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Title:
SEMICONDUCTOR COMPONENT HAVING A SURFACE-MOUNT HOUSING AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/086963
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a semiconductor component (13) having a surface-mount housing (1) and to a method for producing the same. The semiconductor housing (13) has flat conductor elements (2) on the bottom (3) of the housing (1) that are embedded in a synthetic housing mass (4). Exterior contact areas (5) of the flat conductor elements (2) are devoid of the synthetic housing mass (4). On these free exterior contact areas (5) a structured solderable coating (6) is provided which comprises a plurality of electrically conducting and mechanical elastic contact elements (8) on the exterior contact area (5).

Inventors:
BAUER MICHAEL (DE)
FUERGUT EDWARD (DE)
JEREBIC SIMON (DE)
VILSMEIER HERMANN (DE)
Application Number:
PCT/DE2006/000270
Publication Date:
August 24, 2006
Filing Date:
February 15, 2006
Export Citation:
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Assignee:
INFINEON TECHNOLOGIES AG (DE)
BAUER MICHAEL (DE)
FUERGUT EDWARD (DE)
JEREBIC SIMON (DE)
VILSMEIER HERMANN (DE)
International Classes:
H01L23/482; H01L23/485
Foreign References:
DE3635708A11988-04-28
US20040036181A12004-02-26
US6259036B12001-07-10
Attorney, Agent or Firm:
Schäfer, Horst (Karlstr. 35, München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbarem Gehäuse (1) mit Flachleiterstücken (2) auf der Unterseite (3) des Gehäuses (1) , die in eine Kunststoffgehausemasse (4) eingebettet sind, wobei mindestens eine Außenkontaktflache (5) der Flachleiterstücke (2) frei von Kunststoffgehausemasse (4) ist, und wobei die Außenkontaktflache (5) eine strukturierte lötbare Beschichtung (6) aufweist, wobei die Struktur der Beschichtung (7) einer einzigen Außenkontaktflache (5) eine Vielzahl von elektrisch leitenden und mechanisch elastischen Kontaktelementen (8) aufweist, die auf der Außenkontaktflache (5) angeordnet sind.
2. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (8) eine Rippenform (9) und/oder Säulenform (10) , deren Höhe (h) auf der Außenkontaktflä che (5) der Dicke (d) der strukturierten Beschichtung (6) entspricht, aufweisen.
3. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (8) in Durchgangsöffnungen (11) einer strukturierten Kunststofffolie (12) angeordnet sind, wobei die Dicke (D) der Kunststofffolie (12) der Dicke (d) der strukturierten Beschichtung (6) entspricht.
4. Halbleiterbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Kunststofffolie (12) eine Vielzahl von mit kontaktgebendem Material gefüllte Durchgangsöffnun I o gen (11) aufweist, wobei die Vielzahl der gefüllten DurchgangsÖffnungen (11) der Vielzahl der Kontaktelemente (8) pro Außenkontaktflache (5) des Halbleiterbauteils (13) angepasst ist.
5. Halbleiterbauteil nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (12) in ihrer flächigen Erstreckung der flächigen Erstreckung der Unterseite (16) des Halbleiter bauteils (13) entspricht und in den Positionen der Außenkontaktflächen (5) jeweils eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (11) mit darin angeordneten Kontaktelementen (8) pro Außenkontaktflache (5) aufweist.
6. Montageanordnung, die ein Halbleiterbauteil (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und eine Leiterplatte (17) aufweist, auf der das oberflächenmontierbare Halbleiterbauteil (13) mit seinen Außenkontaktflachen (5) auf entsprechenden Kontaktanschlussflächen (18) über eine Lot schicht (19) angeordnet ist, wobei zwischen der Lotschicht (19) und der Außenkontaktflache (5) die strukturierte Beschichtung (6) aus einer Vielzahl von Kontaktelementen (8) angeordnet ist, wobei die Vielzahl der Kontaktelemente (8) auf der Außenkontaktflache (5) fi xiert sind und mit der Lotschicht (19) verlötet sind, und ein Kunststoffmaterial (20) zwischen den Kontaktelementen (8) und der Außenkontaktflache (5) angeordnet ist .
7. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils (13) mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden und mechanisch elastischen Kontaktele menten (8) auf Außenkontaktflachen (5) auf der Untersei te (16) des Halbleiterbauteils (13), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: Herstellen einer Kunststofffolie (12) mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (11) , wobei die Anzahl, Anordnung und Größe der DurchgangsÖffnungen (11) der Vielzahl von Kontaktelementen (8) auf den Außenkontaktflächen (5) angepasst ist; Auffüllen der DurchgangsÖffnungen (11) in der Folie (12) mit elektrisch leitendem Material der Kontakt elemente (8) , die von der Folie (12) in Position gehalten werden; Aufbringen und Ausrichten der Folie (12) auf der Unterseite (16) des Halbleiterbauteils (13) mit Außenkontaktflächen (5) ; Auflegieren der Kontaktelemente (8) auf die Außenkontaktflächen (5) des Halbleiterbauteils (13) mit Hilfe der Folie (12) .
8. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils (13) mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden und mechanisch elastischen Kontaktelementen (8) auf Außenkontaktflachen (5) auf der Unterseite (16) des Halbleiterbauteils (13), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: Aufbringen einer photolithographisch strukturierbaren Kunststoffschicht auf die Unterseite des Halbleiterbauteils (13) ; Strukturieren der Kunststoffschicht mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (11) durch die Kunst Stoffschicht zu den Außenkontaktflachen (5) des Halbleiterbauteils (13); Auffüllen der DurchgangsÖffnungen (11) mit dem Material der Kontaktelemente (8) unter Verbinden der Kontaktelemente (8) mit den Außenkontaktflächen (5) .
9. Verfahren zur Oberflächenmontage eines oberflächenmon tierbaren Halbleiterbauteils (13) mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden und mechanisch elastischen Kontaktelementen (8) auf den Außenkontaktflachen (5) auf eine Leiterplatte (17) mit Kontaktanschlussflächen (18) , deren Anordnung und Größe den Außenkontaktflachen (5) ent sprechen, wobei das Verfahren folgende Verfahrenschritte aufweist : Beschichten der Kontaktanschlussflächen (18) mit einem Lotmaterial; Ausrichten und Aufbringen des Halbleiterbauteils (13) auf die Leiterplatte (17) mit seinen Kontaktelementen (8), die von einem Kunststofffolienmate rial umgeben sind; Anlöten der Kontaktelemente (8) auf der Lotbe schichtung (19) .
Description:
Besehreibung

Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbarem Gehäuse und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit oberflächen- montierbarem Gehäuse mit Flachleiterstücken auf der Unterseite des Gehäuses, die in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet sind, wobei mindestens eine Außenkontaktfläche der Flach- leiterstücke frei von Kunststoffgehäusemasse gehalten ist. Derartige Gehäuse werden auch "lead-less packages " genannt.

Bisher werden derartige oberflächenmontierbare Gehäuse auf eine Leiterplatte einer übergeordneten Schaltung platziert. Dazu sind entsprechende Kontaktanschlussflächen, die in Größe, Anordnung und Form den Flachleiterstücken bzw. Außenkon- taktflachen der Flachleiterstücke, entsprechen und frei von Kunststoffgehäusemasse gehalten, sind, auf den Leiterplatten vorgesehen. Die oberflächenmontierbaren Gehäuse werden derart ausgerichtet, dass zwischen beiden Flächen eine Weichlotverbindung, beispielsweise aus SnPb oder SnAgCu in einem Lötvorgang realisiert werden kann.

Die zunehmende Miniaturisierung der Bauelemente zwingt zu fortlaufender Verminderung der Lotmenge, die für diese Verbindungen zur Verfügung steht. Da die Gehäuse der Halbleiterbauteile und die Leiterplatten aus verschiedenen Materialien bestehen, ergeben sich bei thermischen Belastungen Scherspannungen, die auf die Verbindungen zwischen Halbleiterbauteil bzw. den Außenkontaktflachen und den Weichlotverbindungen der Halbleiterbauteile mit den Kontaktanschlussflächen der Leiterplatten wirken. Diese Scherspannungen können zum vollständigen Versagen der GesamtSchaltung beitragen, wenn eine die-

ser Lotverbindungen aufgrund der thermischen Belastungen unterbrochen wird.

Ursache dieser thermischen Belastungen sind die unterschied- liehen Ausdehnungskoeffizienten (CTE coefficient of thermal expansion) , die für Halbleiterchips aus Silizium etwa bei 3 ppm/°C, für die Kunststoffgehäusemasse bei 10 ppm/°C, für Kupfer bei etwa 18 ppm/°C und für das Leiterplattenmaterial bei etwa 18 ppm/°C liegen. Jede Differenz in der thermischen Ausdehnung zwischen der Leiterplatte und dem zu montierenden Bauteil führt zu derartigen SeherSpannungen in der zwischen Bauteil und Leiterplatte liegenden Lötstelle:

Steigt die Anzahl der Temperaturzyklen an, so führt dieses zu einem Ermüden der Lötstelle und damit kann ein Ausfall des

Bauelements bzw. eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen Halbleiterbauelement und Leiterplatte auftreten. Diese Gefahr wird noch vergrößert, wenn die Lotvolumina vermindert werden und gleichzeitig die Größe der Gehäuse in ihren absoluten Abmessungen zunehmen. Dieses wirkt sich besonders bei den oben erwähnten oberflächenmontierbaren Gehäusen mit Flachleiterstücken aus, so dass ihr Einsatzbereich aufgrund der unzuverlässigen Oberflächenmontagemöglichkeiten begrenzt ist.

Aus der Druckschrift US 5,805,424 sind erste und zweite e- lektronische Teile bekannt, die durch einen nicht leitenden Film mit Nanoporen mechanisch verbunden sind und zusammengehalten werden. Dieser Film weist metallgefüllte Nanoporen auf, die sich durch die Dicke des Filmes erstrecken, so dass die beiden Teile durch das Metall zumindest in einigen der Poren kontaktiert werden, wobei der Film einen Polymerfilm umfasst. Der Nachteil dieser Konstruktion ist es, dass die

metallgefüllten Nanoporen nicht gezielt einem der beiden Teile zugeordnet werden können und nicht auf einem der beiden Teile fixiert sind, sondern die Kontaktierung mehr oder minder dem Zufall überlassen wird, so dass gerade zwischen den beiden Teilen eine oder auch mehrere mit Metall gefüllte Nanoporen positioniert sind, die erst dann einen elektrischen Druckkontakt herstellen, wenn ein entsprechender Anpressdruck auf die ersten und zweiten elektronischen Teile ausgeübt wird. Somit stellen die mit einem Metall gefüllten Nanoporen eines Polymerfilms keine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den elektrisch zu verbindenden Teilen bereit, wobei die Abhängigkeit von dem Zufall, welcher Bereich der Folie mit wie vielen Nanoporen gerade in den Kontaktierungsbereich zwischen zwei Teile fällt, keine zuverlässige Verbindung ge- währleistet, selbst wenn thermische Scherspannung bei dieser auf einer Druckkontaktgabe basierenden Verbindungstechnik keine Rolle spielt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauteil mit ober- flächenmontierbarem Gehäuse und Außenkontaktflachen auf der

Unterseite des Gehäuses zu schaffen, bei dem die Gefahr des Abrisses der Verbindung bei thermischer Belastung vermindert ist .

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil mit oberflächen- montierbarem Gehäuse mit Flachleiterstücken auf der Unterseite des Gehäuses, die in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet sind, geschaffen, wobei mindestens eine Außenkontaktflache der Flachleiterstücke auf der Unterseite des Gehäuses

frei von Kunststoffmasse ist. Die Außenkontaktflachen ihrerseits weisen eine strukturierte, lötbare Beschichtung auf, wobei die Struktur der Beschichtung einer einzelnen Außenkon- taktfläche eine Vielzahl von elektrisch leitenden und mecha- nischelastischen Kontaktelementen aufweist, die auf der Außenkontaktflache angeordnet sind.

Dieses Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass die Außenkon- taktflächen auf der Unterseite des Halbleiterbauteils eine Vielzahl elektrisch leitender und mechanischelastischer Kontaktelemente aufweist, die einer Auslenkung durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen der zu verbindenden Teile folgen können, ohne zu ermüden und ohne zu reißen. Somit wird eine sonst massive Lötstelle, die bei thermischer Wechselbe- lastung zu Ermüdungserscheinungen neigt, durch eine Vielzahl wesentlich kleinerer, einzelner Verbindungen zwischen einem Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbarem Gehäuse und einer Leiterplatte ersetzt.

Dabei bilden die Kontaktelemente die strukturierte Beschichtung und können vorzugsweise auf die Außenkontaktflachen des Halbleiterbauteils auf der Unterseite des Gehäuses auflegiert oder aufgelötet sein. Für ein Auflegieren oder Auflöten werden die Kontaktelemente in einer Kunststofffolie gehalten, die entsprechende Durchgangsöffnungen aufweist, welche mit den Kontaktelementen aufgefüllt sind. Dabei können die Kontaktelemente vorzugsweise eine Säulenform und/oder eine Rippenform aufweisen, so dass eine zuverlässige Verbindung mit den Außenkontaktflächen des oberflächenmontierbaren Gehäuses möglich ist.

Die Kunststofffolie mit DurchgangsÖffnungen, welche mit den Kontaktelementen gefüllt sind, dient bei dem Bond- bzw. Löt-

oder LegierungsVorgang gleichzeitig als Halter, um die Vielzahl der Kontaktelemente für jede der Außenkontaktflächen des Halbleiterbauteils ausgerichtet und in Position zu halten. Dazu weist die strukturierte Kunststofffolie mit Durchgangs- Öffnungen die gleiche Dicke auf, wie die Dicke der zu bildenden strukturierten Beschichtung auf den einzelnen Außenkon- taktflachen, so dass diese Kunststofffolie auch beibehalten werden kann, wenn das Halbleiterbauteil auf einer Leiterplatte bzw. auf dem Kontaktanschlussflächen einer Leiterplatte befestigt werden soll.

Vorzugsweise weist somit die strukturierte Kunststofffolie eine Vielzahl von mit kontaktgebendem Material gefüllte DurchgangsÖffnungen auf, wobei die Vielzahl der gefüllten DurchgangsÖffnungen an die Vielzahl der Kontaktelemente pro Außenkontaktfläche des Halbleiterbauteils angepasst ist. Weiterhin ist die Folie in ihrer flächigen Erstreckung der flächigen Erstreckung der Unterseite des Halbleiterbauteils angepasst und weist in den Positionen der Außenkontaktflächen jeweils eine Vielzahl von Durchkontaktöffnungen mit darin angeordneten Kontaktelementen pro Außenkontaktflache auf.

Ein Halbleiterbauteil, das auf seiner Unterseite eine derartige Folie aufweist, hat den Vorteil, dass nicht für jeden einzelnen Außenkontakt eine entsprechend strukturierte Beschichtung mit Hilfe einer entsprechend kleinen Folie vorzusehen ist, sondern dass eine der flächigen Erstreckung der Unterseite des Halbleiterbauteils angepasste größere Folie zur Verfügung steht, die lediglich in den Bereichen struktu- riert ist, in denen eine Vielzahl von Kontaktelementen für entsprechende Außenkontaktflächen zur Verfügung zu stellen ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann als strukturierte Kunststofffolie eine photolithographisch strukturierbare Schicht auf der Unterseite des Halbleiterbauteils vorgesehen sein, die eine Vielzahl mit Metall gefüllter DurchgangsÖffnungen in den Bereichen der Außenkontaktflächen des oberflächenmontierbaren Gehäuses aufweist. Dabei bilden die Metallfüllungen der DurchgangsÖffnungen die strukturierte Beschichtung.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Montageanordnung, die ein Halbleiterbauteil entsprechend der oben beschriebenen Art und eine Leiterplatte aufweist, auf der das oberflächenmontierbare Halbleiterbauteil mit seinen Außenkontaktflächen auf entsprechenden Kontaktanschlussflächen über eine Lotschicht angeordnet ist. Bei dieser bevorzugten Montageanordnung ist zwischen der Lotschicht der Kontaktanschluss- fläche und der Außenkontaktfläche die strukturierte Beschich- tung aus einer Vielzahl von Kontaktelementen angeordnet. Dabei ist die Vielzahl der Kontaktelemente auf der Außenkon- taktfläche des Halbleiterbauteils fixiert und gleichzeitig mit der Lotschicht auf den Kontaktanschlussflächen der Leiterplatte verlötet, während das Kunststoffmaterial einer Kunststofffolie zwischen den Kontaktelementen auf der Außenkontaktfläche angeordnet ist.

Diese Montageanordnung hat den Vorteil, dass durch das Kunst- stoffmaterial, das zwischen den Kontaktelementen eingeschlossen bleibt, dafür Sorge getragen wird, dass kein Lotmaterial der Lotbeschichtung der Kontaktanschlussfläche der Leiter- platte die Zwischenräume zwischen den Kontaktelementen der strukturierten Beschichtung der Außenkontaktflächen auffüllt und dadurch eventuell die Elastizität und Biegsamkeit der Kontaktelemente der strukturierten Beschichtung behindert

bzw. vollständig außer Kraft setzt. Deshalb ist als Kunststoffirtaterial bzw. Kunststofffolie mit Kontaktelementen in ihren Durchgangsöffnungen ein Material vorgesehen, das äußerst nachgiebig und annährend gummielastisch ist. Die Kon- taktelemente ihrerseits können sowohl elastisch als auch plastisch verformbar sein und sind derart filigran gestaltet, dass sie bei thermischer Wechselbeanspruchung eine geringere Ermüdungsversprödung aufweisen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden und mechanischelastischen Kontaktelementen auf Außenkon- taktflächen der Unterseite des Halbleiterbauteils weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.

Zunächst wird eine Kunststofffolie mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen hergestellt, wobei die Anzahl, Anordnung und Größe der Durchgangsöffnungen der Vielzahl von Kontaktelementen auf den Außenkontaktflachen angepasst ist. An- schließend werden die DurchgangsÖffnungen in der Folie mit elektrisch leitendem Material der Kontaktelemente, die von der Folie in Position gehalten werden, aufgefüllt. Anschließend wird die Folie ausgerichtet und auf die Unterseite des Halbleiterbauteils mit seinen Außenkontaktflächen aufge- bracht. Schließlich erfolgt ein Auflegieren oder Auflöten der Kontaktelemente auf die Außenkontaktflächen . des Halbleiterbauteils unter Zuhilfenahme der Folie, die während des Auflegierens und/oder Auflötens die in den Durchgangsöffnungen angeordneten Kontaktelemente stützt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Strukturierung der erfindungsgemäßen Beschichtung der Außenkontaktflächen des oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils mit einer Vielzahl

von Kontaktelementen relativ preiswert und einfach in einem Parallelprozess herstellbar wird. Ferner hat dieses Verfahren den Vorteil, dass es Halbleiterbauteile bereit stellt, die unabhängig zunächst von übergeordneten Schaltungsplatinen ge- lagert werden können und jederzeit vom Kunden abgerufen werden können.

Schließlich hat das Verfahren den Vorteil, dass die Kontaktelemente bereits auf den Außenkontaktflächen fixiert sind und nicht erst vom Kunden, wie im Stand der Technik, justiert und ausgerichtet werden müssen. Somit werden Justage und andere Probleme vom Kunden ferngehalten, so dass er das Halbleiterbauteil so einsetzen kann wie bisher ein Standardhalbleiterbauteil, jedoch mit dem Vorteil, dass die Probleme der Ermü- dungsversprödung in den LotVerbindungen weitgehend überwunden sind.

Ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines oberflächen- montierbaren Halbleiterbauteils mit einer Vielzahl von elekt- risch leitenden und mechanischelastischen Kontaktelemente auf

Außenkontaktflächen auf der Unterseite des Halbleiterbauteils weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.

Zunächst wird eine photolithographisch strukturierbare Kunst- Stoffschicht auf die Unterseite des Halbleiterbauteils aufgebracht. Anschließend wird diese KunststoffSchicht mit einer Vielzahl von DurchgangsÖffnungen durch die KunstStoffSchicht zu den Außenkontaktflächen des Halbleiterbauteils durch Strukturieren der KunststoffSchicht gebildet. Schließlich werden die DurchgangsÖffnungen mit dem Material der Kontaktelemente unter Verbinden der Kontaktelemente mit den Außenkontaktflächen aufgefüllt. Für das Auffüllen der Durchgangsöffnungen in der photolithographisch strukturierbaren Kunst-

Stoffschicht eignen sich besonders galvanische Abscheidever- fahren oder stromlose chemische Abscheideverfahren von Metallen. Auch in diesem Fall wird die Vielzahl von Kontaktelemen- ten auf den Außenkontaktflachen des Halbleiterbauteils durch ein Parallelverfahren hergestellt, so dass nicht jedes Kontaktelement einzeln auf die Außenkontaktfläche aufzubringen ist. Darüberhinaus werden durch die strukturierte Kunststoff- Schicht die Zwischenräume zwischen den Kontaktelementen vor einem Eindringen von Lotmaterial geschützt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenmontage eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden und me- chanischelastischen Kontaktelementen auf den Außenkontaktflä- chen auf der Leiterplatte mit Kontaktanschlussflächen, deren Anordnung und Größe den Außenkontaktflachen entsprechen. Dieses Verfahren weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.

Zunächst werden die Kontaktanschlussflächen auf der Leiter- platte mit einem Lotmaterial beschichtet. Anschließend wird das Halbleiterbauteil auf der Leiterplatte mit seinen Kontaktelementen, die von einem Kunststofffolienmaterial umgeben sind, ausgerichtet und aufgebracht. Schließlich erfolgt ein Anlöten der Kontaktelemente auf der Lotbeschichtung durch Aufheizen der Lotbeschichtung. Dabei schützt in vorteilhafter Weise das die Kontaktelemente umgebende Kunststofffolienmaterial die Kontaktelemente davor, vom Lotmaterial beim Lötvorgang umhüllt zu werden und damit die elastischen und nachgiebigen Eigenschaften zu verlieren.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert .

Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den

Randbereich eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den

Randbereich gemäß Figur 1 unter thermischer Belastung des Halbleiterbauteils;

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Randbereich eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Randbereich eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 5 zeigt eine Montagefolie für die gleichzeitige Aufbringung einer Vielzahl von Kontaktelementen in entsprechenden Außenkontaktpositionen eines ober- flächenmontierbaren Gehäuses;

Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer Montagefolie mit met- tallgefüllten Durchgangsöffnungen im Bereich einer Außenkontaktfläche .

Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Randbereich eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils

13 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere die Randbereiche von oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteilen 13 sind mit ihrer Kontaktgabe zu einer Leiterplatte

17, auf der die Halbleiterbauteile 13 angeordnet sind, besonders gefährdet, da sich in den Randbereichen die Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Leiterplatte 17 mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 18 ppm/°C und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffgehäuses 1 von 10 ppm/°C bemerkbar machen, zumal die Randbereiche weit von der neutralen Mitte der sich gegeneinander ausdehnenden schaltungstechnischen Teile entfernt sind.

Die Leiterplatte 17 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung aus einer faserverstärkten Kunststoffplatte hergestellt, die auf ihrer Oberseite 22 eine VerdrahtungsStruktur 21 aus einer strukturierten Kupferschient aufweist, wobei die Ver- drahtungsstruktur 21 Kontaktanschlussflächen 18 aufweist, die mit einer Lotschicht 19 bedeckt sind. Über diese Lotschicht 19 ist das oberflächenmontierbare Halbleiterbauteil 13 sowohl mechanisch als auch elektrisch mit der Verdrahtungsstruktur 21 der Leiterplatte 17 verbunden.

Dazu weist das Halbleiterbauteil 13 ein oberflächenmontierba- res Gehäuse 1 auf, das von einer die Komponenten des Halbleiterbauteils 13 einbettenden Kunststoffgehäusemasse 4 gebildet wird. Auf der Unterseite 3 des Gehäuses 1, die gleichzeitig auch die Unterseite 3 der Kunststoffmasse sowie die Unterseite 16 des Halbleiterbauteils 13 darstellt, weist das Gehäuse 1 Flachleiterstücke 2 auf, von denen eine Außenkontaktflache 5 frei von Kunststoffgehäusemasse 4 gehalten ist. Die Flachleiterstücke 2 bilden oberflächenmontierbare Außenkontakte und sind in der Kunststoffgehäusemasse 4 so weit eingebettet, dass sie lediglich im Randbereich 23 des Gehäuses 1 und auf der Unterseite 3 des Gehäuses 1 für elektrische Verbindungen zugänglich sind.

-L Δ»

Auf der von Kunststoffgehäusemasse 4 frei gehaltenen Außen- kontaktflache 5 des Flachleiterstückes 2 ist eine strukturierte Beschichtung 6 mit einer Dicke d angeordnet, wobei die Strukturierung der strukturierten Beschichtung 6 aus Kontaktelementen 8 und diese umgebendem Kunststoffmaterial 20 besteht. Dabei weisen die Kontaktelemente 8 eine Höhe h auf, welche der Dicke d der strukturierten Beschichtung 6 entspricht. Das Kunststoffmaterial 20, das die Zwischenräume zwischen den Kontaktelemente 8 der strukturierten Beschichtung 6 auffüllt, sorgt dafür, dass beim Auflöten der Kontaktelemente 8 auf die Lotschicht 19 kein Lotmaterial in die Zwischenräume dringt und damit die Funktion der Vielzahl von Kontaktelementen 8 gefährdet.

Die Vielzahl von Kontaktelementen 8 in der Beschichtung 6 bewirken nicht nur eine mechanische Verbindung des Halbleiterbauteils 13 auf der Leiterplatte 17, sondern sorgen auch durch ihre Elastizität und Nachgiebigkeit dafür, dass das Halbleiterbauteil 13 auf der Leiterplatte 17 thermischen Belastungen ausgesetzt werden kann, ohne dass die dabei entstehenden SeherSpannungen das Material der Kontaktelemente 8 bzw. das Material der Lotschicht 19 ermüden. Auch das Kunststoffmaterial 20 ist aus einem Elastomer, der nachgiebig den Verformungen der Kontaktelemente 8 durch thermische Belastungen folgen bzw. diesen nachgeben kann. Deutlicher wird diese Belastung und die Reaktion der strukturierten Beschichtung 6 mit der nächsten Figur.

Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Randbereich des Halbleiterbauteils 13 gemäß Figur 1 unter thermischer Belastung des Halbleiterbauteils 13. Bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich die Leiterplatte 17 in Pfeilrichtung A

stärker aus als die Kunststoffgehäusemasse 4 im Randbereich des Halbleiterbauteils 13. Durch die Vielzahl der Kontaktelemente 8 in der strukturierten Beschichtung 6 wird der Übergang von der Außenkontaktfläche 5 des Halbleiterbauteils 13 zu der Lotschicht 19 auf den Kontaktanschlussflächen 18 der Leiterplatte 17 derart abgefedert, dass eine Ermüdung der Lotschicht 19 vermieden wird, da ihre Belastung durch Scherspannungen gegenüber einer direkten Lotverbindung zwischen der Außenkontaktfläche 5 und der Lotschicht 19 vermindert ist. Während in dieser Ausführungsform der Erfindung die

Kunststoffgehäusemasse 4 noch teilweise zwischen den strukturierten Beschichtungen 6 der Flachleiterstücke 2 angeordnet ist und somit die Nachgiebigkeit der strukturierten Beschichtung 6 behindern könnte, wird dieses mit der zweiten Ausfüh- rungsform des Halbleiterbauteils 14, das in Figur 3 gezeigt wird, vermindert.

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Randbereich eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils 14 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.

In dieser Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die

Kunststoffgehäusemasse 4 nur bis zur Außenkontaktfläche 5 der oberflächenmontierbaren Flachleiterstücke 2, während die strukturierte Beschichtung 6 über die Unterseite 3 des oberflächenmontierbaren Gehäuses 1 hinausragt. Somit bilden die Außenkontaktflachen 5 mit der Unterseite 3 der Kunststoffgehäusemasse 4 eine koplanare Fläche, die gleichzeitig die Unterseite 16 des Halbleiterbauteils 14 darstellt.

Diese Variante hat den Vorteil, dass die von der koplanaren Fläche herausragende strukturierte Beschichtung 6 leichter auf der Lotschicht 19 der Kontaktanschlussflächen 18 der Leiterplatte 17 ausgerichtet bzw. justiert werden kann. Anderer- seits hat diese Struktur den Nachteil, dass bei der Herstellung jede einzelne Außenkontaktfläche 5 mit einer entsprechenden Struktur aus Kontaktelementen 8 und dazwischen angeordnetem Kunststoffmaterial 20 einzeln bestückt ist, und bei einer Lagerung des Halbleiterbauteils 14 vor einer endgülti- gen Montage auf einer Leiterplatte 17 die filigranen Kontaktelemente 8 auf den Außenkontaktflächen 5 lagerungsbedingten Belastungen ausgesetzt sein können, die eine spätere Montage erschweren könnten. Dieses wird mit einer dritten Ausfüh- rungsform der Erfindung, wie sie die nächste Figur zeigt, ü- berwunden.

Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Randbereich eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils 15 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Auch bei die- ser Ausführungsform der Erfindung werden Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Die Unterseite 3 der Kunststoffgehäusemasse 3 bildet auch hier eine koplanare Fläche mit den Außenkontaktflächen 5 aus, jedoch ist die gesamte Unterseite 3 der Kunststoffgehäusemasse 4 mit dem Kunststoffmaterial 20 der strukturierten Beschichtung 6 bedeckt.

Dazu wird eine Kunststofffolie 12 eingesetzt, welche die Di- cke D aufweist, die der Dicke d der strukturierten Beschichtung 6 entspricht. Diese Kunststofffolie 12 weist exakt in den Bereichen der Außenkontaktflächen 5 Durchgangsöffnungen 11 auf, die mit dem Material der Kontaktelemente 8 gefüllt

sind. Die Form der Durchgangsöffnungen 11 bestimmt gleichzeitig die Form der Kontaktelemente 8, wobei eine Säulenform 10 oder eine Rippenform bevorzugt eingesetzt wird. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die empfindli- chen Kontaktelemente 8 auf den Außenkontaktflachen 5 des

Halbleiterbauteils 15 bei Lagerung und Transport besser geschützt werden als in den vorher diskutierten Ausführungsformen.

Da die Kunststofffolie 12 aus einem gummielastischen Elastomer hergestellt ist, behindert sie auch nicht die freie Verformbarkeit der elastischen Kontaktelemente 8 auf den Außenkontaktflachen 5 des Halbleiterbauteils 15.

Figur 5 zeigt eine Montagefolie 24 für die gleichzeitige Aufbringung einer Vielzahl von Kontaktelementen 8 in entsprechenden Außenkontaktpositionen 25 eines oberflächenmontierbaren Gehäuses 1. Dazu besteht die Montagefolie 24 aus einem Folienstreifen, der mehrere Halbleiterbauteilpositionen 26 aufweist, von denen eine Halbleiterbauteilposition 26 dieser

Montagefolie 24 in Figur 5 gezeigt wird. Diese Halbleiterbauteilposition 26 weist sechzehn Außenkontaktpositionen 25 auf, wobei in jeder Außenkontaktflächenposition 25 eine Vielzahl von Kontaktelementen 8 angeordnet ist.

Diese Kontaktelemente 8 sind eine metallische Füllung von Durchgangsöffnungen 11 durch die Montagefolie 24 in den einzelnen Außenkontaktflächenpositionen 25. Wie vorher bereits erwähnt, können diese Durchgangsöffnungen 11 beliebige Formen aufweisen, vorzugsweise eine Säulenform und/oder eine Rippenform. Außerdem hängt die Art der Durchgangsöffnungen 11, die mit Kontaktelementen 8 aufgefüllt sind, auch von dem Herstellungsverfahren der Montagefolie 24 und dem Einbringverfahren

von Durchgangsöffnungen 11 ab. Eine photolithographisch strukturierte Vielzahl von Kontaktelementen 8 in einer Kunststofffolie 12 für eine Außenkontaktflache zeigt die nachfolgende Figur.

Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer Montagefolie 24 mit metallgefüllten Durchgangsöffnungen 11 im Bereich einer Außenkontaktflächenposition 25. Bei dieser Konstruktion wurde darauf geachtet, dass die Durchgangsöffnungen 11 so angeordnet und strukturiert werden, dass die Kunststofffolie 12 nicht auseinander fallen kann, sondern vielmehr als Maske für die geplante strukturierte Beschichtung einer Außenkontaktflache dienen kann. Dabei wurden in dem Bereich der Außenkontaktflache Durchgangsöffnungen 11 für eine Rippenform 9 und/oder Säulenform 10 der Kontaktelemente 8 vorgesehen, die entsprechend säulenförmige bzw. rippenförmige Kontaktelemente 8 anschließend auf der Außenkontaktflache auflegieren oder anlöten können. Andererseits kann eine derartige Folie auch als Maske dienen, um photolithographisch die strukturierte Be- Schichtung mit entsprechenden Kontaktelementen 8 auf der Außenkontaktflache des Halbleiterbauteils zu realisieren.




 
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