eine für die Montage von Halbleiterchips vorgesehene zweite Hauptfläche und eine der zweiten Hauptfläche gegenüberliegende erste
Hauptfläche auf. Der Montageträger weist außerdem einen
Montagekörper auf, wobei der Montagekörper auf der der ersten Hauptfläche zugewandten Seite eine erste Metallisierung aufweist und die erste Hauptfläche eine Strukturierung mit einer Mehrzahl von säulenartigen Strukturelementen aufweist.
Beim Herstellen einer Verbindung zwischen der Strukturierung des Montageträgers mit einem Anschlussträger, beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht, wird die Verbindung aufgrund der säulenartigen Strukturierung effektiv in viele
Verbindungsstellen unterteilt. Dadurch können die bei
Temperaturschwankungen auftretenden thermo-mechanischen
Spannungen besser kompensiert werden. Im Vergleich zu einer durchgängigen großflächigen Verbindung wird ein deutliches Absenken der maximal auftretenden thermo-mechanischen
Spannungen erreicht. Eine Unterteilung der Verbindung des Montagenträgers mit dem Anschlussträger in viele
Verbindungsstellen verlangsamt außerdem ein Risswachstum.
Der Montageträger erstreckt sich bevorzugt in einer vertikalen Richtung zwischen der ersten und der zweiten Hauptfläche. Die erste Metallisierung ist bevorzugt auf der der ersten
Hauptfläche zugewandten Seite des Montagekörpers ausgebildet.
Insbesondere kann der Montagekörper auf der der ersten
Metallisierung zugewandten Seite eine Grenzfläche aufweisen. Die erste Metallisierung kann unmittelbar an die Grenzfläche angrenzen. Die Grenzfläche kann flach sein oder Erhebungen beziehungsweise Vertiefungen aufweisen.
Die erste Metallisierung kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Insbesondere kann sie einstückig ausgebildet sein. Weiterhin kann die erste Metallisierung oder zumindest eine Teilschicht der ersten Metallisierung Kupfer enthalten oder aus Kupfer bestehen. Kupfer zeichnet sich insbesondere durch eine hohe thermische Leitfähigkeit aus. Alternativ oder ergänzend zum Kupfer kann die erste Metallisierung weitere Materialien enthalten, beispielsweise eine metallische
Legierung, die insbesondere Kupfer enthalten kann. Weiterhin bevorzugt ist die erste Metallisierung bezüglich des
thermischen Ausdehnungskoeffizienten an den Anschlussträger angepasst. Das Bruchrisiko einer beispielsweise durch Löten hergestellten Verbindung zwischen der ersten Metallisierung und dem Anschlussträger wird so verringert.
Unter einem säulenartigen Strukturelement wird im Rahmen der Anmeldung ein Element verstanden, das einen zu der zweiten
Hauptfläche parallel ausgedehnten Querschnitt und eine zu der zweiten Hauptfläche vertikal gerichtete Höhe aufweist. Die Umrandung des Querschnitts kann dabei eine beliebige Form annehmen, beispielsweise gekrümmt, etwa kreisförmig oder oval, oder mehreckig, etwa viereckig, insbesondere quadratisch oder hexagonal . Bevorzugt können die säulenartigen Strukturelemente mit unterschiedlichen Querschnittsformen beziehungsweise mit unterschiedlichen Querschnittsflächen parallel zum Einsatz kommen. Beispielsweise weisen zumindest zwei Strukturelemente voneinander verschiedene Querschnitte, insbesondere
hinsichtlich der Querschnittsform und/oder der
Querschnittsfläche, auf. Entlang der Richtung der Höhe bleibt der Querschnitt des einzelnen Strukturelements bevorzugt im Wesentlichen konstant. „Im Wesentlichen konstant" bedeutet, dass sich die Form des Querschnitts vorzugsweise nicht ändert und das Verhältnis des minimalen Querschnitts zu dem maximalen Querschnitt des Strukturelements zwischen einschließlich 0,5 und einschließlich 1, besonders bevorzugt zwischen
einschließlich 0,9 und einschließlich 1, ist.
Das Aspektverhältnis der Höhe zu der maximalen Ausdehnung des Querschnitts ist derart eingerichtet, dass die säulenartigen Strukturelemente während der Herstellung, bei der Montage und im Einsatz ausreichende mechanische Stabilität aufweisen. Das Aspektverhältnis beträgt zwischen einschließlich 0,01 und einschließlich 20, bevorzugt zwischen einschließlich 0,1 und einschließlich 10 und besonders bevorzugt zwischen
einschließlich 0,25 und einschließlich 5.
Die säulenartigen Strukturelemente bilden bevorzugt die
Strukturierung des Montageträgers. Sie sind vorzugsweise auf die Grenzfläche strukturiert aufgebracht oder durch
Strukturieren ausschließlich der ersten Metallisierung
ausgebildet. Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der
Strukturelemente ist das Strukturieren sowohl der ersten
Metallisierung als auch des Montagekörpers. Die
Strukturelemente weisen in diesem Fall also einen Teil des Montagekörpers und einen Teil der ersten Metallisierung auf. Außerdem können die Strukturelemente ausgebildet sein, indem die erste Metallisierung auf einen bereits strukturierten Montagekörper aufgebracht wird. Im Fall einer flachen Grenzfläche zwischen dem Montagekörper und der ersten Metallisierung ist jedes säulenartige
Strukturelement ausschließlich Teil der ersten Metallisierung. Die Strukturelemente können direkt auf dem Montagekörper angeordnet sein. Die Zwischenräume zwischen den
Strukturelementen können sich also vollständig durch die erste Metallisierung hindurch erstrecken. Alternativ kann zwischen den Strukturelementen und dem Montagekörper ein Strukturboden ausgebildet sein. Der Strukturboden kann den Montagekörper vollständig bedecken. Der Strukturboden ist zweckmäßigerweise ebenfalls Teil der ersten Metallisierung. Die Zwischenräume zwischen den Strukturelementen erstrecken sich in diesem Fall in vertikaler Richtung bis zum Strukturboden. Beim Anlegen einer Spannung sind der Strukturboden und alle
Strukturelemente miteinander elektrisch verbunden.
Zusätzlich zu den Strukturelementen kann auch der
Strukturboden die bei Temperaturschwankungen auftretenden thermo-mechanischen Spannungen zwischen dem Montageträger und dem Anschlussträger aufnehmen. Außerdem kann eine
Querschnittsfläche des Strukturbodens größer sein als die Summe der Querschnittsflächen der Strukturelemente. Die
Verbindungsfläche zu dem Montagekörper wird also vergrößert, was zu einer besonders stabilen Verbindung zwischen der
Metallisierung und dem Montagekörper führt.
Die Grenzfläche kann außerdem Erhebungen beziehungsweise
Vertiefungen aufweisen. Beispielsweise ist der Montageträger derart strukturiert, dass die Grenzfläche ebenfalls eine säulenartige Struktur aufweist. Im Gegensatz zu dem Fall einer flachen Grenzfläche können die Strukturelemente sowohl Teil der Metallisierung als auch Teil des Montageträgers sein.
Dabei kann die erste Metallisierung eine dünne Metallschicht sein, die auf den Spitzen der Erhebungen der Grenzfläche angeordnet ist. Es ist außerdem möglich, dass die erste
Metallisierung die Erhebungen und vorzugsweise auch die Vertiefungen vollständig überdeckt. Aufgrund der vergrößerten Haftungsfläche weist die letztere Ausgestaltung eine
hochstabile Verbindung zwischen der ersten Metallisierung und dem Montagekörper sowie eine gleichmäßige Wärmeverteilung auf der Oberfläche der durch die vollständige Überdeckung
ausgebildeten Strukturelemente auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält der Montagekörper eine Keramik, insbesondere eine AIN-Keramik oder eine
Aluminiumoxid-Keramik. Keramik weist eine sehr gute
Wärmeleitfähigkeit sowie einen vergleichsweise niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizient auf und ist für eine effiziente Wärmeabfuhr besonders geeignet. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die
Strukturelemente eine Höhe zwischen einschließlich 30
Mikrometer und einschließlich 300 Mikrometer auf.
Weiterhin bevorzugt weisen die Strukturelemente im
Wesentlichen die gleiche Höhe auf. In der vorliegenden
Anmeldung werden Abmessungen als „im Wesentlichen gleich" angesehen, wenn sie innerhalb der Fertigungstoleranzen gleich sind. Durch eine gleiche Höhe aller Strukturelemente wird die Ausbildung einer flachen Verbindungsebene zwischen dem
Anschlussträger und den Strukturelementen vereinfacht.
Insbesondere können sich alle Verbindungsstellen auf der Verbindungsebene befinden und somit möglichst gleich stabil ausgebildet werden. Vorzugsweise ist die Verbindungsebene parallel zu der zweiten Hauptfläche.
Weiterhin bevorzugt weist der Querschnitt eines
Strukturelements eine maximale Ausdehnung zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 3000 Mikrometer auf.
Die Querschnitte der Strukturelemente können grundsätzlich unterschiedliche Ausdehnungen und verschiedene Formen
aufweisen. Bevorzugt sind die Strukturelemente bezüglich ihrer Grundform und weiterhin bevorzugt bezüglich ihres Querschnitts gleich. Besonders bevorzugt sind Querschnitte kreisförmig und weiterhin bevorzugt im Wesentlichen gleich. Aufgrund der
Punktsymmetrie können Strukturelemente mit einem kreisförmigen Querschnitt ohne großen Aufwand hergestellt werden.
Kreisförmige Querschnitte ermöglichen außerdem ein effizientes Aufbringen einer weiteren Materialschicht, beispielsweise einer Lotschicht, auf die Strukturelemente.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung stellt die
Gesamtfläche aller Querschnittsflächen der Strukturelemente zwischen 25% und 80% der Gesamtfläche der zweiten Hauptfläche dar. Das bedeutet, dass die Strukturelemente in Aufsicht, das heißt in einer senkrechten Projektionsansicht auf die zweite Hauptfläche, 25% bis 80% der Gesamtfläche der zweiten
Hauptfläche abdecken. Vorzugsweise sind die Gesamtfläche der ersten Hauptfläche, die der Grenzfläche und die der zweiten Hauptfläche in Projektionsansicht gleich oder im Wesentlichen gleich.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die
Strukturelemente in einem gleichen Abstand voneinander
angeordnet. Bei einer Montage des Montageträgers auf einem Anschlussträger wird vereinfacht eine gleichmäßige Verteilung der Verbindungsstellen erreicht, was sich positiv hinsichtlich der Kompensierung der thermo-mechanischen Spannungen und der gleichmäßiger Temperaturverteilung auswirkt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen zumindest zwei Strukturelemente voneinander verschiedene Querschnitte auf. Bevorzugt weisen die voneinander verschiedenen
Querschnitte unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Flächen auf. Beispielsweise sind die Flächen der Querschnitte der Strukturelemente am Rand der ersten Metallisierung kleiner als die Flächen der Querschnitte der Strukturelemente in einem inneren Bereich der Metallisierung. Eine derartige Verteilung der Strukturelemente mit verschiedenen Querschnitten erhöht die Stabilität der Verbindung zwischen dem Montagenträger und dem Anschlussträger insbesondere gegenüber starken
Temperaturschwankungen .
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die Strukturelemente von einer ersten Lotschicht überdeckt. Bevorzugt enthält die erste Lotschicht Sn, Ag oder Cu, oder eine metallische
Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien, insbesondere SnAgCu. Weiterhin bevorzugt ist die erste Lotschicht derart
ausgebildet, dass sie auf jedem Strukturelement eine
Kuppelform bildet, deren Höhe kleiner als der minimale Abstand von dem diese Kuppelform tragenden Strukturelement zu seinen benachbarten Strukturelementen ist. Mit einer solchen
Ausgestaltung kann beispielsweise eine unnötige Vergrößerung der Verbindungsstellen zwischen den Strukturelementen und dem Anschlussträger vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der
Montagekörper auf der der zweiten Hauptfläche zugewandten Seite eine zweite Metallisierung auf. Mit der zweiten
Metallisierung kann eine homogene Temperaturverteilung auf ihrer Oberfläche und dadurch eine effektive Wärmeabfuhr in den Montagekörper erzielt werden. Die zweite Metallisierung enthält vorzugsweise Kupfer. Weiterhin können die erste
Metallisierung und die zweite Metallisierung bezüglich des Materials gleichartig ausgebildet sein. Weiterhin bevorzugt ist zumindest ein oder mehrere
Halbleiterchips auf der zweiten Hauptfläche angeordnet. Der Halbleiterchip ist vorzugsweise mittels einer Kleberschicht oder einer Lotschicht oder einer Sinterschicht mit der zweiten Metallisierung verbunden.
In einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Montage eines Montageträgers einem Anschlussträger wird der Montageträger bereitgestellt, beispielsweise an einem Greifarm. Ein
Lotmaterial wird zwischen dem Montageträger und dem
Anschlussträger ausgebildet. Die Position des Montageträgers wird temporär fixiert. Zwischen der Strukturierung und dem Anschlussträger wird eine Lotverbindung hergestellt.
Für das Verfahren eignet sich insbesondere ein vorstehend beschriebener Montageträger. Im Zusammenhang mit dem
Montageträger beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden oder umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Lotmaterial, beispielsweise SnAgCu, zwischen dem Montageträger und dem Anschlussträger ausgebildet. Dabei bildet das
Lotmaterial eine erste Lotschicht direkt auf den säulenartigen Strukturelementen und/oder eine zweite Lotschicht direkt auf dem Anschlussträger.
Weiterhin bevorzugt umfasst das Ausbilden des Lotmaterials einen Eintauchschritt der Strukturierung in ein mit dem
Lotmaterial befülltes Reservoir. Dabei haftet das Lotmaterial an den Spitzen der säulenartigen Strukturelemente und bildet somit die erste Lotschicht. Die erste Lotschicht kann so gleichzeitig auf allen Strukturelementen ausgebildet werden. Außerdem wird dadurch die erste Lotschicht hinsichtlich der Menge besonders gleichmäßig verteilt, was sich positiv auf die Ausbildung möglichst gleich stabiler Verbindungsstellen zwischen der Strukturierung und dem Anschlussträger auswirkt.
Weiterhin bevorzugt umfasst das Ausbilden des Lotmaterials einen Beschichtungsschritt zur Ausbildung der zweiten
Lotschicht, bei dem der Anschlussträger mit dem Lotmaterial beschichtet wird. Vorzugsweise wird der Anschlussträger zumindest teilweise, insbesondere an den für die Lotverbindung vorgesehenen Verbindungsstellen, mit dem Lotmaterial
beschichtet. Allerdings kann der Anschlussträger auch
großflächig mit dem Lotmaterial beschichtet sein, wodurch eine großflächige Verbindungsschicht bei der Montage ausgebildet wird. Dies kann sich hinsichtlich der Kompensierung der thermisch-mechanischen Spannungen als günstig erweisen, insbesondere im Fall eines Weichlots, indem das Lotmaterial durch seine plastische Verformung thermisch-mechanische
Spannungen effektiv aufnehmen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden sowohl die erste als auch die zweite Lotschicht durch das Ausbilden eines Lotmaterials zwischen dem Montageträger und dem Anschlussträger gebildet. Das Ausbilden des
Lotmaterials beinhaltet beispielsweise einen Eintauch- und einen Beschichtungsschritt. Die zuverlässige Herstellung eines Lotkontakts zwischen dem Montageträger und dem Anschlussträger wird dadurch vereinfacht. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird beim temporären Fixieren der Position des Montageträgers auf dem Anschlussträger ein Flussmittel eingesetzt. Der Einsatz des Flussmittels begünstigt die Ausbildung eines stabilen
Lotkontakts. Durch das Flussmittel können vorhandene Oxide von der Lötfläche und dem Lot beseitigt sowie die Oxidneubildung verhindert werden. Das Flussmittel unterstützt außerdem die temporäre Fixierung und wird zumindest an den für die
Lotverbindung vorgesehenen Verbindungsstellen eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Herstellung der Lotverbindung zwischen der Strukturierung und dem Anschlussträger durch Verschmelzen des Lotmaterials in einem Ofenprozess. Alternativ kann die Herstellung der
Lotverbindung durch Verschmelzen des Lotmaterials in einem Thermokompressionsschritt erfolgen .
Weiterhin bevorzugt werden bei der Herstellung der
Lotverbindung Hohlräume zwischen dem Montageträger und dem Anschlussträger gebildet. Die Hohlräume können nach dem
Herstellen der Lotverbindung zumindest teilweise mit einem Füllmaterial befüllt werden.
Das Füllmaterial ist vorzugsweise ein elastischer und
temperaturbeständiger Kunststoff. Metalle mit hoher Duktilität und hoher Wärmeleitfähigkeit sind ebenfalls als Füllmaterial geeignet. Das Füllmaterial steigert die Stabilität der
säulenartigen Strukturelemente, verbessert die Wärmezufuhr in den Montagekörper und erhöht zugleich die Effizienz des
Montageträgers hinsichtlich der Kompensation der thermo- mechanischen Spannungen. Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und
Weiterbildungen des Montageträgers und des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 9 erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1A ein Ausführungsbeispiel für einen Montageträger in schematischer Schnittansicht,
Figur 1B ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen
Montageträger in schematischer Schnittansicht,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement mit einem Montageträger in schematischer
Schnittansieht,
Figuren 3A bis 3D schematische Schnittansichten verschiedener
Verfahrenstadien eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers,
Figuren 4A bis 4C schematische Schnittansichten verschiedener
Verfahrenstadien eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers,
Figuren 5A bis 5D schematische Schnittansichten verschiedener
Verfahrenstadien eines dritten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Montage eines
Halbleiterbauelements ,
Figuren 6A bis 6D schematische Schnittansichten verschiedener
Verfahrenstadien eines vierten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers , Figuren 7A bis 7D schematische Schnittansichten verschiedener Verfahrenstadien eines fünften Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers,
Figuren 8A bis 8E schematische Schnittansichten verschiedener
Verfahrenstadien eines sechsten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers, Figuren 9A bis 9E schematische Schnittansichten verschiedener
Verfahrenstadien eines siebten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur
Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt werden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Montageträger für Halbleiterchips ist in Figur 1A schematisch in Schnittansicht dargestellt. Der Montageträger 1 weist eine erste Hauptfläche 101 und eine zweite Hauptfläche 102 auf, die den Montageträger auf einer Rückseite beziehungsweise auf einer Vorderseite begrenzen. Die zweite Hauptfläche 102 ist flach. Die erste Hauptfläche 101 weist eine Strukturierung 5 mit einer Mehrzahl von säulenartigen Strukturelementen 41 auf.
Der Montageträger 1 weist außerdem einen Montagekörper 3 auf, der zwischen einer ersten Metallisierung 4 und einer zweiten Metallisierung 2 angeordnet ist. Die erste Metallisierung 4 befindet sich auf der Rückseite des Montageträgers, wobei eine Grenzfläche 103 des Montagekörpers die erste
Metallisierung 4 von dem Montagekörper 3 trennt. Die erste Grenzfläche 103 ist eben ausgebildet. Eine Strukturierung des Montagekörpers ist für die Ausbildung der säulenartigen
Strukturelemente also nicht erforderlich.
Die erste Metallisierung 4 in Figur 1A weist Strukturelemente 41 auf. Die Strukturelemente sind in lateraler Richtung nebeneinander angeordnet. Zwischen den Strukturelementen 41 und dem Trägerkörper 3 ist ein Strukturboden 42, der ebenfalls Teil der ersten Metallisierung 4 ist, ausgebildet. Der
Strukturboden 42 grenzt unmittelbar an die Grenzfläche 103 an.
Die Strukturelemente 41 haben eine gleiche Höhe. Die Höhe beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 30 Mikrometer und einschließlich 300 Mikrometer. Außerdem weisen die
Strukturelemente eine gleiche Entfernung von der zweiten
Hauptfläche 102 auf. Des Weiteren sind sie jeweils in einem gleichen Abstand voneinander angeordnet.
Auf der dem Montagekörper 3 abgewandten Seite bilden die
Strukturelemente 41 eine gemeinsame, insbesondere parallel zur zweiten Hauptfläche 102 verlaufende, flache Verbindungsebene. Die Strukturelemente 41 weisen einen zu der zweiten
Hauptfläche 102 parallel ausgedehnten Querschnitt auf. Der Querschnitt ist bevorzugt kreisförmig. Vorzugsweise weist der Querschnitt eine maximale Ausdehnung zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 3000 Mikrometer auf. Der Querschnitt der Strukturelemente ist entlang einer senkrecht zur ersten Hauptfläche 102 verlaufenden Richtung konstant. Eine Gesamtfläche aller Querschnittsflächen der
Strukturelemente beträgt bevorzugt zwischen 25% und 80% der Gesamtfläche der zweiten Hauptfläche 102. Das Aspektverhältnis beträgt zwischen einschließlich 0,01 und einschließlich 20, bevorzugt zwischen einschließlich 0,1 und einschließlich 10 und besonders bevorzugt zwischen
einschließlich 0,25 und einschließlich 5. Derartige
Abmessungen für die säulenartigen Strukturelemente haben sich im Hinblick auf die mechanische Stabilität als besonders geeignet herausgestellt.
Der Montagekörper enthält bevorzugt eine Keramik, insbesondere eine AIN-Keramik. A1N zeichnet sich durch eine hohe
Wärmeleitfähigkeit aus. Alternativ kann auch ein anderes
Material Anwendung finden, beispielsweise eine Aluminiumoxid- Keramik.
Die Metallisierung ist vorzugsweise auf dem Montagekörper 3 abgeschieden. Sie enthält bevorzugt Kupfer oder besteht aus Kupfer .
Der beschriebene Montageträger 1 zeichnet sich aufgrund der säulenartigen Strukturelemente 41 durch eine besonders zuverlässige Verbindbarkeit mit einem Anschlussträger, etwa einer Leiterplatte aus. Insbesondere kann mittels eines Lots eine thermisch gut leitende Verbindung hergestellt werden. Die Gefahr einer sich lösenden Verbindung aufgrund von thermo- mechanischen Spannungen bei Temperaturänderungen kann mittels der Vielzahl von säulenartigen Strukturelementen vermieden oder zumindest verringert werden. Von dem exemplarisch beschriebenen Ausführungsbeispiel
abweichend muss die Grenzfläche 103 nicht flach sein. Sie kann beispielsweise Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen. Der Montagekörper selbst kann also strukturiert sein. Insbesondere können die säulenartigen Strukturelemente 41 zumindest
teilweise mittels des strukturierten Montagekörpers gebildet sein. In diesem Fall kann die erste Metallisierung 4 eine Metallschicht sein, die nur auf den Spitzen der Erhebungen des Montagekörpers angeordnet ist. Alternativ kann die
Metallschicht die Erhebungen und auch die Vertiefungen
vollständig überdecken. Die Strukturelemente 41 weisen also sowohl einen Teil des Montagekörper 3 als auch einen Teil der ersten Metallisierung 4 auf. Der Querschnitt der einzelnen Strukturelemente kann auch eine von einer Kreisform abweichende Grundform, beispielsweise eine gekrümmte, etwa ovale, oder eine mehreckige, etwa viereckige, insbesondere rechteckige, oder sechseckige Grundform
aufweisen .
Weiterhin muss der Querschnitt der einzelnen Strukturelemente nicht notwendigerweise entlang der Höhe konstant sein.
Bevorzugt beträgt ein Verhältnis eines minimalen Querschnitts zu einem maximalen Querschnitt desselben Strukturelements zwischen einschließlich 0,5 und einschließlich 1, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0,9 und einschließlich 1.
Ferner muss die erste Metallisierung 4 nicht notwendigerweise einen Strukturboden 42 aufweisen. In diesem Fall können sich die Zwischenräume zwischen den Strukturelementen 41 bis zur Grenzfläche 103 erstrecken. Bei einer flachen Grenzfläche entspricht die Höhe der Strukturelemente der Dicke der ersten Metallisierung 4. In Figur 1B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Montageträger für Halbleiterchips schematisch in
Schnittansicht dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel für den Montageträger in Figur 1A. Im Unterschied hierzu weisen zumindest zwei Strukturelemente voneinander verschiedene
Querschnitte auf. Die Querschnittsflächen der säulenartigen Strukturelemente 41 an Rändern der ersten Metallisierung 4 sind kleiner als die Querschnittsflächen der säulenartigen Strukturelemente 41 in einem inneren Bereich der ersten
Metallisierung 4. Die verschiedenen Querschnitte können dabei unterschiedliche Formen annehmen.
Von dem inneren Bereich zu den Rändern der ersten
Metallisierung hin weisen die säulenartigen Strukturelemente kleiner werdende Querschnittsflächen auf. Eine derartige
Verteilung der säulenartigen Strukturelemente mit
unterschiedlichen Querschnitten erhöht die Stabilität der Verbindung zwischen dem Montagenträger und dem Anschlussträger insbesondere gegenüber starken Temperaturschwankungen. Die
Strukturierung 5 weist dabei eine symmetrische Form auf, die ein säulenartiges Strukturelement 41 mit der größten
Querschnittsfläche in der Mitte der ersten Metallisierung 4 enthält. Somit kann eine Wärmeabfuhr noch effizienter
gestaltet werden. Abgesehen davon ist es auch denkbar, dass die Strukturierung eine andere symmetrische Form oder eine unregelmäßige Form aufweist.
Für den Montageträger 1 wird in den Ausführungsbeispielen und weiteren Figuren aus Übersichlichkeitgründen nur Bezug auf
Figur 1A genommen. Der in Figur 1B dargestellte Montageträger kann auch in den folgenden Ausführungsbeispielen Anwendung finden . In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement 19 mit einem Montageträger 1 und
Halbleiterchips 9 in schematischer Schnittansicht dargestellt. Der Montageträger 1 dieses Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel für einen Montageträger. Im Unterschied hierzu ist in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Lotschicht 6 auf den Strukturelementen 41 ausgebildet. Das
Halbleiterbauelement 19 ist vorzugsweise ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement .
Beispielsweise enthält die erste Lotschicht 6 SnAgCu. In Figur 2 bildet die erste Lotschicht 6 auf jedem Strukturelement 41 eine Kuppelform. Die Kuppelform bedeckt einen zuvor frei zugänglichen Querschnitt eines Strukturelements zumindest teilweise, bevorzugt vollständig. Die Kuppelform weist
insbesondere eine Höhe auf, die kleiner als der minimale
Abstand von dem diese Kuppelform tragenden Strukturelement zu seinen benachbarten Strukturelementen ist.
Das Halbleiterbauelement in Figur 2 weist eine Mehrzahl von Halbleiterchips 9 auf, die auf der zweiten Hauptfläche 102 des Montageträgers 1 angeordnet sind. Die Halbleiterchips 9 sind beispielsweise optoelektronische Bauelemente, die zur
Erzeugung elektromagnetischer Strahlung vorgesehen sind. Dabei sind die Halbleiterchips bevorzugt mit Hilfe eines
Verbindungsmittels, etwa einem Lot oder einer Klebeschicht oder einer Sinterschicht direkt mit der zweiten Metallisierung 2 verbunden. Der Schmelzpunkt des Verbindungsmittels ist bevorzugt höher als der Schmelzpunkt des Materials der ersten Lotschicht 6. Die Gefahr, dass sich die Halbleiterchips bei der Montage des Montageträgers von dem Montageträger lösen, wird so vermieden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Montage eines Montageträgers 1 auf einem Anschlussträger 7 ist in
Figuren 3A bis 3D in schematischer Schnittansicht dargestellt, welche vier verschiedene Verfahrenstadien beschreiben. Der Montageträger 1 entspricht exemplarisch dem Montageträger im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel und weist eine erste Lotschicht 6 auf.
Der Anschlussträger kann beispielsweise eine Leiterplatte, etwa eine gedruckte Leiterplatte (printed circuit board, PCB) oder eine Metallkernleiterplatte (metal core printed circuit board, MCPCB) sein.
In Figur 3A wird der Montageträger 1 auf der der zweiten
Hauptfläche 102 zugewandten Seite bevorzugt so an einem
Greifarm 30 bereitgestellt, dass die Strukturierung mit einer Mehrzahl von säulenartigen Strukturelementen frei zugänglich ist. Der Greifarm 30 kann beispielsweise ein Bondkopf sein.
Auf den Anschlussträger 7 wird ein Flussmittel 8 bevorzugt großflächig aufgebracht. Der Anschlussträger 7 weist eine Verbindungsfläche auf, die mindestens genau so groß wie die zweite Hauptfläche 102 ist.
Bei dem in Figur 3B dargestellten Schritt wird der
Montageträger 1 mittels des Greifarms 30 auf dem
Anschlussträger 7 platziert. Die erste Lotschicht 6 wird vorzugsweise von dem Flussmittel 8 vollständig eingeschlossen. Anschließend wird, wie in Figur 3C dargestellt, der Greifarm 30 entfernt. Das Flussmittel 8 unterstützt dabei ein
temporäres Fixieren der Position des Montageträgers 1 auf dem Anschlussträger 7.
Wie in Figur 3D gezeigt, wird ein Lotmaterial der Lotschicht 6 bei Temperaturen oberhalb einer Schmelztemperatur des
Lotmaterials in einem Ofenprozess aufgeschmolzen. Nach einer Abkühlung besteht eine mechanisch stabile und thermisch leitfähige Lotverbindung zwischen dem Montageträger 1 und
Anschlussträger 7. Anstatt einer großflächigen Lotverbindung ermöglichen die säulenartigen Strukturelemente 41 die Bildung vieler getrennter Verbindungsstellen 71. Außerdem werden
Hohlräume 74 zwischen dem Montageträger und dem
Anschlussträger ausgebildet.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Montage des Montageträgers 1 ist in Figuren 4A bis 4C in schematischer Schnittansicht dargestellt, die drei verschiedene
Verfahrenstadien beschreiben.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Im Unterschied hierzu wird die Lotverbindung bei diesem Ausführungsbeispiel durch Verschmelzen des Lotmaterials in einem Thermokompres- sionsschritt hergestellt (Figur 4B) . Der
Thermokompressionsschritt erfolgt bereits vor der Entfernung des Greifarms 30. Der Ofenprozess ist in diesem
Ausführungsbeispiel nicht notwendig.
Im Vergleich mit dem Ofenprozess ist der Thermokompressions¬ schritt besonders geeignet für die Montage des Montageträgers mit daran befestigten Halbleiterchips, da die Halbleiterchips den hohen Temperaturen nicht direkt ausgesetzt sind.
Ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt in Figuren 5A bis 5D vier verschiedene Verfahrenstadien zur Montage eines
Halbleiterbauelements 19 der Figur 2 auf einem Anschlussträger 7. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Im Unterschied hierzu werden Halbleiterchips 9 vor der Montage des
Halbleiterbauelements 19 auf die zweite Metallisierung 2 des
Montageträgers 1 aufgebracht. Dabei werden die Halbleiterchips mit Hilfe eines Verbindungsmittels mit der zweiten Hauptfläche 102 verbunden, wobei der Schmelzpunkt des Verbindungsmittels höher als der Schmelzpunkt des Lotmaterials der Lotschicht 6 ist. Außerdem weist der Greifarm 30 eine Ausnehmung 31 auf, die für den Schutz der Halbleiterchips 9 vorgesehen ist.
Ein viertes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Montage des Montageträgers 1 ist in Figuren 6A bis 6D in schematischer Schnittansicht dargestellt, die vier verschiedene
Verfahrenstadien der Montage beschreiben. Dieses
Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Im Unterschied hierzu wird in einem Beschichtungsschritt zusätzlich zu der ersten
Lotschicht 6 eine zweite Lotschicht 10 großflächig auf dem
Anschlussträger 7 ausgebildet (Figur 6A) . Das Herstellen der Verbindung zwischen dem Montageträger 1 und dem
Anschlussträger 7 erfolgt derart, dass mehrere
Verbindungsstellen 71 und Hohlräume 74 gebildet werden.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers aus der Figur 1A auf dem
Anschlussträger 7. Figuren 7A bis 7D stellen vier verschiedene Verfahrenstadien der Montage dar. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Im Unterschied hierzu ist der Montageträger 1 in Figur 7A frei von der ersten Lotschicht 6.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zur Montage des Montageträgers aus der Figur 1A auf einem
Anschlussträger 7. Figuren 8A bis 8E stellen fünf verschiedene Verfahrenstadien der Montage dar. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Im Unterschied hierzu wird zunächst die erste Lotschicht 6 durch einen Eintauchschritt ausgebildet (Figur 8B) . Dabei wird der Montageträger 1 in ein mit einem
Lotmaterial 11 befülltes Reservoir 12 derart geführt, dass das Lotmaterial 11 an den Spitzen der säulenartigen
Strukturelemente 41 haftet und somit die erste Lotschicht 6 bildet .
Ein siebtes Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zur Montage eines Montageträgers 1 auf einem Anschlussträger 7. Figuren 9A bis 9E stellen fünf verschiedene Verfahrenstadien der Montage dar. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine
Erweiterung des Verfahrens dar, die bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens Anwendung finden kann. Bei dieser Erweiterung werden die bei der
Herstellung der Lotverbindung entstehenden Hohlräume 74 zwischen dem Montageträger 1 und dem Anschlussträger 7 wie in Figur 9E dargestellt mit einem Füllmaterial 13 befüllt. Das Füllmaterial ist vorzugsweise ein elastischer und
temperaturbeständiger Kunststoff. Bevorzugt ist der Kunststoff mit einem die Wärmeleitfähigkeit erhöhenden Füllstoff gefüllt. Beispielsweise enthält der die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Füllstoff Metallpartikel und/oder Metalloxide, insbesondere Si02-Partikel . Metalle mit hoher Duktilität und hoher
Wärmeleitfähigkeit sind ebenfalls als Füllmaterial geeignet. Mittels des Füllmaterials wird die Fläche, über die im Betrieb des Halbleiterbauelements 19 entstehende Wärme vom
Montageträger in den Anschlussträger 7 abgeführt werden kann, vergrößert .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele an diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede
Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 105 110.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Montageträger (1), der eine für die Montage von
Halbleiterchips (9) vorgesehene zweite Hauptfläche (102) und eine der zweiten Hauptfläche gegenüberliegende erste
Hauptfläche (101) aufweist, wobei
- der Montageträger einen Montagekörper (3) aufweist;
- der Montagekörper (3) auf der der ersten Hauptfläche
zugewandten Seite eine erste Metallisierung (4)
aufweist; und
- die erste Hauptfläche (101) eine Strukturierung (5) mit einer Mehrzahl von säulenartigen Strukturelementen (41) aufweist . 2. Montageträger nach Anspruch 1,
wobei der Montagekörper (3) eine Keramik enthält und der Montagekörper (3) auf der der zweiten Hauptfläche
zugewandten Seite eine zweite Metallisierung (2) aufweist. 3. Montageträger nach Anspruch 1,
wobei von einem inneren Bereich zu den Rändern der ersten Metallisierung (4) hin die säulenartigen Strukturelemente (41) kleiner werdende Querschnittsflächen aufweisen. 4. Montageträger nach Anspruch 1,
wobei der Montagekörper (3) eine Keramik enthält.
5. Montageträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Strukturelemente (41) eine Höhe zwischen
einschließlich 30 Mikrometer und einschließlich 300
Mikrometer aufweisen.
6. Montageträger nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Strukturelemente (41) eine gleiche Höhe
aufweisen . 7. Montageträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein Querschnitt der Strukturelemente (41) eine maximale Ausdehnung zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 3000 Mikrometer aufweist. 8. Montageträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Gesamtfläche aller maximalen Querschnitte der Strukturelemente (41) zwischen 25% und 80% der Gesamtfläche der zweiten Hauptfläche (102) darstellt. 9. Montageträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Montagekörper (3) auf der der zweiten Hauptfläche zugewandten Seite eine zweite Metallisierung (2) aufweist.
10. Montageträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Strukturelemente (41) von einer ersten Lotschicht
(6) überdeckt sind.
11. Montageträger nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die erste Lotschicht (6) der Strukturelemente eine Kuppelform bildet, deren Höhe kleiner als der minimale
Abstand von dem diese Kuppelform tragenden Strukturelement zu seinen benachbarten Strukturelementen ist.
12. Verfahren zur Montage von einem Montageträger nach Anspruch 1 bis 9 auf einem Anschlussträger (7),
gekennzeichnet durch die Schritte:
- Bereitstellen des Montageträgers (1), - Ausbilden eines Lotmaterials zwischen dem Montageträger und dem Anschlussträger,
- temporäres Fixieren der Position des Montageträgers auf dem Anschlussträger,
- Herstellen einer Lotverbindung zwischen der
Strukturierung (5) und dem Anschlussträger.
Verfahren nach Anspruch 11,
wobei das Aufbringen des Lotmaterials einen Eintauchschritt der Strukturierung (5) in ein mit dem Lotmaterial befülltes Reservoir (12) zur Ausbildung einer ersten Lotschicht (6) umfasst .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
wobei das Aufbringen des Lotmaterials einen
Beschichtungsschritt zur Ausbildung einer zweiten
Lotschicht (10) umfasst, bei dem zumindest für die
Lotverbindung vorgesehene Verbindungsstellen (71) auf dem Anschlussträger (7) mit dem Lotmaterial beschichtet werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
wobei das Herstellen der Lotverbindung zwischen der
Strukturierung (5) und dem Anschlussträger (7) durch
Verschmelzen des Lotmaterials in einem Ofenprozess erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
wobei das Herstellen der Lotverbindung zwischen der
Strukturierung (5) und dem Anschlussträger (7) durch
Verschmelzen des Lotmaterials in einem
Thermokompressionsschritt erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
wobei zwischen dem Montageträger (1) und dem
Anschlussträger (7) Hohlräume (74) gebildet werden, die nach dem Herstellen der Lotverbindung zumindest teilweise mit einem Füllmaterial (13) befüllt werden.
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