KATZ SIMEON (DE)
PORTEN PASCAL (DE)
WO2009126412A1 | 2009-10-15 | |||
WO2008030665A1 | 2008-03-13 |
US4998665A | 1991-03-12 | |||
FR3036226A1 | 2016-11-18 | |||
EP1122567A1 | 2001-08-08 | |||
US20060118939A1 | 2006-06-08 | |||
US20020114579A1 | 2002-08-22 | |||
US5313021A | 1994-05-17 | |||
DE102018125901A | 2018-10-18 |
Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements (100), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines Halbleiterchips (2) mit einer Unterseite (20), mit einer Mehrzahl von Kontaktstiften (21) und mit zumindest einem Justagestift (25) , wobei - die Kontaktstifte (21) und der Justagestift (25) jeweils von der Unterseite (20) hervorstehen, - die Kontaktstifte (21) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (2) eingerichtet sind, - der Justagestift (25) sich in Richtung weg von der Unterseite (20) verschmälert, - der Justagestift (25) weiter von der Unterseite (20) hervorsteht als die Kontaktstifte (21); B) Bereitstellen eines Anschlussträgers (1) mit einer Oberseite (10), in die mehrere Kontaktvertiefungen (11) und zumindest eine Justagevertiefung (15) eingebracht sind, wobei - die Kontaktvertiefungen (11) jeweils mit einem Lötmaterial (12) zumindest teilweise gefüllt sind; C) Erhitzen des Lötmaterials (12) in den Kontaktvertiefungen (11) auf eine Fügetemperatur, bei der das Lötmaterial (12) zumindest teilweise schmilzt; D) Aufsetzen des Halbleiterchips (2) auf den Anschlussträger ( I ) , wobei - die Kontaktstifte (21) jeweils in eine Kontaktvertiefung (II) und der Justagestift (25) in die Justagevertiefung (15) eingeführt werden und - die Kontaktstifte (21) in das aufgeschmolzene Lötmaterial (12) eingetaucht werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei - die Justagevertiefung (15) einen größeren Durchmesser als der Justagestift (25) aufweist, - der Durchmesser der Justagevertiefung (15) höchstens doppelt so groß wie der Durchmesser des Justagestifts (25) an der breitesten Stelle ist, - eine Tiefe der Justagevertiefung (15) größer als Tiefen der Kontaktvertiefungen (11) ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lötmaterial (12) und das Material der Kontaktstifte (21) so gewählt sind, dass im Schritt D) und bei der Fügetemperatur das Lötmaterial (12) und die Kontaktstifte (21) durch isotherme Erstarrung Stoffschlüssig miteinander verbunden werden. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Verfahren der Halbleiterchip (2) auf dem Anschlussträger (1) elektrisch angeschlossen wird. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Halbleiterchip (1) ein pixelierter, optoelektronischer Halbleiterchip (1) ist, - jedem Kontaktstift (21) ein oder mehrere Pixel (22) des pixelierten Halbleiterchips (1) zugeordnet sind. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Anschlussträger (1) eine Mehrzahl von elektronischen Schaltern (13) umfasst, - jeder Kontaktvertiefung (11) ein Schalter (13) zugeordnet ist . 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt D) die Kontaktstifte (21) soweit in das aufgeschmolzene Lötmaterial (12) eingetaucht werden, dass in jeder Kontaktvertiefung (11) das Volumen des verdrängten Lötmaterials (12) zumindest 10 % des Gesamtvolumens des Lötmaterials (12) in der Kontaktvertiefung (11) beträgt. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberseite (10) des Anschlussträgers (1) im Bereich außerhalb der Kontaktvertiefungen (11) und der Justagevertiefung (15) schlechter mit dem aufgeschmolzenen Lötmaterial (12) benetzbar ist als die Kontaktstifte (21). 9. Elektronisches Bauelement (100), umfassend: - einen Halbleiterchip (2) mit einem Halbleiterkörper (26), einer Unterseite (20), einer Mehrzahl von Kontaktstiften (21) und zumindest einem Justagestift (25), - einen Anschlussträger (1) mit einer Oberseite (10), in die mehrere Kontaktvertiefungen (11) und zumindest eine Justagevertiefung (15) eingebracht sind, wobei - die Kontaktstifte (21) und der Justagestift (25) jeweils von der Unterseite (20) hervorstehen, - die Kontaktstifte (21) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (26) eingerichtet sind, - der Justagestift (25) sich in Richtung weg von der Unterseite (20) verschmälert, - der Justagestift (25) weiter von der Unterseite (20) hervorsteht als die Kontaktstifte (21), - die Kontaktvertiefungen (11) jeweils mit einem Lötmaterial (12) zumindest teilweise gefüllt sind, - die Lötmaterialien (12) unterschiedlicher Kontaktvertiefungen (11) nicht Zusammenhängen, - der Halbleiterchip (2) mit der Unterseite (20) voran auf der Oberseite (10) des Anschlussträgers (1) montiert ist, - jedem Kontaktstift (21) eine Kontaktvertiefung (11) und dem Justagestift (25) die Justagevertiefung (15) zugeordnet ist, - die Kontaktstifte (21) jeweils in eine Kontaktvertiefung (11) hineinragen, - der Justagestift (25) in die Justagevertiefung (15) hineinragt, - die Kontaktstifte (21) jeweils mit dem Lötmaterial (12) der Kontaktvertiefungen (11) Stoffschlüssig verbunden sind. 10. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 9, wobei der Justagestift (25) vom Halbleiterkörper (26) elektrisch isoliert ist. 11. Elektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Halbleiterchip (2) über die Kontaktstifte (21) und das Lötmaterial (12) elektrisch an den Anschlussträger (1) angeschlossen ist. 12. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips (2), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines Grundkörpers mit einem Halbleiterkörper (26) und einer Unterseite (20), wobei - auf dem Halbleiterkörper (26) mehrere Kontaktstifte (21) und zumindest ein Justagestift (25) angeordnet sind, die jeweils von der Unterseite (20) hervorstehen, - die Kontaktstifte (21) zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers (26) eingerichtet sind, - der Justagestift (25) weiter von der Unterseite (20) hervorsteht als die Kontaktstifte (21), - ein Durchmesser des Justagestifts (25) im Wesentlichen konstant über die gesamte Höhe des Justagestifts (25) ist; B) Ausbilden eines Formkörpers (4) auf dem Halbleiterkörper (26) im Bereich neben dem Justagestift (25), wobei der Formkörper (4) den Justagestift (25) seitlich umformt; C) Durchführen eines Ätzprozesses durch Aufbringen eines Ätzmittels auf die von dem Halbleiterkörper (26) abgewandten Seiten des Formkörpers (4) und des Justagestifts (25), wobei - das Ätzmittel den Formkörper (4) und den Justagestift (25) angreift, - das Ätzmittel eine höhere Ätzrate für den Formkörper (4) als für den Justagestift (25) aufweist, - der Ätzprozess solange durchgeführt wird, bis sich die Form des Justagestifts (25) derart geändert hat, dass sich der Justagestift (25) in Richtung weg von der Unterseite (20) verschmälert . 13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Ätzprozess im Schritt C) solange durchgeführt wird, bis der Formkörper (4) vollständig entfernt ist. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Kontaktstifte (22) und der Justagestift (25) vor dem Schritt A) galvanisch auf dem Halbleiterkörper (26) aufgebracht werden. 15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei - die Kontaktstifte (21) und ein erster Abschnitt des Justagestifts (25) mittels eines ersten Galvanikprozesses gemeinsam hergestellt werden, - anschließend der Justagestift (25) in einem zweiten Galvanikprozess fertiggestellt wird. |
HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR EIN ELEKTRONISCHES BAUELEMENT MIT DEM EIN HALBLEITERCHIP JUSTIERT AUF EINEN ANSCHLUSSTRÄGER GESETZT WIRD, ENTSPRECHENDES ELEKTRONISCHES BAUELEMENT, SOWIE ENTSPRECHENDER HALBLEITERCHIP UND HERSTELLUNGVERFAHREN DAFÜR
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements angegeben. Darüber hinaus werden ein
elektronisches Bauelement, ein Halbleiterchip und ein
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements anzugeben, mit dem ein Halbleiterchip justiert auf einen Anschlussträger gesetzt wird. Weitere zu lösende Aufgaben bestehen darin, einen Halbleiterchip für ein solches Verfahren sowie ein elektronisches Bauelement, das mit diesem Verfahren
herstellbar ist, anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände und Verfahren der unabhängigen Patentansprüche sowie des
Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen abhängigen
Patentansprüche .
Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung eines
elektronischen Bauelements angegeben. Das elektronische
Bauelement ist bevorzugt ein optoelektronisches Bauelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements einen
Schritt A) , in dem ein Halbleiterchip bereitgestellt wird. Der Halbleiterchip umfasst eine Unterseite, eine Mehrzahl von Kontaktstiften und zumindest einen Justagestift. Die
Kontaktstifte und der Justagestift stehen von der Unterseite hervor. Die Kontaktstifte sind zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips eingerichtet. Der Justagestift
verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite und steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte .
Der Halbleiterchip umfasst zum Beispiel zumindest vier oder zumindest 16 oder zumindest 36 oder zumindest 64 oder
zumindest 100 Kontaktstifte . Die Kontaktstifte dienen
insbesondere zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips. Die Kontaktstifte sind bevorzugt metallisch ausgebildet. Zum Beispiel umfassen oder bestehen die
Kontaktstifte aus einem oder mehreren der folgenden
Materialien: Platin, Nickel oder Gold. Bevorzugt sind die Kontaktstifte einstückig beziehungsweise einteilig
ausgebildet .
Der Halbleiterchip umfasst zumindest einen, bevorzugt
mehrere, zum Beispiel zumindest zwei oder zumindest vier, Justagestifte. Alle im Folgenden gemachten Angaben bezüglich des einen Justagestifts können für alle anderen Justagestifte entsprechend gelten.
Der Justagestift dient bevorzugt nicht zur Kontaktierung des Halbleiterchips und ist beispielsweise vom Halbleitermaterial des Halbleiterchips elektrisch isoliert. Der Justagestift kann metallisch ausgebildet sein. Zum Beispiel umfasst oder besteht der Justagestift aus einem oder mehreren der
folgenden Materialien: Platin, Nickel oder Gold. Bevorzugt ist der Justagestift einstückig beziehungsweise einteilig ausgebildet . Die Kontaktstifte und/oder der Justagestift stehen von der Unterseite beispielsweise zumindest 1 ym oder zumindest 2 ym oder zumindest 5 ym hervor. Alternativ oder zusätzlich können die Kontaktstifte und/oder der Justagestift höchstens 30 ym oder höchstens 15 ym oder höchstens 10 ym von der Unterseite hervorstehen. Ein Durchmesser der Kontaktstifte und/oder des Justagestifts, gemessen parallel zur Unterseite, beträgt beispielsweise zumindest 1 ym oder zumindest 2 ym oder zumindest 5 ym. Alternativ oder zusätzlich kann der
Durchmesser der Kontaktstifte und/oder des Justagestifts höchstens 30 ym oder höchstens 15 ym oder höchstens 10 ym sein .
Die Kontaktstifte sind beispielsweise zylinderförmig oder quaderförmig ausgebildet. In dem von der Unterseite
hervorstehenden Bereich können die Kontaktstifte auch
pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig oder kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Bevorzugt ist eine Ausdehnung der Kontaktstifte senkrecht zur Unterseite größer als parallel zur Unterseite.
Der Justagestift verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite. Das heißt, ein Durchmesser des Justagestifts nimmt zumindest in dem von der Unterseite hervorstehenden Bereich in Richtung weg von der Unterseite ab. Zum Beispiel verschmälert sich der Justagestift monoton im Rahmen der Herstellungstoleranz . Ein Durchmesser des Justagestifts an der schmälsten Stelle ist beispielsweise höchstens halb so groß oder höchstens 1/3 so groß oder höchstens 1/10 so groß wie an der breitesten Stelle. Zum Beispiel ist der
Justagestift im von der Unterseite hervorstehenden Bereich kegelförmig oder kegelstumpfförmig oder pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig geformt.
Der Justagestift steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte, insbesondere weiter als jeder
Kontaktstift . Das heißt, eine Höhe des Justagestifts, gemessen ausgehend von der Unterseite und gemessen in eine Richtung senkrecht weg von der Unterseite, ist größer, zum Beispiel zumindest 1,5-mal so groß oder zumindest doppelt so groß oder zumindest dreimal so groß wie die Höhe der
Kontaktstifte . Der Durchmesser des Justagestifts an der breitesten Stelle kann zumindest 1,5-mal so groß oder
zumindest doppelt so groß oder zumindest dreimal so groß wie der maximale Durchmesser der Kontaktstifte sein.
Der Halbleiterchip ist bevorzugt ein optoelektronischer
Halbleiterchip zur Emission oder Absorption
elektromagnetischer Strahlung. Der Halbleiterchip umfasst insbesondere einen Halbleiterkörper mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung oder zur Absorption elektromagnetischer
Strahlung. Der Halbleiterkörper basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem
Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al n In ] __ n-m Ga m N, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie
Al n In ] __ n-m Ga m P, oder um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial , wie Al n In ] __ n-m Ga m As oder
Al n In ] __ n-m Ga m AsP, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann der Halbleiterkörper Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des
Kristallgitters des Halbleiterkörpers, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf AlInGaN.
Die aktive Schicht des Halbleiterkörpers beinhaltet
insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine QuantentopfStruktur und kann zum Beispiel im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV- Bereich erzeugen oder absorbieren. Bevorzugt umfasst der Halbleiterchip eine, insbesondere genau eine,
zusammenhängende, insbesondere einfach zusammenhängende, aktive Schicht. Alternativ kann die aktive Schicht auch segmentiert sein.
Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Zum Beispiel weisen Seitenflächen eines solchen Halbleiterchips dann Spuren aus dem Vereinzelungsprozess des Waferverbunds auf. Ein
Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich des im Waferverbund gewachsenen Halbleiterkörpers. Der Halbleiterkörper des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Die laterale
Ausdehnung des Halbleiterchips, gemessen parallel zur
Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht, ist
beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % oder
höchstens 10 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht oder des Halbleiterkörpers.
Im Schritt A) umfasst der Halbleiterchip beispielsweise noch ein Aufwachssubstrat, auf dem der gesamte Halbleiterkörper gewachsen ist. Eine der Unterseite des Halbleiterchips gegenüberliegende Oberseite des Halbleiterchips ist zum Beispiel als
Strahlungsseite ausgebildet. Über die Strahlungsseite werden beispielsweise zumindest 50 % der aus dem Halbleiterchip ausgekoppelten oder der in den Halbleiterchip eingekoppelten Strahlung aus- oder eingekoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B) , in dem ein Anschlussträger mit einer
Oberseite bereitgestellt wird. In die Oberseite sind mehrere Kontaktvertiefungen und zumindest eine Justagevertiefung eingebracht .
Bei dem Anschlussträger handelt es sich insbesondere um einen elektronischen Anschlussträger zur elektronischen
Kontaktierung des Halbleiterchips. Beispielsweise ist der Anschlussträger ein Halbleiterträger, wie ein Siliziumträger, mit einer integrierten elektronischen Schaltung. Auch kann der Anschlussträger eine Leiterplatte oder ein auf Keramik basierender Träger sein.
Der Anschlussträger umfasst bevorzugt für jeden Justagestift eine Justagevertiefung. Alle im Folgenden gemachten Angaben zu der einen Justagevertiefung können entsprechend für alle anderen Justagevertiefungen gelten.
Die Kontaktvertiefungen und die Justagevertiefung sind in die Oberseite des Anschlussträgers eingebracht. Das heißt, die Vertiefungen erstrecken sich jeweils von der Oberseite hinein in den Anschlussträger . Beispielsweise haben die
Kontaktvertiefungen und/oder die Justagevertiefung jeweils eine Tiefe, gemessen senkrecht zur Oberseite, von zumindest 2 ym oder zumindest 5 ym. Alternativ oder zusätzlich können die Kontaktvertiefungen und/oder die Justagevertiefung jeweils eine Tiefe von höchstens 30 ym oder höchstens 15 ym oder höchstens 10 ym haben. Die unterschiedlichen Vertiefungen sind bevorzugt voneinander getrennt. Das heißt, die
Vertiefungen sind nicht durch in die Oberseite eingebrachte Gräben miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktvertiefungen jeweils mit einem Lötmaterial zumindest teilweise gefüllt. Beispielsweise füllt das Lötmaterial die Kontaktvertiefungen zu zumindest 50 % oder zumindest 60 % oder zumindest 70 %. Alternativ oder zusätzlich kann das Lötmaterial die Kontaktvertiefungen jeweils zu höchstens 90 % oder höchstens 80 % füllen. Die Justagevertiefung ist
bevorzugt frei von einem Lötmaterial.
Das Lötmaterial ist bevorzugt ein Metall, insbesondere eine Metalllegierung, besonders bevorzugt ein Eutektikum.
Beispielsweise umfasst das Lötmaterial Gallium, Indium,
Wismut, Silber, Kupfer, Gold, Zink, Blei oder Zinn oder besteht aus einem dieser Materialien. Das Lötmaterial umfasst zum Beispiel Galinstan (GalnSn) , Galn, Biln, SnAgCu, SnCu, AuSn, InSn, Agln, SnZn, AgSn, AuBi, AgBi oder besteht daraus.
Bevorzugt hängen die Lötmaterialien unterschiedlicher
Kontaktvertiefungen nicht zusammen. Das Lötmaterial in einer Kontaktvertiefung ist also von dem Lötmaterial in den anderen Kontaktvertiefungen getrennt. Insbesondere sind die
Lötmaterialien der verschiedenen Kontaktvertiefungen
elektrisch voneinander isoliert.
Die Durchmesser der Kontaktvertiefungen sind bevorzugt so gewählt, dass je ein Kontaktstift hinein passt. Das heißt, die Durchmesser der Kontaktvertiefungen sind größer als die Durchmesser der Kontaktstifte . Der Durchmesser einer
Vertiefung wird dabei parallel zur Oberseite oder parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers gemessen. Zum Beispiel weisen die Kontaktvertiefungen einen um
zumindest 10 % oder zumindest 20 % oder zumindest 50 % größeren Durchmesser als die Kontaktstifte auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Durchmesser der Kontaktvertiefungen höchstens 100 % oder höchstens 75 % oder höchstens 50 % größer als der Durchmesser der Kontaktstifte sein. Die
Kontaktvertiefungen sind beispielsweise zylindrische oder quaderförmige Ausnehmungen in dem Anschlussträger .
Ein Durchmesser der Justagevertiefung ist bevorzugt so gewählt, dass zumindest ein von der Unterseite abgewandter Abschnitt des Justagestifts in die Justagevertiefung passt. Bevorzugt passt der gesamte von der Unterseite hervorstehende Bereich des Justagestifts vollständig in die
Justagevertiefung. Die Justagevertiefung ist beispielsweise eine zylindrische oder quaderförmige oder kegelförmige oder kegelstumpfförmige oder pyramidenförmige oder
pyramidenstumpfförmige Ausnehmung in dem Anschlussträger .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C) , in dem das Lötmaterial in den
Kontaktvertiefungen auf eine Fügetemperatur erhitzt wird, bei der das Lötmaterial zumindest teilweise, bevorzugt
vollständig, schmilzt. Die Fügetemperatur liegt also oberhalb der Solidustemperatur, bevorzugt oberhalb der
Liquidustemperatur, des Lötmaterials. Zum Beispiel liegt die Fügetemperatur zwischen einschließlich 100 °C und 400 °C. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt D) , in dem der Halbleiterchip auf den
Anschlussträger aufgesetzt wird, wobei die Kontaktstifte jeweils in eine Kontaktvertiefung und der Justagestift in die Justagevertiefung eingeführt werden. Die Kontaktstifte werden dabei in das aufgeschmolzene Lötmaterial eingetaucht. Jeder Kontaktstift wird einer Kontaktvertiefung bevorzugt
eineindeutig zugeordnet.
Die Anordnung der Kontaktvertiefungen und der
Justagevertiefung in der Oberseite des Anschlussträgers ist also insbesondere an die Anordnung der Kontaktstifte und des Justagestifts auf der Unterseite des Halbleiterchips
angepasst, sodass bei einem Aufsetzen des Halbleiterchips auf den Anschlussträger jeder Kontaktstift einer
Kontaktvertiefung und der Justagestift der Justagevertiefung zugeordnet werden kann. Anders ausgedrückt, sind die
Kontaktvertiefungen und die Justagevertiefung so angeordnet, dass beim Aufsetzen des Halbleiterchips jeder Kontaktstift in eine eigens zugeordnete Kontaktvertiefung und der
Justagestift in die Justagevertiefung eingeführt werden kann. Bei mehreren Justagestiften und mehreren Justagevertiefungen kann bevorzugt jeder Justagestift in eine eigens zugeordnete Justagevertiefung eingeführt werden.
Zum Beispiel sind die Kontaktstifte auf der Unterseite des Halbleiterchips in regelmäßigen Abständen, zum Beispiel auf den Gitterpunkten eines Rechteckgitters oder eines
hexagonalen Gitters, angeordnet. Der oder die Justagestifte sind zum Beispiel am Rand der Unterseite angeordnet.
Entsprechend sind dann die Kontaktvertiefungen in dem
Anschlussträger mit den gleichen Abständen und in dem
gleichen regelmäßigen Muster angeordnet. Insbesondere umfasst der Anschlussträger zumindest so viele Kontaktvertiefungen beziehungsweise Justagevertiefungen wie der Halbleiterchip Kontaktstifte beziehungsweise Justagestifte umfasst.
Beim Aufsetzen dringt zunächst der weiter von der Unterseite hervorstehende Justagestift in die Justagevertiefung ein. Durch die sich verschmälernde Form des Justagestifts erfolgt dabei eine automatische Ausrichtung des Halbleiterchips bezüglich des Anschlussträgers . Anschließend dringen die Kontaktstifte in die zugeordneten Kontaktvertiefungen ein. Bevorzugt wird jeder Kontaktstift in aufgeschmolzenes
Lötmaterial eingetaucht und kommt dabei in direkten
mechanischen Kontakt mit dem Lötmaterial.
Beim Eintauchen der Kontaktstifte in das Lötmaterial werden die Kontaktstifte jeweils in einem dem Anschlussträger zugewandten Bereich mit dem Lötmaterial benetzt. Ein dem Anschlussträger abgewandter Bereich der Kontaktstifte kann frei von dem Lötmaterial bleiben.
Nach dem Aufbringen des Halbleiterchips kann das Lötmaterial abgekühlt werden, so dass es aushärtet. Alternativ ist es auch möglich, dass durch eine Reaktion mit den Kontaktstiften eine isotherme Erstarrung des Lötmaterials stattfindet.
Bevorzugt werden die Schritte A) bis D) in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements einen Schritt A) , in dem ein Halbleiterchip mit einer Unterseite, mit einer Mehrzahl von Kontaktstiften und mit zumindest einem
Justagestift bereitgestellt wird. Die Kontaktstifte und der Justagestift stehen von der Unterseite hervor. Die Kontaktstifte sind zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterchips eingerichtet. Der Justagestift verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite. Der Justagestift steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte . In einem Schritt B) wird ein Anschlussträger mit einer
Oberseite, in die mehrere Kontaktvertiefungen und zumindest eine Justagevertiefung eingebracht sind, bereitgestellt. Die Kontaktvertiefungen sind jeweils mit einem Lötmaterial zumindest teilweise gefüllt. In einem Schritt C) wird das Lötmaterial in den Kontaktvertiefungen auf eine
Fügetemperatur erhitzt, bei der das Lötmaterial zumindest teilweise schmilzt. In einem Schritt D) wird der
Halbleiterchip auf den Anschlussträger aufgesetzt, wobei die Kontaktstifte jeweils in eine Kontaktvertiefung und der
Justagestift in die Justagevertiefung eingeführt werden. Die Kontaktstifte werden dabei in das aufgeschmolzene Lötmaterial eingetaucht .
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass bei hoch pixelierten, optoelektronischen Halbleiterchips, beispielsweise mit einer Pixelgröße von zirka 10 ym und einer Gesamtabmessung von zirka 20 mm x 20 mm, diese Halbleiterchips mit einer Justagetoleranz von höchstens 10 ym gesetzt werden müssen. Dabei sollen auch Randbedingungen, wie die Verbiegung des Halbleiterchips sowie die Zuverlässigkeit und mechanische Stabilität der
elektrischen Kontakte, berücksichtigt werden.
Mit dem vorliegenden Verfahren kann der Halbleiterchip auch bei sehr geringen Abständen der Kontaktstifte zuverlässig aufgebracht werden. Der Justagestift und die
Justagevertiefung sorgen für eine korrekte Ausrichtung des Halbleiterchips bereits während dem Aufsetzen und bevor die Kontaktstifte in die zugehörigen Kontaktvertiefungen
eingeführt werden. Auf eine aufwändige Planarisierung, wie beim Hybrid-Direktbonden, kann verzichtet werden. Innerhalb der Justagetoleranz, die durch die Hälfte der Differenz zwischen dem Durchmesser der Kontaktvertiefungen und dem Durchmesser der Kontaktstifte gegeben ist, kann eine stabile Fixierung erreicht werden. Eine besonders hohe
Justagetoleranz ist bei sehr dünnen Kontaktstiften, also mit einem kleinen Durchmesser, erreichbar. Über die Höhe der Kontaktstifte kann die Höhe des gesamten Bauelements variiert werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Justagevertiefung einen größeren Durchmesser als der
Justagestift auf. Insbesondere ist der Durchmesser der
Justagevertiefung größer als der Durchmesser des
Justagestifts an der schmälsten Stelle, bevorzugt größer als an der breitesten Stelle. Zum Beispiel weist die
Justagevertiefung einen um zumindest 10 % oder zumindest 20 % oder zumindest 50 % größeren Durchmesser als der Justagestift an der breitesten Stelle auf. Besonders bevorzugt ist der Durchmesser der Justagevertiefung höchstens doppelt so groß oder 1,75-mal so groß oder höchstens 1,5-mal so groß wie der Durchmesser des Justagestifts an der breitesten Stelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Tiefe der Justagevertiefung größer als die Tiefen der
Kontaktvertiefungen, insbesondere als die Tiefe jeder
Kontaktvertiefung. Zum Beispiel ist die Tiefe der
Justagevertiefung zumindest 1,5-mal so groß oder zumindest doppelt so groß oder zumindest dreimal so groß wie die Tiefen der Kontaktvertiefungen. Tiefen werden dabei senkrecht zur Oberseite des Anschlussträgers gemessen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das Lötmaterial und das Material der Kontaktstifte so gewählt, dass im
Schritt D) und bei der Fügetemperatur das Lötmaterial und die Kontaktstifte durch isotherme Erstarrung Stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Im Schritt D) findet also zwischen dem Lötmaterial und dem Material der Kontaktstifte eine Reaktion statt, durch die das Lötmaterial isotherm erstarrt. Die Fügetemperatur ist in diesem Fall so gewählt, dass sie unterhalb der Schmelztemperatur der bei der
isothermen Erstarrung entstehenden Verbindung liegt.
Beispielsweise kann das Lötmaterial AuSn sein. Die
Kontaktstifte können aus Platin sein. Die Schmelztemperatur des Lötmaterials liegt dann bei zirka 280 °C. AuSn reagiert mit Platin, wodurch es zu einer isothermen Erstarrung kommt. Die Schmelztemperatur der dabei entstehenden Verbindung liegt bei über 400 °C. Bei Zinn- oder Indium-basierten
Lötmaterialien eignen sich auch Ni- oder Au-basierte
Kontaktstifte, um eine isotherme Erstarrung zu erzielen.
Vorteilhaft kann bei dem Aufbringen des Halbleiterchips auf dem Anschlussträger die Fügetemperatur im Bereich zwischen der Schmelztemperatur des Lötmaterials und der
Schmelztemperatur der bei der isothermen Erstarrung
entstehenden Verbindung frei gewählt werden, so dass
Verspannungen beziehungsweise Entspannungen in der
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips eingestellt werden können. Insbesondere wenn die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips auf einem Aufwachssubstrat angeordnet ist, kann diese stark verspannt sein. Beim Aufsetzen auf den Anschlussträger und durch Einstellung einer entsprechenden Fügetemperatur kann dieser Verspannung entgegengewirkt werden. Danach kann das Aufwachssubstrat beispielsweise abgelöst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit dem Verfahren der Halbleiterchip auf dem Anschlussträger elektrisch
angeschlossen. Anders ausgedrückt werden die Kontaktstifte mit entsprechenden Kontaktelementen des Anschlussträgers elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende
Verbindung wird dabei durch das Lötmaterial vermittelt. Nach dem Schritt D) kann der Halbleiterchip dann beispielsweise über den Anschlussträger bestromt und bestimmungsgemäß betrieben werden. Der Justagestift dient im
bestimmungsgemäßen Betrieb zum Beispiel nicht zur
elektrischen Kontaktierung zwischen dem Halbleiterchip und dem Anschlussträger . Beispielsweise fließt im
bestimmungsgemäßen Betrieb kein Strom durch den Justagestift.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip ein pixelierter, optoelektronischer Halbleiterchip. Das heißt, der Halbleiterchip umfasst eine Mehrzahl von Feldern, Englisch Pixel, die bevorzugt einzeln und unabhängig
voneinander ansteuerbar sind und so einzeln und unabhängig voneinander elektromagnetische Strahlung emittieren oder absorbieren können.
Die aktive Schicht des Halbleiterkörpers kann dabei
zusammenhängend ausgebildet sein und sich über alle Pixel erstrecken. Alternativ kann die aktive Schicht aber auch in einzelne Segmente unterteilt sein, wobei jedes Segment einem Pixel eineindeutig zugeordnet ist. Jedes Pixel kann beispielsweise eine laterale Ausdehnung, gemessen parallel zur Unterseite des Halbleiterchips, von höchstens 250 ym oder höchstens 150 ym oder höchstens 50 ym oder höchstens 10 ym aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Pixel jeweils eine laterale Ausdehnung von
mindestens 2 ym oder mindestens 5 ym aufweisen. Der
Halbleiterchip umfasst beispielsweise zumindest vier oder zumindest 16 oder zumindest 36 oder zumindest 64 oder zumindest 100 solcher Pixel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jedem Kontaktstift ein Pixel beziehungsweise Feld zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet. Es können einem Kontaktstift aber auch mehrere Pixel zugeordnet sein. Durch Zuführung von
Ladungsträgern über den Kontaktstift können also das oder die zugeordneten Pixel, bevorzugt ausschließlich das oder die zugeordneten Pixel, betrieben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Anschlussträger eine Mehrzahl von elektronischen Schaltern. Die elektronischen Schalter können in dem Anschlussträger integriert sein. Die Schalter sind beispielsweise
Transistoren. Insbesondere handelt es sich bei dem
Anschlussträger um einen Si-Träger mit integrierter
Schaltung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jeder
Kontaktvertiefung ein Schalter zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet. Nach dem Aufbringen des
Halbleiterchips ist bevorzugt jeder Kontaktstift elektrisch leitend mit einem Schalter verbunden. Über die Schalter können die einzelnen Pixel des pixelierten Halbleiterchips einzeln und unabhängig voneinander angesteuert und betrieben werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt D) die Kontaktstifte so weit in das aufgeschmolzene Lötmaterial eingetaucht, dass in jeder Kontaktvertiefung das Volumen des verdrängten Lötmaterials zumindest 10 % oder zumindest 15 % oder zumindest 20 % oder zumindest 30 % oder zumindest 50 % oder zumindest 70 % des Gesamtvolumens des Lötmaterials in der Kontaktvertiefung beträgt. Alternativ oder zusätzlich beträgt das Volumen des verdrängten Lötmaterials jeweils höchstens 90 % oder höchstens 80 % oder höchstens 50 % oder höchstens 20 % des Gesamtvolumens des Lötmaterials.
Insbesondere ist also die Menge des Lötmaterials, die Form der Kontaktvertiefung und die Form des Kontaktstifts jeweils so gewählt, dass viel aufgeschmolzenes Lötmaterial mit dem Kontaktstift in Kontakt tritt, was die isotherme Erstarrung begünstigt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Oberseite des Anschlussträgers im Bereich außerhalb der Kontaktvertiefungen und der Justagevertiefung schlechter mit dem aufgeschmolzenen Lötmaterial benetzbar als die Kontaktstifte . Bevorzugt sind die Bereiche der Oberseite außerhalb der Kontaktvertiefungen und der Justagevertiefung nicht mit dem aufgeschmolzenen Lötmaterial benetzbar. Beim Aufbringen des Halbleiterchips ist damit die Gefahr reduziert, dass sich die Lötmaterialien benachbarter Kontaktvertiefungen miteinander verbinden und so ein Kurzschluss entsteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Kontaktstiften zumindest 1 ym oder zumindest 2 ym oder zumindest 5 ym. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand zwischen je zwei benachbarten Kontaktstiften höchstens 50 ym oder höchstens 20 ym oder höchstens 10 ym betragen. Die Abstände werden dabei
beispielsweise als die Abstände zwischen den Schwerpunkten der Kontaktstifte definiert. Entsprechend können die Abstände zwischen Schwerpunkten oder Mittelpunkten der
Kontaktvertiefungen gewählt sein. Auch der Abstand des
Justagestifts zu dem nächstliegenden Kontaktstift kann in den genannten Bereichen liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Schritt D) ein Aufwachssubstrat des Halbleiterchips abgelöst. Der
Halbleiterchip umfasst also beispielsweise im Schritt A) noch ein Aufwachssubstrat, beispielsweise ein Saphirsubstrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das
Aufwachssubstrat des Halbleiterchips erst nach dem Aufsetzen und Befestigen auf dem Anschlussträger abgelöst wird.
Als nächstes wird ein Halbleiterchip angegeben. Der
Halbleiterchip kann beispielsweise als Halbleiterchip in dem zuvor beschriebenen Verfahren verwendet werden. Alle im
Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Verfahren
offenbarten Merkmale sind daher auch für den Halbleiterchip offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip einen Halbleiterkörper, eine Unterseite, eine Mehrzahl von Kontaktstiften und zumindest einen Justagestift. Die Kontaktstifte und der Justagestift stehen jeweils von der Unterseite hervor. Die Kontaktstifte sind zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers eingerichtet. Der
Justagestift verschmälert sich in Richtung weg von der Unterseite. Der Justagestift steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte .
Der Halbleiterchip kann ein so genannter Volumenemitter, insbesondere ein Flip-Chip, sein. In diesem Fall umfasst der Halbleiterchip bevorzugt noch das Aufwachssubstrat, das beispielsweise aus Saphir gebildet ist. Bevorzugt ist der Halbleiterchip jedoch ein Oberflächenemitter, insbesondere ein so genannter Dünnfilm-Chip, bei dem das Aufwachssubstrat abgelöst ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Justagestift vom Halbleiterkörper elektrisch isoliert. Beispielsweise ist zwischen dem Justagestift und dem Halbleiterkörper eine elektrisch isolierende Schicht ausgebildet. Die elektrisch isolierende Schicht kann beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid umfassen oder daraus bestehen .
Als nächstes wird ein elektronisches Bauelement angegeben.
Das elektronische Bauelement umfasst beispielsweise einen wie zuvor beschriebenen Halbleiterchip. Ferner kann das
elektronische Bauelement mit dem zuvor beschriebenen
Verfahren hergestellt werden. Alle im Zusammenhang mit dem Halbleiterchip und dem zuvor beschriebenen Verfahren
offenbarten Merkmale sind daher auch für das elektronische Bauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
elektronische Bauelement einen Halbleiterchip gemäß zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Ferner umfasst das elektronische Bauelement einen Anschlussträger mit einer Oberseite, in die mehrere Kontaktvertiefungen und zumindest eine Justagevertiefung eingebracht sind. Die
Kontaktvertiefungen sind jeweils mit einem Lötmaterial zumindest teilweise gefüllt. Die Lötmaterialien
unterschiedlicher Kontaktvertiefungen hängen nicht zusammen. Der Halbleiterchip ist mit der Unterseite voran auf der
Oberseite des Anschlussträgers montiert. Jedem Kontaktstift ist eine Kontaktvertiefung und dem Justagestift die
Justagevertiefung zugeordnet. Die Kontaktstifte ragen jeweils in eine Kontaktvertiefung hinein. Der Justagestift ragt in die Justagevertiefung hinein. Die Kontaktstifte sind jeweils mit dem Lötmaterial der Kontaktvertiefungen Stoffschlüssig verbunden .
Bevorzugt sind die Kontaktstifte aber nicht vollständig in den Kontaktvertiefungen angeordnet, sondern sind
bereichsweise außerhalb der Kontaktvertiefungen angeordnet. Das heißt, in eine Richtung weg von der Oberseite des
Anschlussträgers und hin zur Unterseite des Halbleiterchips überragen die Kontaktstifte die Oberseite des
Anschlussträgers , beispielsweise um zumindest 500 nm oder zumindest 1 ym.
Beispielsweise sind untere Bereiche der Kontaktstifte, die innerhalb der Vertiefungen angeordnet sind, mit dem
Lötmaterial benetzt. Obere Bereiche der Kontaktstifte, die dem Anschlussträger abgewandt sind und beispielsweise
außerhalb der Vertiefungen liegen, sind bevorzugt frei von dem Lötmaterial.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip über die Kontaktstifte und über das Lötmaterial elektrisch an den Anschlussträger angeschlossen. Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiterchips angegeben. Das Verfahren eignet sich
insbesondere, um einen wie oben beschriebenen Halbleiterchip herzustellen. Alle im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips einen Schritt A) , in dem ein Grundkörper mit einem Halbleiterkörper und einer Unterseite bereitgestellt wird. Auf dem Halbleiterkörper sind mehrere Kontaktstifte und zumindest ein Justagestift
angeordnet, die jeweils von der Unterseite hervorstehen. Die Kontaktstifte sind zur elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterkörpers eingerichtet, beispielsweise elektrisch leitend mit diesem verbunden. Der Justagestift steht weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte . Ein
Durchmesser des Justagestifts ist im Wesentlichen konstant über die gesamte Höhe des Justagestifts. In einem Schritt B) wird ein Formkörper auf dem Halbleiterkörper im Bereich neben dem Justagestift ausgebildet, wobei der Formkörper den
Justagestift seitlich umformt. In einem Schritt C) wird ein Ätzprozess durchgeführt, wobei ein Ätzmittel auf die von dem Halbleiterkörper abgewandten Seiten des Formkörpers und des Justagestifts aufgebracht wird. Das Ätzmittel greift den Formkörper und den Justagestift an und weist für den
Formkörper eine höhere Ätzrate als für den Justagestift auf. Der Ätzprozess wird so lange durchgeführt, bis sich die Form des Justagestifts derart geändert hat, dass sich der
Justagestift in Richtung weg von der Unterseite verschmälert.
Dass ein Durchmesser des Justagestifts im Wesentlichen konstant über die gesamte Höhe des Justagestifts ist, meint insbesondere, dass der Justagestift im von der Unterseite hervorstehenden Bereich im Rahmen der Herstellungstoleranz einen konstanten Durchmesser aufweist. Im Schritt A) hat der Justagestift beispielsweise die Form eines Quaders oder eines Zylinders. Die Höhe des Justagestifts ist die Ausdehnung senkrecht zur Unterseite.
Der Formkörper kann beispielsweise einen Kunststoff, zum Beispiel Benzocyclobuten, oder einen Fotolack, oder ein
Silikon oder ein Epoxid aufweisen oder daraus bestehen. Der Formkörper umformt den Justagestift bevorzugt derart, dass der Formkörper direkt an den Justagestift angrenzt und diesen nachformt. Ebenso kann der Formkörper die Kontaktstifte seitlich umformen.
Als Ätzmittel im Schritt C) eignet sich insbesondere ein nasschemisches Ätzmittel, wie zum Beispiel KOH oder eine Mischung aus H2O2 und H2SO4. Aber auch trockenchemische
Ätzverfahren sind denkbar.
Die Ätzrate des Ätzmittels für den Formkörper ist
beispielsweise zumindest 1,5-mal so hoch oder zumindest doppelt so hoch oder zumindest dreimal so hoch wie für den Justagestift. Zum Beispiel ist die Ätzrate für den Formkörper zusätzlich höchstens 10-mal oder höchstens 5-mal so groß wie für den Justagestift. Die Konsequenz daraus ist, dass das Ätzmittel den Formkörper schneller wegätzt als den
Justagestift. Im Bereich des weggeätzten Formkörpers ragt der Justagestift dann aus dem Formkörper hinaus. Dadurch greift das Ätzmittel den Justagestift auch seitlich an. Als Folge dessen entwickelt sich die Form des Justagestifts zu einer Form mit einem in Richtung weg von der Unterseite kleiner werdenden Durchmesser. Nach dem Schritt C) kann der Grundkörper beispielsweise in eine Mehrzahl von Halbleiterchips vereinzelt werden. Das heißt, der Grundkörper ist während der Schritte A) bis C) beispielsweise ein Waferverbund. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Grundkörper mit den Kontaktstiften und den im Schritt C) geformten Justagestiften bereits den
Halbleiterchip bildet, ohne dass dieser weiter vereinzelt wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Ätzprozess im Schritt C) so lange durchgeführt, bis der Formkörper
vollständig entfernt ist. Die Unterseite des Grundkörpers wird beispielsweise von dem Ätzmittel nicht angegriffen, so dass der Ätzprozess automatisch an der Unterseite stoppt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Kontaktstifte und der Justagestift vor dem Schritt A)
galvanisch auf dem Halbleiterkörper aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Kontaktstifte und ein erster Abschnitt des Justagestifts mittels eines ersten Galvanikprozesses gemeinsam hergestellt. Höhen des ersten Abschnitts des Justagestifts und der
Kontaktstifte, gemessen senkrecht zur Unterseite, sind nach dem ersten Galvanikprozess dann im Rahmen der
Herstellungstoleranz gleich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem ersten Galvanikprozess der Justagestift in einem zweiten
Galvanikprozess fertig gestellt. Bei dem zweiten
Galvanikprozess wird bevorzugt nur die Höhe des Justagestifts vergrößert, nicht aber der Kontaktstifte . Das heißt, der zweite Galvanikprozess wird nicht auf die Kontaktstifte angewendet .
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements, ein hier beschriebener Halbleiterchip, ein hier beschriebenes
elektronisches Bauelement und ein hier beschriebenes
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips unter
Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1A bis IC verschiedene Positionen in einem
Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements sowie ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Bauelements und ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterchips,
Figuren 2A bis 2K und 3 verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterchips und ein Ausführungsbeispiel eines
Halbleiterchips .
In der Figur 1A ist eine erste Position in einem
Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauelements gezeigt. Gleichzeitig zeigt Figur 1A ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 2 in
Querschnittsansicht . Der Halbleiterchip 2 umfasst einen Halbleiterkörper 26 und eine elektrisch isolierende Schicht 27 auf dem
Halbleiterkörper 26. Die vom Halbleiterkörper 26 abgewandte Seite der elektrisch isolierenden Schicht 27 bildet eine Unterseite 20 des Halbleiterchips 2. Der Halbleiterkörper 26 basiert beispielsweise auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial. Der Halbleiterkörper 26 umfasst zum Beispiel eine aktive Schicht zur Erzeugung oder zur Absorption elektromagnetischer Strahlung. Bei dem
Halbleiterchip 2 handelt es sich insbesondere um einen optoelektronischen Halbleiterchip 2.
Der Halbleiterchip 2 weist Kontaktstifte 21 auf, die
elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper 26 verbunden sind. Die Kontaktstifte 21 sind beispielsweise aus Nickel. Ferner umfasst der Halbleiterchip 2 zwei Justagestifte 25, die zum Beispiel ebenfalls überwiegend aus Nickel gebildet sind. Die Kontaktstifte 21 und die Justagestifte 25 stehen von der Unterseite 20 hervor. Dabei stehen die Justagestifte 25 weiter von der Unterseite hervor als die Kontaktstifte 21.
Die Justagestifte 25, und vorliegend auch die Kontaktstifte 21, verschmälern sich jeweils in Richtung weg von der
Unterseite 20. Die Justagestifte 25 haben beispielsweise jeweils die Form eines Kegelstumpfes oder Pyramidenstumpfes. An einer von der Unterseite 20 abgewandten Seite der
Justagestifte 25 umfassen diese jeweils ein Deckelement 250, zum Beispiel aus Platin.
In der Figur 1A ist zusätzlich ein Anschlussträger 1 gezeigt. Bei dem Anschlussträger 1 handelt es sich zum Beispiel um einen siliziumbasierten Träger mit einer integrierten Schaltung. Der Anschlussträger 1 weist eine Oberseite 10 auf, in die für jeden Kontaktstift 21 eine Kontaktvertiefung 11 eingebracht ist. Ferner ist in die Oberseite 10 für jeden Justagestift 25 eine Justagevertiefung 15 eingebracht. Die Justagevertiefungen 15 sind dabei tiefer als die
Kontaktvertiefungen 11. Eine der Justagevertiefungen 15 ist hier zylinderförmig oder quaderförmig ausgebildet. Die andere Justagevertiefung 25 ist pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet. Den Kontaktvertiefungen 11 ist jeweils ein elektronischer Schalter 13 zugeordnet. Bei den Schaltern 13 handelt es sich beispielsweise um Transistoren.
Jede der Kontaktvertiefungen 11 ist teilweise mit einem
Lötmaterial 12 gefüllt. Bei dem Lötmaterial 12 handelt es sich beispielsweise um AuSn. Das Lötmaterial 12 ist
elektrisch leitend mit den Schaltern 13 verbunden. Zu
erkennen ist, dass die Lötmaterialien 12 aus
unterschiedlichen Kontaktvertiefungen 11 nicht miteinander Z usammenhängen und elektrisch voneinander isoliert sind.
Insbesondere sind die Bereiche der Oberseite 10 des
Anschlussträgers 1 außerhalb der Kontaktvertiefungen 11 frei von dem Lötmaterial 12.
In der Figur 1B ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, in der der Halbleiterchip 2 mit den Kontaktstiften 21 voran auf die Oberseite 10 des Anschlussträgers 1 aufgesetzt wird. Zuvor wurde das Lötmaterial 12 in den Kontaktvertiefungen 11 zumindest teilweise aufgeschmolzen .
Beim Aufsetzen werden zunächst die Justagestifte 25 in die Justagevertiefungen 15 eingeführt. Durch die sich
verschmälernde Form der Justagestifte 25 rutschen diese beim Einführen über die an die Justagevertiefungen 15 grenzenden Kanten der Oberseite 10. Dies wiederum führt dazu, dass der Halbleiterchip 2 automatisch lateral verschoben und/oder gedreht und dadurch bezüglich des Anschlussträgers 1 justiert wird (siehe Pfeile) . Anschließend dringen dann die
Kontaktstifte 21 in die Kontaktvertiefungen 11 ein und werden dabei von dem aufgeschmolzenen Lötmaterial 12 benetzt.
In der Figur IC ist der Halbleiterchip 2 in seiner
endgültigen Position bezüglich des Anschlussträgers 1 auf dem Anschlussträger 1 aufgesetzt. Die Kontaktstifte 21 sind hier zum Beispiel durch isotherme Erstarrung Stoffschlüssig mit dem Lötmaterial 12 in den Kontaktvertiefungen 11 und somit elektrisch leitend mit den Schaltern 13 verbunden. Die Figur IC zeigt gleichzeitig ein fertiggestelltes elektronisches Bauelement 100.
In der Figur 2A ist eine erste Position in einem
Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines Halbleiterchips gezeigt. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich
beispielsweise um den Halbleiterchip der Figuren 1A bis IC. Zunächst ist ein Grundkörper, zum Beispiel ein Waferverbund, bereitgestellt. Der Grundkörper umfasst einen
Halbleiterkörper 26 sowie eine elektrisch isolierende Schicht 27. Die dem Halbleiterkörper 26 abgewandte Seite der
elektrisch isolierenden Schicht 27 bildet eine Unterseite 20 des Grundkörpers. Auf die Unterseite 20 ist eine erste
Maskenschicht 41, zum Beispiel eine Fotolackschicht,
aufgebracht .
In der Figur 2B ist eine zweite Position des Verfahrens gezeigt, in der mithilfe einer Maske 5 die Maskenschicht 41 strukturiert wird. Vorliegend wird dazu ein
Fotolithographieverfahren verwendet. Durch die Strukturierung werden Löcher in die Maskenschicht 41 an den Stellen
eingebracht, an denen die Kontaktstifte und die Justagestifte entstehen sollen.
In der Figur 2C ist eine dritte Position des Verfahrens gezeigt. Im Bereich, wo die Kontaktstifte entstehen sollen, ist zusätzlich die elektrisch isolierende Schicht 27 mit Löchern versehen. Dazu wurde beispielsweise ein weiteres Lithographieverfahren angewendet .
In der Figur 2D ist eine vierte Position des Verfahrens gezeigt, bei der die Kontaktstifte 21 und erste Abschnitte der Justagestifte 25 im Bereich der Löcher der ersten
Maskenschicht 41 ausgebildet sind. Die Kontaktstifte 21 und die ersten Abschnitte der Justagestifte 25 sind
beispielsweise über einen gemeinsamen ersten Galvanikprozess aufgebracht. Die Höhen der Kontaktstifte 21 und der ersten Abschnitte der Justagestifte 25, gemessen senkrecht zur
Unterseite 20, sind im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich. Die Kontaktstifte 21 sind mit dem Halbleiterkörper 26 elektrisch leitend verbunden.
Außerdem ist in der Figur 2D zu erkennen, dass eine zweite Maskenschicht 41 auf die ersten Abschnitte der Justagestifte 25 und die Kontaktstifte 21 aufgebracht ist und diese
überdeckt .
In der Figur 2E ist eine fünfte Position des Verfahrens gezeigt, bei der die zweite Maskenschicht 42 strukturiert ist, beispielsweise wiederum mittels eines
Lithographieverfahrens. Dabei sind die ersten Abschnitte der Justagestifte 25 freigelegt. Die Kontaktstifte 21 sind weiterhin von der zweiten Maskenschicht 42 überdeckt. In der Figur 2F ist eine sechste Position des Verfahrens gezeigt, in der beispielsweise mittels eines zweiten
Galvanikprozesses die Justagestifte 25 fertiggestellt sind. Dabei wurden die Höhen der Justagestifte 25 vergrößert, so dass die Justagestifte 25 nun weiter von der Unterseite 20 hervorstehen als die Kontaktstifte 21.
Die erste Maskenschicht 41 und die zweite Maskenschicht 42 zusammen bilden nun einen Formkörper 4, der die Justagestifte 25 seitlich umformt. Die Justagestifte 25 haben über ihre gesamte Höhe im Wesentlichen einen konstanten Durchmesser.
In einer siebten Position des Verfahrens, gezeigt in der Figur 2G, ist auf die dem Halbleiterkörper 26 abgewandten Seiten der Justagestifte 25 jeweils ein Deckelement 250, zum Beispiel aus Platin, aufgebracht. Die Deckelemente 250 weisen jeweils einen kleineren Durchmesser als die Justagestifte 25 auf .
In der Figur 2H ist eine achte Position in dem Verfahren gezeigt, in der ein Ätzprozess durchgeführt wird. Dabei wird ein Ätzmittel auf die dem Halbleiterkörper 26 abgewandten Seiten der Justagestifte 25 und des Formkörpers 4
aufgebracht .
In der Figur 21 ist eine neunte Position gezeigt, nachdem das Ätzmittel eine gewisse Zeit lang auf die Justagestifte 25 und den Formkörper 4 eingewirkt hat. Das Ätzmittel ist so
gewählt, dass es den Formkörper 4 stärker ätzt als die
Justagestifte 25. Die Deckelement 250 sind so gewählt, dass sie von dem Ätzmittel nicht angegriffen werden. Dadurch dass das Ätzmittel den Formkörper 4 stärker angreift als die Justagestifte 25, sind Seitenflächen der Justagestifte 25 teilweise freigelegt. Auf diese Seitenflächen wirkt das
Ätzmittel dann ebenfalls ein.
In der Figur 2J ist eine zehnte Position gezeigt, nachdem das Ätzmittel noch etwas länger eingewirkt hat.
In der Figur 2K ist eine elfte Position gezeigt, nachdem das Ätzmittel für eine noch längere Zeit eingewirkt hat. Das Ätzmittel hat den Formkörper 4 vollständig aufgelöst. Durch die unterschiedlichen Ätzraten bedingt weisen nun die
Justagestifte 25 jeweils einen in Richtung weg von der
Unterseite 20 kleiner werdenden Durchmesser auf. Selbiges trifft auf die Kontaktstifte 21 zu, die ebenfalls seitlich zum Teil von dem Formkörper 4 umformt waren. Die Figur 2J zeigt gleichzeitig einen fertig gestellten Halbleiterchip 2. Zuvor wurde der Grundkörper noch vereinzelt.
In der Figur 3 ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, die im Wesentlichen der Position der Figur 2J entspricht.
Hier ist allerdings die Ätzrate des Ätzmittels für den
Formkörper 4 nicht Wesentlich größer als für die
Justagestifte 25, sodass sich nahezu nadelförmige
Justagestifte 25 bilden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 125 901.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf 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 diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Anschlussträger
2 Halbleiterchip
4 Formkörper
5 Maske
10 Oberseite
11 Kontaktvertiefung
12 Lötmaterial
13 Schalter
15 Justagevertiefung
20 Unterseite
21 Kontaktstift
25 Justagestift
26 Halbleiterkörper
27 elektrisch isolierende Schicht
41 erste Maskenschicht
42 zweite Maskenschicht
100 elektronisches Bauelement 250 Deckelement
Next Patent: ANHYDROUSLY CURING POLYISOCYANATE-BASED ADHESIVES