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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft Verbindungselemente (1, 2) auf Halbleiterchips (3) für Halbleiterbauteile und Verfahren zur Herstellung derselben. Diese Verbindungselemente (1, 2) stellen elektrische Verbindungen (5) zwischen Kontaktflächen (12) eines Halbleiterchips (3) und Kontaktanschlussflächen (6) einer übergeordneten Schaltungsplatine (4) bereit. Dazu weisen die Verbindungselemente (14) einen gebogenen Metallstreifen (7) auf, der zwei Metallschenkel (8, 9) mit abgeflachten Schenkelenden (10, 11) aufweist. Eines der beiden Schenkelenden (10) ist mit den Kontaktflächen (12) elektrisch verbunden, während sich das zweite Schenkelende (11) auf der Oberseite (13) des Halbleiterchips (3) elastisch abstützt.
    公开号:DE102004003275A1
    申请号:DE102004003275
    申请日:2004-01-21
    公开日:2005-08-25
    发明作者:Anton Legen；Jochen Thomas；Ingo Wennemuth
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L21-44
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft Verbindungselemente auf Halbleiterchips für Halbleiterbauteile,wobei die Verbindungselemente elektrische Verbindungen zwischenHalbleiterchips und übergeordnetenSchaltungsplatinen gewährleisten.Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derVerbindungselemente und zum Aufbringen der Verbindungselemente aufHalbleiterchips.
    [0002] Mitzunehmender Chipgröße wirddas Problem der thermischen Ausdehnungsdifferenzen zwischen einemHalbleiterchip, beispielsweise aus monokristallinem Silizium, undeiner übergeordneten Schaltungsplatineoder einer Umverdrahtungsplatte, aus beispielsweise glasfaserverstärktem Epoxydharz,immer gravierender. So besteht die Gefahr bei den bisher eingesetztenVerbindungselementen, wie beispielsweise bei den Flipchip-Kontakten,die Außenkontaktkugelnoder Außenkontakthöcker auseiner Lotlegierung aufweisen, dass auftretende Scherspannungen nichtmehr durch plastisches Kriechen, oder durch plastische Deformation,der wenige Mikrometer großenLot kugeln oder Lothöcker,abgebaut werden können.Die Folge sind eine mit zunehmender Chipgröße zunehmende Abrissgefahrder Verbindungselemente. Teilweise kann diese Abrissgefahr gemildertwerden, indem geeignete Kunststoffe, die auch "Underfill" genannt werden, die Verbindungselemente,insbesondere die Flipchip-Kontakte stützen, was jedoch mit einemerhöhtenFertigungsaufwand verbunden ist.
    [0003] AndereLösungendes Problems sehen vor, elastische Außenkontakte einzusetzen, dieeinen gummielastischen Kern und eine metallische Leiterbahn, diesich an den Kern anschmiegt, aufweisen. Dabei ist die metallischeLeiterbahn nicht selbsttragend, sondern auf die Stützung durchden gummielastischen Kern angewiesen, was mit einem erhöhten Fertigungsaufwandderartiger elastischer Verbindungselemente verbunden ist.
    [0004] Eineweitere Lösung,die als "Microspring" bekannt ist, siehtdrahtgebondete, federnde Metalldrahtkonstruktionen als Verbindungselementevor, um den Ausgleich in den thermischen Ausdehnungskoeffizientenvon beispielsweise Silizium und Epoxydharz zu ermöglichen.Auch diese Lösungweist aufgrund der eingesetzten Bonddrähte eine geringe mechanischeStabilitätauf, so dass auch hier ein mechanischer Schutz erforderlich wird,was den Fertigungsaufwand derartiger "Microsprings", und somit die Fertigungskosten erhöht, insbesonderedurch die serielle Fertigung der drahtgebondeten Verbindungselemente.
    [0005] Aufgabeder Erfindung ist es, die obigen Probleme zu überwinden und Verbindungselemente,sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und ihrer Aufbringung auf Halbleiterchipsoder Halbleiterwafer anzugeben, die eine elastische, nachgiebigeVerbindung zwischen Kontaktflächeneines Halbleiterchips oder eines Halbleiterwafers mit Kontaktanschlussflächen einer übergeordnetenSchaltungsplatine ermöglichen unddie Abrissgefahr derartiger Verbindungselemente vermindert.
    [0006] Gelöst wirddiese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungder Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    [0007] Erfindungsgemäß werdenVerbindungselemente auf Halbleiterchips für Halbleiterbauteile geschaffen,die fürelektrische Verbindungen zwischen Halbleiterchips und übergeordnetenSchaltungsplatinen geeignet sind. Dazu weisen die Verbindungselementeein elektrisch leitendes elastisches Metall in gebogener Streifenformmit zwei Metallschenkeln auf, die abgeflachte Schenkelenden besitzen.Von den Schenkelenden ist mindestens eines, auf einer einzelnenKontaktflächevon Kontaktflächeneiner aktiven Oberseite des Halbleiterchips fixiert. Das zweite abgeflachteSchenkelende des Verbindungselementes kann sich auf der Oberseitedes Halbleiterchips elastisch abstützen.
    [0008] DerartigeVerbindungselemente haben den Vorteil, dass sie sowohl in der x-Richtungund der y-Richtung elastisch sind, als auch z-Richtung, wobei sichdie Schenkel elastisch spreizen oder elastisch zusammenfahren. BeimSpreizen und Zusammenfahren wird gleichzeitig auch eine Anpassungin z-Richtung möglich,so dass minimale Abstandsunterschiede zwischen einem Halbleiterchipund einer übergeordnetenSchaltungsplatine ausgeglichen werden können. Diese Eigenschaft dererfindungsgemäßen Verbindungselementeist besonders entscheidend füreinen "Wafer-Level-Test", bei dem die Halbleiterchipsin den Halbleiterpositionen eines Halbleiterwafers nicht mit derPlatine eines Messkopfes fest verbunden werden, sondern diese Platinemit ihren Kontaktanschlussflächendes Messkopfes lediglich auf die einzelnen Halbleiterbauteilpositionen einesHalbleiterwafers aufgesetzt oder aufgedrückt wird.
    [0009] Derweitere Vorteil dieser Verbindungselemente besteht darin, dass sienicht an dem Messkopf angebracht sind, sondern auf dem Halbleiterchipund in jeder der Halbleiterbauteilpositionen eines Halbleiterwafersvorhanden sein können,so dass sie gleichzeitig nach dem Auftrennen des Halbleiterwafersin einzelne Halbleiterchips fürein Produktgehäuseals Außenkontakteeines Halbleiterbauteils zur Verfügung stehen.
    [0010] Ineiner besonderen Ausführungsformder Erfindung ist es vorgesehen, einen Halbleiterwafer in seinenHalbleiterbauteilpositionen mit derartigen Verbindungselementenauf seinen Kontaktflächenauszustatten. Dieses hat nicht nur den Vorteil der oben erwähnten Testbarkeitdes Halbleiterwafers in seiner Gesamtheit, sondern auch den Vorteil,dass die einmal aufgebrachten Verbindungselemente während dernachfolgenden Fertigungsschritte des Halbleiterwafers zu beispielsweisehalbleiterchipgroßenBauteilen ohne zusätzlicheFertigungsschritte als selbsttragende Verbindungselemente zur Verfügung stehen.Diese selbsttragenden, elastischen und stabilen Verbindungselementeersetzen somit die Außenkontakteeines Halbleiterbauteils.
    [0011] ZurVerbesserung der Stabilitätder Verbindungselemente als Außenkontaktevon Halbleitbauteilen in der Halbleiterchipgröße ist es vorgesehen, nichtnur ein abgeflachtes Schenkelende auf der Oberseite des Halbleiterchipszu fixieren, sondern beide Schenkelenden auf der Oberseite des Halbleiterchipszu montieren. Mit dieser Fertigungstechnik wird ein Vorteil gegenüber denoben erwähntenbisherigen Lösungenerreicht, der sich nicht nur in der verbesserten Elastizität, sondernauch durch die verbesserte Stabilität der neuen Verbindungselemente auszeichnet.Diese erhöhteStabilitätdurch Fixieren von zwei Schenkelenden auf der Oberseite eines Halbleiterchips,wobei mindestens eines elektrisch mit einem der Kontaktflächen desHalbleiterchips verbunden ist, ermöglicht eine Stabilisierungder Verbindungselemente, die mit den bisher bekannten Lösungen nichterreichbar ist.
    [0012] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung sind die Verbindungselemente radial zu den Zentrenvon Halbleiterchippositionen eines Halbleiterwafers ausgerichtet.Das hat den Vorteil, dass beim Aufsetzen eines Testkopfes mit Kontaktanschlussflächen aufdie gebogenen Metallstreifen der Verbindungselemente die Verbindungselementemit ihrem freien Schenkel den Druck des Messkopfes in radialer Richtungnachgeben können, ohnedabei einer Torsionsbelastung ausgesetzt zu sein, was einen Abrissder elastischen Verbindungselemente verhindert. Um hohe Stabilität und gleichzeitighohe elektrische Leitfähigkeitzu erreichen, weisen die Verbindungselemente Kupfer, Aluminium, Gold,Silber oder Legierungen derselben auf. Die Legierungszusätze dienendabei der Erhöhungder Elastizitätund der Verhinderung von Sprödbrüchen.
    [0013] Beieiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung sind die Verbindungselemente U-förmig oder V-förmig gebogeneMetallstreifen. Die U- oder V-Form hat den Vorteil, dass die beidenSchenkel zu abgeflachten Schenkelenden abgebogen werden können, welcheparallel zu der Oberseite des Halbleiterchips beim Aufbringen derVerbindungselemente angeordnet werden können.
    [0014] Einbevorzugter Bereich der Dicke der Verbindungselemente liegt zwischen3 und 100 Mikrometern und ein vorteilhafter Bereich der Metallstreifenbreiteder Verbindungselemente liegt zwischen 25 und 1000 Mikrometern.Diese Breiten- und Dickenabmessungen zeigen, dass es sich bei denerfindungsgemäßen Verbindungselementenum mikromechanische Komponenten handelt, die auf die Halbleiterchipsbzw. auf entsprechende Halbleiterwafer aufgebracht werden können.
    [0015] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformder Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verbindungselemente anden abgeflachten Schenkelenden eine geringere Breite aufweisen,als im Bereich der Schenkel. Derartige Verbindungselemente haben denVorteil, dass ihre Schenkelenden auf die minimalen Abmessungen einerKontaktanschlussflächeabgestimmt sein können,ohne dass unter diesen minimalen Abmessungen die Stabilität der Verbindungselementeabnimmt, zumal die größere stabileBreite der Schenkel beibehalten wird. Mit derartigen Verbindungselementenist es möglich,Kontaktflächenmit Abmessungen von wenigen Mikrometern noch zu kontaktieren undmit Kontaktanschlussflächenauf einer übergeordnetenSchaltungsplatine überdie erfindungsgemäßen Verbindungselementezu verbinden.
    [0016] EinVerfahren zur Herstellung und Aufbringung von Verbindungselementenauf Halbleiterchips und/oder auf einem Halbleiterwafer weist dienachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird eine Metallfolieoder ein Metallband bereitgestellt. Die Größe der Metallfolie bzw. desMetallbandes sollten den Mindestabmessungen eines Halbleiterchipsoder eines Halbleiterwafers entsprechen. Anschließend findetein Vorprägender Metallfolie oder des Metallbandes statt. Dieses Vorprägen kannmit Stanzwerkzeugen oder mit Ätztechnikenkombiniert werden, um eine Form von zweischenklig gebogenen Metallstreifender Verbindungselemente mit abgeflachten Schenkelenden gemäß einemLageplan der Kontaktflächeneines Halbleiterwafers oder eines Halbleiterchips durchzuführen.
    [0017] Beidiesem Vorprägenwird darauf geachtet, dass die Verbindungselemente nicht vollständig aus derMetallfolie oder dem Metallband herausgeätzt oder herausgestanzt werden,sondern vielmehr in den vorgegebenen Positionen des Lageplans für die Kontaktflächen desHalbleiterwafers oder eines Halbleiter chips verbleiben. Der Abrissbereichkann eine Einkerbung oder eine Schwächung des Folien- oder Metallbandmaterialsumfassen. Vorzugsweise wird der Abrissbereich in einem Bereich naheden abgeflachten Schenkelenden der Verbindungselemente vorgesehen.Die Schenkelenden könnenvor dem Vorprägender Metallfolie oder des Metallbandes oder auch nach dem Vorprägen derMetallfolie oder des Metallbandes mit einem Verbindungsstoff beschichtetwerden.
    [0018] Anstelleder Schenkelenden könnenaber auch die Kontaktflächendes Halbleiterchips mit einem derartigen Verbindungsstoff versehenwerden. Diese Beschichtung mit dem Verbindungsstoff dient dazu,eine stoffliche Verbindung mindestens eines der Schenkelenden mitden Kontaktflächenzu ermöglichen.Vorzugsweise ist dieser Verbindungsstoff ein mit MetallgranulatgefüllterKlebstoff und damit ein elektrisch leitendes Material oder eineLotlegierung.
    [0019] Nachdiesem Vorbereiten durch Vorprägen undBeschichten wird die vorgeprägteMetallfolie bzw. das vorgeprägteMetallband auf einen Halbleiterchips oder einen Halbleiterwaferaufgebracht und in der Weise justiert, dass mindestens ein Schenkelendeeines Verbindungselements einer jeweiligen Kontaktfläche aufder Oberseite des Halbleiterchips oder des Halbleiterwafers gegenübersteht.Anschließendwird mindestens ein Schenkelende der Verbindungselemente auf denKontaktflächenmit Hilfe des Verbindungsstoffes fixiert. Im Falle eines Leitklebers erfolgtdieses durch einfachen Andruck und Aushärten des Leitklebers, und imFalle einer Lotlegierung als Verbindungsstoff wird ein Lötprozessfür alleVerbindungselemente eines Halbleiterchips oder eines Wafers parallelund gleichzeitig durchgeführt.Abschließendwird die Metallfolie oder das Metallband von dem Halbleiterchipbzw. dem Halblei terwafer unter Zurücklassung der fixierten Verbindungselemente undunter Abriss der Metallfolie bzw. des Metallbandes in den Abrissbereichenabgehoben.
    [0020] DiesesVerfahren zum Herstellen und Aufbringen von Verbindungselementenauf Halbleiterchips und/oder auf Halbleiterwafern hat den Vorteil, dassdas Befestigen oder Fixieren der Verbindungselemente nicht wie imStand der Technik bei der "Microspring"-Technologie seriellerfolgt, sondern parallel und gleichzeitig für sämtliche Kontaktflächen einesHalbleiterchips oder eines Halbleiterwafers durchgeführt werdenkann. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass diesesVerfahren nicht auf die Größe einesHalbleiterchips begrenzt ist, sondern auf Halbleiterwafer beliebigerGröße mit beliebiger Anzahlvon Kontaktanschlussflächenin den einzelnen Halbleiterbauteilpositionen des Halbleiterwafers übertragenwerden kann. Schließlichhilft der vorgeprägteAbrissbereich die Halbleiterfolie bzw. das Halbleiterband ohne Problemevon dem jeweiligen Halbleiterchip bzw. dem Halbleiterwafer abzuziehen.
    [0021] Einalternatives Verfahren zur Herstellung und Aufbringung von Verbindungselementenauf Halbleiterchips und/oder auf Halbleiterwafern weist dem gegenüber dienachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird, wie im ersten Fall,eine Metallfolie oder ein Metallband bereitgestellt. Das Vorprägen istjedoch mit einem vollständigenAusstanzen von zweischenklig gebogenen Verbindungselementen mitabgeflachten Schenkelenden aus der Metallfolie oder aus dem Metallbandvorgesehen. Somit liegen nach diesem Verfahrensschritt Verbindungselementemit Abmessungen von wenigen Mikrometern vor, die nun in Vertiefungeneiner Matrize eingerüttelt werden.Dieses Einrüttelnkann durch Vibration der Matrize unter stützt werden, wobei die Matrizean die Verbindungselementform angepasste Vertiefungen aufweist.Diese Vertiefungen sind nach einem Lageplan der Kontaktflächen einesHalbleiterwafers oder eines Halbleiterchips angeordnet.
    [0022] NachdemsämtlichePositionen der Vertiefungen der Matrize mit Verbindungselementenaufgefülltsind, wird ein Halbleiterchip oder ein Halbleiterwafer auf die Matrizeaufgebracht und die Kontaktflächenwerden nach den Vertiefungen der Matrize ausgerichtet. Anschließend erfolgtein paralles Fixieren mindestens eines Schenkelendes der Verbindungselementeauf den Kontaktflächendes Halbleiterchips oder des Halbleiterwafers für alle Verbindungspositionengleichzeitig. Dazu kann vorgesehen werden, dass ein Verbindungsstoffentweder auf dem zu verbindenden abgeflachten Schenkelende oderauf den Kontaktflächenvor dem Fixieren aufgebracht wird. Nachdem die Fixierung beendetist, wird die Matrize von dem Halbleiterchip oder dem Halbleiterwaferabgehoben und kann wiederverwendet werden.
    [0023] Auchbei diesem Verfahren ergibt sich der Vorteil, einer parallel MontagesämtlicherVerbindungselemente, so dass dieses Verfahren einen Fertigungsvorteilgegenüberder "Microspring"-Technologie liefert.
    [0024] Darüber hinausist es möglich,aufgewölbte Strukturenaus einer Kunststoffmasse in den Bereich der Kontaktflächen einesHalbleiterwafers oder Halbleiterchips aufzubringen und auf diesenaufgewölbtenStrukturen, unter gleichzeitigem Verbinden mit den Kontaktflächen einengebogenen Metallstreifen mit entsprechenden Schenkeln und abgeflachten Schenkelendenselektiv galvanisch abzuscheiden. Bei dieser Verfahrensweise werdenanschließend, nachder Abscheidung der gebogenen Verbindungselemente, die aufgewölbten Kunststoffstrukturenauf dem Halbleiterwafer oder dem Halbleiterchip aufgelöst, so dassan deren Stelle und in deren Positionen selbsttragende, stabileVerbindungselemente auf dem Halbleiterchips bzw. den Halbleiterwaferin Form der gebogenen Metallstreifen zurückbleiben.
    [0025] Nebendiesem Verfahren mit einem parallelen Aufbringen von Verbindungselementenauf einen Halbleiterchip oder einen Halbleiterwafer ist es auch möglich, ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformdes Verfahrens seriell entsprechend vorbereitete Verbindungselementeauf Halbleiterchips oder Halbleiterwafer aufzubringen. Dazu werdenwie in den vorhergehenden Verfahren zunächst eine Metallfolie oderein Metallband bereitgestellt, und durch Vorprägen und Ausstanzen von zweischenkliggebogenen Verbindungselementen mit abgeflachten Schenkelenden, stehendann einzelne Verbindungselemente zur Verfügung. Diese Verbindungselementewerden einem Bestückungsautomatenzugeführt. DieserBestückungsautomatbestücktdie Kontaktflächender Halbleiterchips oder der Halbleiterwafer mit Verbindungselementenunter Fixieren mindestens eines der abgeflachten Schenkelenden aufden Kontaktflächen.Dieses serielle Verfahren hat den Vorteil, dass herkömmlicheoder leicht modifizierte Bestückungsautomatenfür dasAufbringen von Verbindungselementen eingesetzt werden können.
    [0026] Zusammenfassendist festzustellen, dass die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizientenvon glasfaserverstärktenEpoxyd-Schaltungsträgernund Silizium-Halbleiterchips bei Temperaturänderungen zu hohen mechanischenSpannungen im Verbindungselement zwischen Halbleiterchip und Schaltungsträger führen können. Inder Regel übernehmenden Ausgleich dieser thermischen Ausdehnungen verschiedene Komponentender Gehäuseverpackungzum Beispiel Lotbälleoder Leitkleber oder ande re Verbindungsstrukturen. Muss eine höhere Integrationsdichteauf einem übergeordneten Schaltungsträger erreichtwerden, so ist auch das Packagegehäuse zu verkleinern. Dabei gewinnen immermehr die halbleiterbauteilgroßenGehäuse (chipscale packages), die als Verbindungselemente Flipchip-Kontakte aufweisen,eine steigende Bedeutung.
    [0027] DiehöchsteIntegrationsdichte versprechen solche mit Flipchip-Kontakten ausgestattetenGehäuse,weil die Chipflächegleich der Produktgehäusefläche ist.Jedoch ist bei Produktgehäusen,die auf Flipchip-Kontakten basieren der Einbau eines elastischenElementes zwischen dem Halbleiterchip und dem Schaltungsträger ausEpoxydharz sehr schwierig. Somit werden die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungennur von dem Verbindungselement, nämlich dem Flipchip-Kontakt,in Form einer Lötkugel odereines Lothöckersaufgenommen. Eine belastbare Verbindung lässt sich mit zufriedenstellenderZuverlässigkeitjedoch nur fürkleine Halbleiterchips mit sehr geringen Abmessungen und einer geringenAnzahl an Flipchip-Kontaktenoder unter der Zusatzanwendung von "Underfill"-Kunststoffenzufriedenstellend erreichen. Jedoch für Speicherchips, die eine verhältnismäßig große Chipfläche besitzen,sind derartige Lösungennicht zufriedenstellend.
    [0028] Inder vorliegenden Erfindung wird ein Verbindungselement zwischenHalbleiterchip und übergeordnetemSchaltungsträgervorgestellt, welches sich aufgrund seiner geometrischen Form unddes verwendeten Materials elastisch verformen kann und das über gutethermische als auch übergute elektrische Eigenschaften verfügt. Zudem ist die mechanischeStabilitätder erfindungsgemäßen Verbindungselementegroß genug,um auf zusätzlicheUnterstützungskomponenten,wie bei den bisherigen Lösungen,verzichten zu können.
    [0029] Insbesonderedurch die V- oder U-förmige Verbindungselementstrukturaus einem elektrisch gut leitenden Material, wie Kupfer, Aluminium,Silber oder Gold, ergibt sich ein selbsttragendes, stabiles Verbindungselement.Wie die oben beschriebenen Verfahren zeigen, kann das Verbindungselementaus einer Folie oder einem Band herausgearbeitet werden. Das Verbindungselementwird mit seiner Öffnungder V- oder U-Form in Richtung auf den Halbleiterchip mittels einerstofflichen Verbindung, zum Beispiel Kleben, Löten oder Reibschweißen, befestigt. Dabeiist es denkbar, dass in einem ersten Schritt lediglich ein Schenkeldes Verbindungselementes befestigt wird, um für einen nachfolgenden Testprozess aufWaferlevel eine Verformbarkeit, insbesondere in Z-Richtung zu gewährleisten.Nach einem derartigem Testschritt kann das freie Schenkelende dannin einem weiteren Prozessschritt am Halbleiterchip selbst zusätzlich befestigtwerden.
    [0030] DieAusrichtung der Kontaktelemente wird so ausgeführt, dass die Beweglichkeitin der Hauptbelastungsrichtung, zum Beispiel in Form einer konzentrischenoder radialen Ausrichtung, sichergestellt wird. Sind die Verbindungselementebereits an dem Halbleiterchip befestigt, kann mit den üblichenFertigungsprozessen das Verbindungselement mit den Kontaktanschlussflächen aufdem Schaltungsträger verbundenwerden.
    [0031] DieV- oder U-Form hat darüberhinaus den Vorteil, dass sie sich leicht elastisch verformen kann unddiese Geometrie wirkt praktisch wie ein Federelement, so dass zusätzlichegummielastische Komponenten im Gehäusebereich überflüssig werden. Damit wird gleichzeitigder Fertigungsaufwand vermindert und das Montageverfahren vereinfacht.
    [0032] DieErfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
    [0033] 1 zeigteine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterchips bzw.eines Teilstückseines Halbleiterwafers mit Verbindungselementen, gemäß einerersten Ausführungsformder Erfindung;
    [0034] 2 zeigteine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterchips bzw.eines Teilstückseines Halbleiterwafers mit Verbindungselementen, gemäß einerzweiten Ausführungsformder Erfindung;
    [0035] 3 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes,wie es fürdie erste Ausführungder Erfindung gemäß 1 eingesetztwird;
    [0036] 4 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes,wie es fürdie zweite Ausführungder Erfindung, gemäß 2 eingesetztwird;
    [0037] 5 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes,gemäß der erstenAusführungsformder Erfindung, mit Beschichtungen aus einem Verbindungsstoff;
    [0038] 6 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes,gemäß der zweitenAusführungsformder Erfindung, mit Beschichtungen aus einem Verbindungsstoff;
    [0039] 7 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes,gemäß der erstenAusführungsformder Erfindung, mit abgeflachten Schenkelenden, die eine verminderteBreite aufweisen;
    [0040] 8 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes,gemäß der zweitenAusführungsformder Erfindung, mit abgeflachten Schenkelenden, die eine verminderteBreite aufweisen.
    [0041] 1 zeigteine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterchips 3 bzw.eines Teilstücks einesHalbleiterwafers mit Verbindungselementen 1, gemäß der erstenAusführungsformder Erfindung. Das Verbindungselement 1 auf dem Halbleiterchip 3 bildeteine elektrische Verbindung 5 zwischen dem Halbleiterchip 3 undeiner übergeordnetenSchaltungsplatine 4. Das Verbindungselement 1 istin dieser AusführungsformU-förmiggebogen und weist zwei Schenkel 8 und 9 auf, diein abgeflachte Schenkelenden 10 und 11 übergehen.Das offene Ende des U-förmigenVerbindungselementes 1 ist in Richtung auf die aktive Oberseite 13 desHalbleiterchips 3 gerichtet. Somit stehen die abgeflachtenSchenkelenden 10 und 11 auf dieser aktiven Oberseite,wobei mindestens ein Schenkelende 10 über einen Verbindungsstoff 14 mitjeweils einer Kontaktfläche 12 auf deraktiven Oberseite 13 des Halbleiterchips 3 elektrischverbunden ist.
    [0042] Dasgeschlossenen Ende des U-förmigen Verbindungselementesbzw. die Basis ist auf Kontaktanschlussflächen 6 einer übergeordnetenSchaltungsplatine 4 fixiert, so dass zwischen dem Halbleiterchip 3 undder Schaltungsplatine 4 mindestens ein elastischer Schenkel 8 desU-förmigenVerbindungselementes eine elektrische Verbindung zwischen Halbleiterchip 3 undder übergeordnetenSchaltungsplatine 4 herstellt. Diese übergeordnete Schaltungsplatine 4 kannein Modul, das mehrere Halbleiterchips 3 aufweist, diebeispielsweise zu einer Umverdrahtungsplatte gehörten, aufweisen. Dabei sindwenige Mikrometer großenKontaktflächen 12 desHalbleiterchips 3 überdie Kontaktanschlussflächen 6 der Schaltungsplatine 4 und über Umverdrahtungsleitungenmit einige hundert Mikrometer großen Außenkontakten eines Halbleiterbauteilesoder Halbleitermoduls verbunden.
    [0043] Mitdiesen Verbindungselementen 1 auf der aktiven Oberseite 13 desHalbleiterchips 3 wird eine hohe Kontaktdichte erreicht,zumal die abgeflachten Schaltungsenden in ihrer Größe den Kontaktflächen 12 desHalbleiterchips 3 angepasst werden können, ohne dass das Verbindungselement 1 inseiner Stabilitätund Elastizitätbeeinträchtigtwird. So lange das zweite abgeflachte Schenkelende 11 derVerbindungselemente nicht auf der Oberseite 13 fixiertist, sondern lediglich von der Oberseite 13 gestützt wird, isteine hohe Flexibilitätund Elastizitätder Verbindungen zwischen Halbleiterchips 3 und übergeordneten Schaltungsplatine 4 auchin z-Richtung gewährleistet,so dass die Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizientenzwischen dem Halbleiterchip 3 und der übergeordneten Schaltungsplatine 4 nichtzu Defekten und Abrissen führenkönnen.Andererseits kann auch das zweite abgeflachte Schenkelende 11 derVerbindungselemente 1 auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips 3 fixiertsein. Damit wäredie Verbindung zwischen Halbleiterchip 3 und übergeordneterSchaltungsplatine 4 etwas steifer, jedoch auf Grund derU-förmigen Biegungdes Verbindungselementes 1 ist nach wie vor eine ausreichendeund zufriedenstellende Elastizitätvorhanden.
    [0044] 2 zeigteine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterchips 3 bzw.eines Teilstücks einesHalbleiterwafers mit Verbindungselementen 2 gemäß einerzweiten Ausführungsformder Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werdenmit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
    [0045] DasVerbindungselemente 2 der zweiten Ausführungsform der Erfindung unterscheidetsich von dem Verbindungselement 1, dadurch, dass das Verbindungselement 2 einenV-förmigenQuerschnitt aufweist. Diese V-Förmigkeiterhöhtweiterhin die Steifigkeit des Verbindungselementes und gewährleistetdennoch, dass die elastische Verschiebung in x- und y-Richtung,also parallel zu der Oberseite 13 des Halbleiterchips 3,aufgrund von Unterschieden in den Ausdehnungskoeffizienten von Halbleiterchip 3 undder hier nicht gezeigten übergeordnetenSchaltungsplatine ausgeglichen werden können, ohne dass ein Abrissder Verbindungselemente zu befürchtenist.
    [0046] 3 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes 1,wie es fürdie erste Ausführungsformder Erfindung gemäß 1 eingesetztwird. Währendin 1 lediglich der U-förmige Querschnitt des Verbindungselementes 1 und dasZusammenwirken der elektrischen Verbindung zwischen Kontaktflächen desHalbleiterchips und Kontaktanschlussflächen der übergeordneten Schaltungsplatinegezeigt wird, ist in 3 die Breite B des Verbindungselementes 1 zusehen. Das Verbindungselement 1 besteht somit aus einemelektrisch leitenden Metallstreifen aus Kupfer, Aluminium, Silber,Gold oder Legierungen derselben, der derart gebogen ist, dass zweifreie Schenkel 8 und 9, ferner eine Basis 15 undabgeflachte Schenkelenden 10 und 11 aus den Metallstreifenentstehen.
    [0047] DieBasis 15 kann mit der übergeordneten Schaltungsplatineund deren Kontaktanschlussflächenin Kontakt gebracht, oder stoffschlüssig mit den Kontaktanschlussflächen der übergeordnetenSchaltungsplatine verbunden werden. Von den beiden abgeflachtenSchenkelenden 10 und 11 ist das Schenkelende 10,wie es in 1 zu sehen ist, mit den Kontaktflächen desHalbleiterchips elektrisch verbunden, wobei der Öffnungsbereich 16 desU-förmiggebogenen Metallstreifens in Richtung auf die aktive Oberseite desHalbleiterchips ausgerichtet ist.
    [0048] 4 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes 2,wie es fürdie zweite Ausführungsformder Erfindung gemäß 2 eingesetztwird. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehendenFiguren, werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extraerörtert.Der Unterschied zwischen dem Verbindungselement 1 und demVerbindungselement 2 liegt darin, dass der Metallstreifenin 4 V-förmigabgewinkelt ist und frei tragende Schenkel 8 und 9 aufweist,die in abgeflachte Schenkelenden 10 und 11 übergehen.Auch bei dieser Ausführungsformder Erfindung ist die Basis 15 der V-Form relativ elastisch gegenüber denSchenkelenden. Der Öffnungsbereich 16,kann wiederum zu der aktiven Oberseite des Halbleiterchips ausgerichtetsein.
    [0049] 5 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes 1,gemäß der erstenAusführungsformder Erfindung, mit Beschichtungen aus einem Verbindungsstoff 14.
    [0050] DieserVerbindungsstoff 14 kann ein Lotmaterial oder ein Klebstoffmaterialsein, oder eine reibschweißfähige Legierungdarstellen. Diese Beschichtung mit dem Verbindungsstoff 14 isteinerseits auf mindestens einem der abgeflachten Schenkelenden 10 aufgebracht,um damit Kontaktflächendes Halbleiterchips zu kontaktieren und andererseits auf der Basis 15 angeordnet,um die Verbindung zu den Kontaktanschlussflächen eines übergeordneten Schaltungsträgers herzustellen.
    [0051] 6 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes 2,gemäß der zweitenAusführungsformder Erfindung, mit Beschichtungen aus einem Verbindungsstoff 14.Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werdenmit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 6 zeigtwiederum den V-Querschnitt des Verbindungselementes 2,der auf seiner Basis 15 mit dem Verbindungsstoff 14 bedeckt ist,so dass eine Verbindung zwischen Metallstreifen und Kontaktanschlussflächen eines übergeordneten Schaltungsträgers herstellbarwird und darüberhinaus ist eine Beschichtung aus Verbindungsstoff 14 auchauf einer der abgeflachten Schenkelenden 10 angeordnet.
    [0052] Trotzdieser Beschichtung eines Verbindungsstoffes 14 auf einemder beiden abgeflachten Schenkelenden 10 und 11 desVerbindungselementes 2 ist es durchaus möglich, beideabgeflachte Schenkelenden 10 und 11 mit einemderartigen Verbindungsstoff 14 zu beschichten. Andererseitskann auch ein derartiger Verbindungsstoff 14 nur auf den Kontaktflächen desHalbleiterchips und/oder auf den Kontaktanschlussflächen des übergeordnetenSchaltungsträgersangeordnet sein und der Metallstreifen, wie in den 3 und 4 gezeigt,vollständigfrei von einem Verbindungsstoff gehalten sein.
    [0053] 7 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes 1,gemäß der erstenAusführungsformder Erfindung, mit abgeflachten Schenkelenden 10 und 11,die eine verringerte Breite b aufweisen. Die gegenüber derBreite B des Metallstreifens 7 verringerte Breite b kannnotwendig werden, wenn die Kontaktanschlussflächen des Halbleiterchips oderdes Halbleiterwafers sich im Bereich von wenigen Mikrometern bewegen,so dass durch die größere BreiteB des Metallstreifens nach wie vor eine ausreichende Stabilität für das Verbindungselementerreicht wird und dennoch eine sichere Verbindung zu den wenigeMikrometern großen Kontaktanschlussflächen desHalbleiterchips gewährleistetwerden kann.
    [0054] 8 zeigteine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Verbindungselementes 2,gemäß der zweitenAusführungsformder Erfindung mit abgeflachten Schenkelenden 10 und 11,die eine verringerte Breite b aufweisen. Komponenten mit gleichen Funktionen,wie in den vorhergehenden Figuren, werden mit gleichen Bezugszeichengekennzeichnet und nicht extra erörtert. Auch für die zweiteAusführungsformder Erfindung könnendie abgeflachten Schenkelenden 10 und 11 mit einerverringerte Breite b ausgeführtwerden, um an die Größe von Kontaktflächen desHalbleiterchips angepasst zu werden. Andererseits ist es auch möglich, dassvon den beiden abgeflachten Schenkelenden 10 und 11 nurein Schenkelende eine verringerte Breite b aufweist, während dasandere Schenkelende nach wie vor die volle Breite B des Metallstreifensbesitzt. Dieses wird dann eingesetzt, wenn mindestens das in seinerBreite verringerte Schenkelenden auf einer Kontaktfläche fixiertwerden soll, währendsich das andere abgeflachte Schenkelende auf der Oberseite des Halbleiterchipsaußerhalbdes Bereichs einer Kontaktfläche abstützen soll.
    1 Verbindungselement 2 Verbindungselement 3 Halbleiterchip 4 Schaltungsplatine 5 elektrischeVerbindung 6 Kontaktanschlussfläche 7 Metallstreifen 8 Metallschenkel 9 Metallschenkel 10 Schenkelende 11 Schenkelende 12 Kontaktfläche 13 aktiveOberseite 14 Verbindungsstoff 15 Basisder U- oder V-Form 16 Öffnungsbereichder U- oder V-Form B Breitedes Metallstreifens b verringerteBreite der Schenkelenden
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Verbindungselemente auf Halbleiterchips (3) für Halbleiterbauteilefür elektrischeVerbindungen (5) zwischen Halbleiterchips (3)und übergeordneten Schaltungsplatinen(4), wobei die Verbindungselemente (1, 2)ein elektrisch leitendes elastisches Metall in gebogener Streifenformmit zwei Metallschenkeln (8, 9) und mit abgeflachtenSchenkelenden (10, 11) aufweisen und wobei mindestensein abgeflachtes Schenkelende (10) eines einzelnen gebogenen Metallstreifens(7) der Verbindungselemente (1, 2) aufeiner einzelnen Kontaktfläche(12) von Kontaktflächen(12) einer aktiven Oberseite (13) des Halbleiterchips(3) fixiert ist und sich das Verbindungselement (1, 2)mit dem zweiten abgeflachten Schenkelende (11) auf derOberseite (13) des Halbleiterchips (3) elastischabstützt.
    [2] Verbindungselemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Verbindungselemente (1, 2) auf Kontaktflächen (12)von Halbleiterchippositionen eines Halbleiterwafers angeordnet sind.
    [3] Verbindungselemente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Verbindungselemente (1, 2) radial zudem Zentren von Halbleiterchippositionen eines Halbleiterwafersausgerichtet sind.
    [4] Verbindungselemente nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (1, 2)Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, oder Legierungen derselben aufweisen.
    [5] Verbindungselemente nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass beide Schenkelenden (10, 11)der Verbindungselemente (1, 2) auf der aktivenOberseite (13) eines Halbleiterchips (3) fixiertsind.
    [6] Verbindungselemente nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (1, 2)U-förmigoder V-förmiggebogenen sind.
    [7] Verbindungselemente nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen (7) derVerbindungselemente (1, 2) eine Dicke von 3 bis100 Mikrometern aufweist.
    [8] Verbindungselemente nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen (7) derVerbindungselemente (1, 2) eine Breite (B) von25 bis 1000 Mikrometern aufweist.
    [9] Verbindungselemente nach einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (1, 2)an den abgeflachten Schenkelenden (10, 11) einegeringere Breite aufweisen als die Schenkel (8, 9).
    [10] Verfahren zur Herstellung und Aufbringung von Verbindungselementen(1, 2) auf Halbleiterchips (3) und/oderauf Halbleiterwafern, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritteaufweist: – Bereitstelleneiner Metallfolie oder eines Metallbandes, – Vorprägen der Metallfolie oder desMetallbandes in einer Form von zweischenklig gebogenen Metallstreifen(7) der Verbindungselemente (1, 2) mitabgeflachten Schenkelenden (10, 11) nach einemLageplan der Kontaktflächen(12) eines Halbleiterwafers oder eines Halbleiterchips(3), wobei ein Abrissbereich vorgesehen wird, über dendie Verbindungselemente (1, 2) mit der Metallfoliebzw. dem Metallband mechanisch verbunden bleiben, – Beschichtenmindestens eines der Schenkelenden (10, 11) und/oderder Kontaktflächen(12) mit einem Verbindungsstoff (14), – Aufbringender vorgeprägtenMetallfolie bzw. des vorgeprägtenMetallbandes auf einen Halbleiterchip (3) bzw. einen Halbleiterwafer, – Fixierendes mindestens einen Schenkelendes der Verbindungselemente auf denKontaktflächenmit Hilfe des Verbindungsstoffes, – Abheben der Metallfolie bzw.des Metallbandes von dem Halbleiterchip (3) bzw. dem Halbleiterwaferunter Zurücklassungder fixierten Verbindungselemente (1, 2).
    [11] Verfahren zur Herstellung und Aufbringung von Verbindungselementen(1, 2) auf Halbleiterchips (3) und/oderauf Halbleiterwafern, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritteaufweist: – Bereitstelleneiner Metallfolie oder eines Metallbandes, – Vorprägen und Ausstanzen von zweischenkliggebogenen Verbindungselementen (1, 2) mit abgeflachtenSchenkelenden (10, 11) aus der Metallfolie oder ausdem Metallband, – Einrütteln derVerbindungselemente (1, 2) in Vertiefungen einerMatrize, welche die Verbindungselemente (1, 2)nach einem Lageplan der Kontaktflächen (12) eines Halbleiterwafersoder eines Halbleiterchips (3) aufnimmt, – Aufbringenund Ausrichten von Kontaktflächen(12) einer aktiven Oberseite (13) eines Halbleiterchips(3) bzw. eines Halbleiterwafers auf die Schenkelenden (10, 11)der Verbindungselemente (1, 2) in den Vertiefungender Matrize, – Fixierenmindestens eines Schenkelendes (10) der Verbindungselemente(1, 2) auf den Kontaktflächen (12), – Abhebender Matrize.
    [12] Verfahren zur Herstellung und Aufbringung von Verbindungselementen(1, 2) auf Halbleiterchips (3) und/oderHalbleiterwafer, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritteaufweist: – Bereitstelleneiner Metallfolie oder eines Metallbandes, – Vorprägen und Ausstanzen von zweischenkliggebogenen Verbindungselementen (1, 2) mit abgeflachten Schenkelenden(10, 11) aus der Metallfolie oder aus dem Metallband, – Zuführen derVerbindungselemente (1, 2) einem Bestückungsautomaten, – Bestücken derKontaktflächen(12) der Halbleiterchips (3) oder der Halbleiterwafermit Verbindungselementen (1, 2) unter Fixierenmindestens eines der abgeflachten Schenkelenden (10) aufden Kontaktflächen(12).
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    优先权:
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