DE3881543T2

DE3881543T2 - Lösbare Halterung und Verfahren zum Montieren eines biegsamen Filmträgers für einen Halbleiterchip auf einem Schaltungssubstrat.

Info

Publication number: DE3881543T2
Application number: DE88103056T
Authority: DE
Inventors: Kishor Vithaldas Desai; Harold Kohn
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1988-03-01
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2008-03-02
Also published as: EP0281900A3; JPH0311105B2; EP0281900B1; JPS63229740A; EP0281900A2; DE3881543D1; US4788767A

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Bauelementtechnik und im besonderen auf eine Methode und eine Einrichtung zur Montage eines biegsamen Filmträgers für einen Halbleiterchip auf einem beschalteten Substrat, wie etwa einer gedruckten Schaltkreiskarte oder Leiterplatte, und auch auf eine Struktur elektronischer Bauelemente, die solch einen biegsamen Film und ein beschaltetes Substrat umfaßt.
Typischerweise sind einer oder mehrere Halbleiterchips oder andere solche elektronische Bauelemente auf einem ersten beschalteten Substrat montiert (bezeichnet als Halbleiterchipträger oder allgemeiner als eine erste elektronische Bauelementebene), das dann seinerseits auf einem zweiten beschalteten Substrat montiert ist, wie etwa einer gedruckten Schaltkreiskarte oder Leiterplatte (allgemeiner als zweite elektronische Bauelementebene bezeichnet). Das/die elektronische(n) Bauelement(e), das/die auf der ersten elektronischen Bauelementebene montiert ist/sind, sind über die Schaltung der ersten Bauelementebene mit der Schaltung der zweiten elektronischen Bauelementebene verbunden. Die resultierende Struktur kann als Teil eines Computers oder eines anderen solchen Gerätes benutzt werden.
Eine besonders vielseitig einsetzbare erste elektronische Bauelementebene besteht zum Beispiel aus einem biegsamen Filmträger für einen Halbleiterchip, wie er in der Europäischen Patentschrift EP-A-250736, betitelt "Flexible Film Semiconductor Chip Carrier" beschrieben wird. Siehe auch Europäische Patentschrift EP-A-277606, betitelt "Full Panel Electronic Packaging Structure and Method of Making Same". Diese Art von erster elektronischer Bauelementebene umfaßt ein beschaltetes biegsames Substrat, wie etwa eine relativ dünne Polyimidfolie, die eine Dicke zwischen etwa 5,1 bis 7,6 Mikrometer (etwa 0,0002 bis 0,0003 Zoll) hat und bei der auf zumindest einer Seite der Polyimidfolie eine Schaltung erzeugt wurde. Ein Halbleiterchip oder andere solche elektronischen Bauelemente können auf Kontaktflächen montiert sein, wie etwa Kontaktflächen zur Chipverbindung (C-4) mittels gesteuerter Knickung, die Teil der auf der Polyimidfolie erzeugten Schaltung sind, und dann kann die resultierende Struktur auf einer gedruckten Leiterplatte oder anderen solchen zweiten elektronischen Bauelementebenen montiert werden.
Zur Montage des flexiblen Filmträgers für Halbleiterchips auf der zweiten elektronischen Bauelementebene, bei der der Halbleiterchip mit der zweiten Bauelementebene rückseitig verbunden ist, können konventionelle Technologien, wie etwa das Aufschmelzlöten, das Ultraschallbonden oder das Thermodruckbonden benutzt werden. Jede dieser Technologien resultiert jedoch in einer nicht-planaren ("zeltförmigen") Geometrie für den beschalteten flexiblen Film, der den Halbleiterchip trägt, wenn der flexible Filmträger für den Halbleiterchip auf der zweiten elektronischen Bauelementebene montiert wird. Eine solche zeltförmige Geometrie bei einem beschalteten flexiblen Film läßt Zuverlässigkeitsprobleme aufkommen, da auf die Schaltung auf dem flexiblen Film oder auf die Verbindungsstellen, wie etwa die C-4- Verbindungen zwischen dem Halbleiterchip und die C-4-Kontaktflächen auf dem flexiblen Film Spannungen einwirken können, während der Film auf der zweiten elektronischen Bauelementebene montiert wird oder während des nachfolgenden Einsatzes der resultierenden elektronischen Bauelementstruktur. Zusätzlich schafft eine solche zeltförmige Geometrie bei dem beschalteten flexiblen Film weitere Probleme, wie etwa Schwierigkeiten bei der Ausrichtung äußerer Kontaktierungsflächen auf dem flexiblen Film mit kontaktierenden Flächen auf der zweiten Bauelementebene, Schwierigkeiten bei der Realisierung ausreichend fester Verbindungen zwischen dem flexiblen Film und der zweiten Bauelementebene, um den flexiblen Film zu fixieren und sein Hochklappen zu verhindern, Schwierigkeiten bei der Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen der Schaltung auf dem flexiblen Film und den Kanten des Halbleiterchips, über den der Film gelegt wird, und Schwierigkeiten einer angemessenen Reinigung unter dem Film, wenn er sich einmal in seiner Position auf der zweiten elektronischen Bauelementebene befindet.
Eine Planarstruktur für den beschalteten flexiblen Film ist deshalb so sehr wünschenswert, weil dadurch die vorerwähnten Punkte und Probleme ausgeschaltet oder vermindert werden können, und eine mögliche Lösung ist die Schaffung einer Vertiefung in der zweiten elektronischen Bauelementebene, die den Halbleiterchip aufnimmt, der auf dem beschalteten flexiblen Film montiert ist, wobei der flexible Film die gewünschte Planarstruktur annehmen kann. Diese Lösung ist jedoch deshalb nicht besonders wünschenswert, weil sie zum Beispiel die Verdrahtbarkeit der zweiten Bauelementebene vermindert. Außerdem tritt bei der Unterbringung des Halbleiterchips in einer Vertiefung ein Problem bei der Flußmittelentfernung auf.
Eine weitere Lösung, die für den beschalteten flexiblen Film die gewünschte Planarstruktur bewirkt, besteht darin, den beschalteten flexiblen Filmträger für den Halbleiterchip auf der zweiten elektronischen Bauelementebene zu montieren, indem die Methode und die Vorrichtung benutzt werden, die Gegenstand der Europäischen Patentanmeldung EP-A-281899 mit dem Titel "Method and Apparatus For Mounting A Flexible Film Semiconductor Chip Carrier On A Circuitized Substrate" ist und am gleichen Tag wie die vorliegende Patentanmeldung beim Europäischen Patentamt eingereicht worden ist. Es kann jedoch Situationen geben, in denen es wünschenswert ist, einen beschalteten flexiblen Filmträger für einen Halbleiterchip auf einer zweiten elektronischen Bauelementebene mit dem beschalteten flexiblen Film in Planarstruktur so zu montieren, daß eine andere als diejenige Methode und Vorrichtung benutzt wird, die Gegenstand der vorher zitierten Anmeldung beim Europäischen Patentamt ist. Zum Beispiel kann es bei einer Massenfertigung aus Kosten- oder anderen Gründen wünschenswert sein, zu der Methode und Vorrichtung, wie sie Gegenstand der vorher zitierten Europäischen Patentanmeldung ist, eine Alternative zu haben.
In FR-A-2382101 wird eine Bauelementstruktur offenbart, die aus einem beschalteten flexiblen Film (5) mit darauf befestigtem Halbleiterchip (2) und einem beschalteten Substrat (1) besteht. Die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen des Halbleiterchips (3) und einem Substratkontakt (7) benötigt zwei metallische Kontaktlöcher und einen verbindenden Metallkontaktfleck.
In der Veröffentlichung: Neues aus der Technik, Würzburg, Deutschland, Nr. 3/4 vom 15. 8. 1984, Seite 2, wird eine Bauelementstruktur beschrieben, die elektronische Bauelemente umfaßt, die zwischen einem beschalteten flexiblen Film und einem beschalteten Substrat eingebondet sind, wobei die Verbindung zwischen dem beschalteten flexiblen Film und dem beschalteten Substrat durch Lötverbindungen hergestellt wird, die kugelförmige Abstandshalter zur elektrischen Verbindung der Schaltungen auf dem Film und auf dem Substrat benutzen und den Film in einer oberhalb der Substratoberfläche gelegenen Ebene abstützen.
Das IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 21, Nr. 7 vom Dezember 1978, S. 2743 bis 2746 zeigt die Befestigung von Halbleiterchips auf einem keramischen Substrat mit Hilfe der C4-Technologie. Die Höhe der C4-Lötverbindung kann in einem bestimmten Maße dadurch angepaßt werden, daß ein Zwischenstück, typischerweise ein Kupferkügelchen in der Mitte der Lötverbindung eingesetzt wird. Dies wird durch die Verwendung einer löslichen Halterung realisiert, die an den Positionen der Kügelchen mit Lötkontaktflächen zur Anbringung an den beiden Löthälften vorgesehen ist, wobei eine auf dem Halbleiterchip und die andere auf dem Keramikmodul erzeugt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Bauelementstruktur zur Verfügung zu stellen, bei der ein flexibler Filmträger für einen Halbleiterchip auf einer zweiten elektronischen Bauelementebene so montiert wird, daß der beschaltete flexible Filmträger im wesentlichen planar ist, wenn er auf der zweiten elektronischen Bauelementebene montiert wird, ohne daß in der zweiten Bauelementebene dafür eine Vertiefung vorgesehen ist.
Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Methode und Vorrichtung (die anders als die Methode und Vorrichtung ist, die Hauptgegenstand der Europäischen Patentanmeldung EP-A- 281899 ist) zur Verfügung zu stellen, mit der ein flexibler Filmträger für einen Halbleiterchip auf einer zweiten elektronischen Bauelementebene einfach und zuverlässig montiert wird, so daß der beschaltete flexible Filmträger im wesentlichen planar ist, wenn er auf der zweiten elektronischen Bauelementebene montiert wird, ohne daß in der zweiten elektronischen Bauelementebene eine Vertiefung dafür vorgesehen ist.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dadurch erfüllt, daß ein elektrisch leitender Abstandshalter zwischen jeder äußeren Leiterkontaktierungsfläche auf einem flexiblen Filmträger für einen Halbleiterchip und seiner entsprechenden (passenden) Kontaktierungsfläche auf einer zweiten elektronischen Bauelementebene angeordnet wird, auf der der Träger montiert werden soll. Jeder Abstandshalter hat eine Höhe, die etwa gleich der Höhe des Halbleiterchips oder eines anderen solchen elektronischen Bauelementes ist, das auf dem flexiblen Film montiert werden soll. Damit stützen im wesentlichen die Abstandshalter physisch den flexiblen Film wie gewünscht in einer Ebene oberhalb der Oberfläche der zweiten elektronischen Bauelementebene ab, wenn der flexible Filmträger für den Halbleiterchip auf der zweiten elektronischen Bauelementebene so montiert wird, daß der Halbleiterchip rückseitig mit der Oberfläche der zweiten elektronischen Bauelementebene verbunden ist. Die Abstandshalter verbinden auch die äußeren Leiterkontaktierungsflächen der Schaltung auf dem flexiblen Film elektrisch mit den passenden Kontaktierungsflächen auf der zweiten elektronischen Bauelementebene.
Vorzugsweise besteht jeder Abstandshalter aus einem Lötmittelzylinder mit einem Kupferkern. Eine spezielle entfernbare Halterung wird dazu verwendet, um die Abstandshalter in der entsprechenden Lage für die Befestigung an den äußeren Leiterkontaktierungsflächen der Schaltung auf dem flexiblen Film des flexiblen Filmträgers für den Halbleiterchip zu halten. Nachdem die Abstandshalter an den äußeren Leiterkontaktierungsflächen der Schaltung auf dem flexiblen Film des flexiblen Filmträgers für den Halbleiterchip befestigt worden sind, wird der Träger mit den Abstandshaltern in der daran befestigten Halterung auf der zweiten elektronischen Bauelementebene positioniert, wobei jeder Abstandshalter sich in Kontakt mit seiner passenden Kontaktierungsfläche auf der zweiten elektronischen Bauelementebene befindet. Dann werden die Abstandshalter mit den passenden Kontaktierungsflächen auf der zweiten elektronischen Bauelementebene kontaktiert, und die Halterung wird entfernt, wobei der flexible Filmträger für den Halbleiterchip in der Art montiert zurückbleibt, daß der flexible Film des Trägers in der gewünschten planaren Vorrichtung durch die Abstandshalter gestützt wird. Vorzugsweise ist die Halterung aus einem löslichen Material hergestellt, wie etwa aus Polysulfonschaum, das in einem Dampfentfettungsvorgang unter Verwendung einer Flüssigkeit, wie etwa Methylenchlorid, gelöst werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen ersichtlich werden, wobei gleiche Bezugszahlen auch gleiche Bauteile identifizieren, wobei:
Figur 1 eine Explosionsdarstellung der Querschnittsansicht eines flexiblen Filmträgers für einen Halbleiterchip ist, der auf einer gedruckten Leiterplatte unter Verwendung vorgeformter Abstandshalter, die in eine entfernbare Halterung eingebettet sind, montiert ist.
Figur 2 eine normale Querschnittsdarstellung der elektronischen Bauelementstruktur ist, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, nachdem die Halterung für die vorgeformten Abstandshalter entfernt worden ist.
Figur 3 eine perspektivische Darstellung der vorgeformten Abstandshalter ist, wie sie in der entfernbaren Halterung, die in Figur 1 dargestellt ist, eingebettet sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG

Im Bezug auf die Figuren 1 und 2 werden Querschnittsdarstellungen eines flexiblen Filmträgers 2 für Halbleiterchips gezeigt, der auf einer gedruckten Leiterplatte 4 montiert ist, wobei vorgeformte Abstandshalter 10 benutzt werden, die in einer entfernbaren Halterung 18 eingebettet sind, um eine elektronische Bauelementstruktur zu erzeugen. Wie in den Figuren 1 und 2 zu sehen ist, umfaßt der flexible Filmträger 2 für den Halbleiterchip einen Rahmen 3, der einen flexiblen Film 6 hält, der zumindest auf einer Seite des Filmes 6 eine Schaltung (nicht dargestellt) hat. Ein Halbleiterchip 8 ist auf dem Träger 2 montiert und rückseitig mit der gedruckten Leiterplatte 4 verbunden. Wie in Figur 1 dargestellt, werden Chipverbindungen durch gesteuerte Knickung (C-4) 9 benutzt, um den Halbleiterchip 8 auf den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 der Schaltung (nicht dargestellt) auf dem flexiblen Film 6 des flexiblen Filmträgers 2 des Halbleiterchips zu montieren. Der Halbleiterchip 8 ist rückseitig unter Verwendung eines Zwischenstückes 7 mit der Leiterplatte 4 verbunden, wobei das Zwischenstück aus einem solchen Material, wie etwa Metall besteht, das die Wärmeübertragung zwischen dem Halbleiterchip 8 und der gedruckten Leiterplatte 4 verbessert und das die Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Chip 8 und der gedruckten Leiterplatte 4 vermindert. Die elektrisch leitenden Abstandshalter 10 zwischen den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 und den Kontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der Leiterplatte 4 stützen den flexiblen Film 6 im wesentlichen physisch in einer Ebene oberhalb der Oberfläche der Leiterplatte 4 ab, und sie verbinden die äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 und die Kontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der Leiterplatte 4 elektrisch miteinander.
Die gedruckte Leiterplatte 4 kann auf vielfach unterschiedliche Weise gefertigt worden sein, und sie kann aus einer Kombination einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien bestehen. Die gedruckte Leiterplatte 4 kann zum Beispiel aus Schichten von Glasfasergewebe, die mit Epoxidharz oder anderen dielektrischen Materialien imprägniert wurden, bestehen, wobei die Schaltung auf der obersten Schicht der Platte 4 und/oder zwischen den Schichten des dielektrischen Materials, aus denen die Platte 4 aufgebaut ist, erzeugt wird. Vorzugsweise ist zumindest eine Schicht der gedruckten Leiterplatte 4 eine Masseebene (nicht dargestellt), die für die Verdrahtungen (Schaltkreiselemente) auf dem beschalteten flexiblen Film 6 des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip, der auf der gedruckten Leiterplatte 4 montiert ist, eine Masserückleitung bereitstellt.
Grundsätzlich kann die gedruckte Leiterplatte 4 wahrscheinlich jede gewünschte Größe und Form annehmen, so lange es auf der Platte 4 zumindest einen Bereich gibt, der für die Montage des flexiblen Filmträgers 2 des Halbleiterchips auf der gedruckten Leiterplatte 4 geeignet ist. Vorzugsweise ist der auf der gedruckten Leiterplatte 4 für die Montage des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip vorgesehene Bereich auf der gedruckten Leiterplatte 4 ein im wesentlichen ebener Bereich. Es sollte auch angemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung, obgleich sie im Hinblick auf die Montage des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip auf einer gedruckten Leiterplatte 4 beschrieben wird, im weiteren Sinne auch darauf gerichtet ist, den flexiblen Filmträger 2 für den Halbleiterchip (eine erste elektronische Bauelementebene) auf wahrscheinlich jedem beliebigen zweiten beschalteten Substrat (zweite elektronische Bauelementebene) zu montieren.
Weiterhin sollte noch angemerkt werden, daß ungeachtet der Tatsache, daß die vorliegende Erfindung im Hinblick auf den flexiblen Filmträger 2 für den Halbleiterchip, der einen Halbleiterchip 8 trägt, beschrieben wird, der Träger 2 jedes beliebige oder auch eine Vielzahl aus einer ganzen Anzahl von unterschiedlichen elektronischen Bauelementen tragen kann, wie etwa Widerstände und/oder Kondensatoren zusätzlich zu dem oder anstelle des Halbleiterchips 8. Weiterhin sollte angemerkt werden, daß, wie es in Figur 1 zu sehen ist, der Halbleiterchip 8 vorzugsweise auf dem flexiblen Filmträger 2 für den Halbleiterchip so montiert wird, daß Chipverbindungen mit gesteuerter Knickung (C-4) 9 verwendet werden. Der Halbleiterchip 8 und/oder andere elektronische Bauelemente können jedoch, wenn erwünscht, beispielsweise auch mit Hilfe der Technologie des Thermodruckbondens auf dem flexiblen Filmträger 2 für den Halbleiterchip montiert werden.
Vorzugsweise umfaßt die Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte 4 Schaltkreiselemente aus Kupfer mit einer Breite von etwa 76,2 Mikrometer (etwa 0,003 Zoll) und einer Höhe (Dicke) von etwa 35,6 Mikrometer (etwa 0,0014 Zoll). Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die Breite und die Dicke der Schaltkreiselemente sich in Abhängigkeit von solchen Faktoren verändern können, wie etwa den Eigenschaften des zur Erzeugung der Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte 4 benutzten Verfahrens, den vorgesehenen Einsatzbedingungen für die Schaltung und den Betriebseigenschaften, die von der Schaltung erwartet werden, und von der gesamten elektronischen Bauelementstruktur.
Wie schon früher erwähnt, wird ein Zwischenstück 7 vorgesehen, damit der Wärmeübergang zwischen dem Halbleiterchip 8 und der Leiterplatte 4 verbessert wird und die Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Chip 8 und der Leiterplatte 4 vermindert werden. Wenn zum Beispiel der Halbleiterchip 8 hauptsächlich aus einem Material wie etwa Silizium und die Leiterplatte 4 vorwiegend aus einem Material wie etwa mit Epoxidharz imprägniertem Glasfasergewebe bestehen, dann könnte das Zwischenstück 7 etwa aus kupferplattiertem INVAR-Material, wie es von Texas Instruments, Inc., mit einer Niederlassung in Dallas, Texas, angeboten wird, bestehen, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten für Silizium und für epoxidharzimprägniertes Glasfasergewebe liegt. Damit würde das kupferplattierte "IN- VAR"-Material des Zwischenstückes 7 als "Brücke" der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Silizium des Halbleiterchips 8 und dem mit Epoxidharz imprägnierten Glasfasergewebe der Leiterplatte 4 wirken, indem es den Unterschied zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Chip 8 und der Leiterplatte 4 vermindert. Außerdem verbessert sich durch das Zwischenstück 7 die Reparaturfähigkeit, da das Zwischenstück 7 durch Löten mit der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 4 verbunden ist, damit können der Halbleiterchip 8 und das Zwischenstück 7 durch Erhitzen leicht von der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte entfernt werden.
Das Zwischenstück 7 kann vor der Montage des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip auf der Leiterplatte 4 mit Hilfe von thermisch leitendem Epoxid auf dem Halbleiterchip 8 befestigt werden. Danach kann das Zwischenstück 7 durch Löten gleichzeitig mit der Montage des flexiblen Filmträgers 2 mit der gedruckten Leiterplatte 4 verbunden werden.
Es sollte jedoch angemerkt werden, daß es in gewissen Situationen wünschenswert sein könnte, den Halbleiterchip 8 rückseitig direkt mit der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 4 ohne die Verwendung eines Zwischenstückes 7 zu verbinden. Wenn zum Beispiel die gedruckte Leiterplatte 4 aus einem oder mehreren Materialien besteht, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient ziemlich genau mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterchips 8 zusammenfällt, der rückseitig mit der Leiterplatte 4 verbunden werden soll, und wenn die Forderungen nach Wiederaufarbeitung nicht von großer Bedeutung sind, dann kann es wünschenswert sein, zum Beispiel durch Löten oder durch die Verwendung von thermisch leitendem Epoxid den Halbleiterchip 8 rückseitig direkt mit der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 4 zu verbinden.
Der Rahmen 3 ist ein rechteckiges in sich geschlossenes Bauteil, das an den Kanten des flexiblen Films 6 des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip befestigt ist, und kann auf dem Rahmen 3 Positionieröffnungen (nicht dargestellt) zur Orientierung des flexiblen Films 6 während der Herstellung des flexiblen Films 6 und während der Montage des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip auf der gedruckten Leiterplatte 4 umfassen. Falls gewünscht, können zum Zwecke dieser Orientierung Nuten oder Kerben oder andere solche Mittel am Rahmen 3 verwendet werden. Der Rahmen 3 hat mit denen des flexiblen Films 6 vergleichbare Abmessungen. Wenn zum Beispiel der flexible Film 6 etwa 44,1 Millimeter (etwa 1,735 Zoll) im Quadrat groß ist, dann könnte der Rahmen 3 ein in sich geschlossenes Quadrat mit etwa 44,1 Millimeter (etwa 1,735 Zoll) äußerer Kantenlänge des Quadrates, einer Höhe (Dicke) von etwa 1,6 Millimeter (etwa 0,062 Zoll) und einer Rahmenbreite von im Grunde genommen beliebiger Abmessung sein, vorausgesetzt, daß sie keinerlei Schaltung auf dem flexiblen Film 6 des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip überdeckt.
Die grundlegende Funktion des Rahmens 3 besteht darin, die Handhabung des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip während seiner Herstellung und der Montage des Trägers 2 auf der Leiterplatte 4 zu verbessern. Nach der Montage des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip auf der gedruckten Leiterplatte 4 wird der Rahmen 3 vom flexiblen Film 6 vorzugsweise entfernt, zum Beispiel durch Abschneiden des Rahmens 3 vom flexiblen Film 6. Es wird dadurch vermieden, daß Potentialbewegungen des Rahmens 3 die inneren Leiterkontaktierungsflächen zwischen dem Halbleiterchip 8 und der Leiterplatte 4 und die äußeren Leiterkontaktierungen (Abstandshalter 10) zwischen dem flexiblen Film 6 und der Leiterplatte 4 nach der Montage des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip auf der Leiterplatte 4 ungünstig beeinflussen. Wenn natürlich der Rahmen 3 so klein (dünn) ist, daß seine Potentialbewegung hinsichtlich der Integrität der inneren und/oder äußeren Leiterkontaktierungen ohne Belang ist, dann könnte es nicht notwendig sein, den Rahmen 3 zu entfernen. Auch wenn irgendein weiterer Zweck vorhanden ist, dem der Rahmen 3 nach der Montage des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip auf der Leiterplatte 4 dienen könnte, dann bleibt, wenn gewünscht, der Rahmen 3 an Ort und Stelle.
Obgleich in den Figuren 1 und 2 der Rahmen 3 als ringförmiges Bauteil dargestellt ist, kann der Rahmen 3 eine beliebige aus einer ganzen Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen annehmen und kann aus einem beliebigen aus einer ganzen Anzahl von unterschiedlichen Materialien oder aus Kombinationen von unterschiedlichen Materialien gefertigt werden. Grundsätzlich sollte der Rahmen 3 die folgenden Eigenschaften haben. Er sollte im wesentlichen chemisch inert gegenüber Chemikalien sein, die zum Beispiel bei der Belichtung, Entwicklung, bei Ätz- oder Reinigungsvorgängen benutzt werden, die bei der Erzeugung der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 auftreten. Außerdem sollte der Rahmen 3 starr oder halbstarr sein, und das in dem Sinne, daß er im wesentlichen eben auf einer planaren Oberfläche aufliegt, so daß sein gesamter Umfang sich tatsächlich in Kontakt mit der planaren Oberfläche befindet. Zusätzlich sollte der Rahmen 3 in der Lage sein, die Kontaktierungstemperaturen auszuhalten, die bei der Kontaktierung der Abstandshalter 10 mit den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 oder mit den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte 4 auftreten können. Schließlich sollte der Rahmen 3 in der Lage sein, die Temperaturen beim Chipverbindungsvorgang auszuhalten, die auftreten können, wenn der Halbleiterchip 8 oder ein oder mehrere andere derartige elektronische Bauelemente mit den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 verbunden werden.
Der Rahmen 3 kann zum Beispiel eine quadratische oder rechteckige, ringförmige Struktur umfassen, die aus relativ dünnem Aluminium mit einer Dicke zwischen beispielsweise etwa 50,8 Mikrometer (etwa 0,002 Zoll) und 177,8 Mikrometer (etwa 0,007 Zoll) gefertigt wird. Dieses relativ dünne, den Rahmen 3 bildende Aluminium kann Teil eines zeitweilig massiven planaren Aluminiumträgers sein, auf dem zuerst der beschaltete flexible Film 6 erzeugt wird und der mit Ausnahme des Teiles des Aluminiumträgers entfernt wird, der als der Rahmen 3 zurückbleiben soll. Der unerwünschte Teil des Aluminiumträgers könnte zum Beispiel durch Ausätzen des Aluminiums mit Salzsäure entfernt werden, wobei derjenige Teil des Aluminiumträgers, der als der Rahmen 3 zurückbleiben soll, mit einem Fotolack oder einer anderen Maske geschützt wird.
Anderenfalls könnte der Rahmen 3 eine quadratische oder rechteckige, ringförmige Struktur aus relativ dünnem Aluminium umfassen, wie es vorstehend beschrieben wurde, das auf einer passenden dickeren in sich geschlossenen Struktur aus Titan montiert ist. Das Titan kann zum Beispiel eine Dicke von etwa 1,6 Millimeter (etwa 0,062 Zoll) haben. Das relativ dünne ringförmige Aluminiumbauteil könnte mit Hilfe einer Klebstoffschicht auf dem dickeren ringförmigen Bauteil aus Titan montiert werden. Diese kombinierte Aluminium-/Titanstruktur könnte in einigen Fällen bevorzugt werden, da der thermische Ausdehnungskoeffizient von Titan mit dem von epoxidharzimprägniertem Glasfasergewebe oder anderem derartigen Material vergleichbar ist, das wahrscheinlich der Grundwerkstoff sein soll, aus dem die Leiterplatte 4 besteht. Wie jedoch schon früher angemerkt, kann der Rahmen 3 aus einem beliebigen aus einer ganzen Anzahl von unterschiedlichen Materialien oder Kombinationen von unterschiedlichen Materialien einschließlich solcher Werkstoffe wie rostfreiem Stahl, Kupfer, Polysulfon und/oder Polyimid bestehen, wobei ein solches Polyimidmaterial das unter dem Handelsnamen "KAPTON" verkaufte Material der Firma E. I. Du Pont de Nemours and Company sein kann, die eine Niederlassung in 1007 Market Street, Wilmington, Delaware, hat.
Vorzugsweise umfaßt der flexible Film 6 eine relativ dünne Polyimidfolie mit einer Dicke von beispielsweise zwischen 5,1 und 7,6 Mikrometer (etwa 0,0002 bis 0,0003 Zoll) und einer auf zumindest einer Seite der Polyimidfolie erzeugten Schaltung, wie sie beispielsweise in der US-Patentanmeldung US-A-4681654 mit dem Titel "Flexible Film Semiconductor Chip Carrier" beschrieben wird. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß in Abhängigkeit davon, welches Produkt man fertigen möchte, wie das Produkt eingesetzt werden soll und welche sonstigen Faktoren noch zu berücksichtigen sind, es wünschenswert sein könnte, für den flexiblen Film 6 ein anderes Material oder andere Materialien als Polyimid zu verwenden.
Bei den meisten Anwendungsgebieten, die als flexiblen Film 6 eine Polyimidfolie verwenden, sollte die Polyimidfolie eine Dicke unterhalb von etwa 12,7 Mikrometer (etwa 0,0005 Zoll) haben, damit während des thermischen Durchlaufes des Polyimides während der Herstellung und beim Einsatz der elektronischen Bauelementstruktur ein Spannungsabbau erfolgen kann.
Diese Polyimidfolie kann in der Länge und Breite so beliebige Abmessungen haben, wie sie während des zur Herstellung des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip angewandten Verfahrens gehandhabt werden können. Das Polyimid sollte jedoch nicht so dünn sein, daß es seine strukturelle Unversehrtheit verliert und dann nicht als strukturell kontinuierliche dielektrische Schicht funktionieren kann. Bei einigen Anwendungsfällen könnte für die Polyimidfolie eine Dicke zwischen etwa 12,7 und 25,4 Mikrometer (0,0005 bis 0,001 Zoll) wünschenswert sein. Um jedoch den vorher erwähnten Abbau thermischer Spannungen zu realisieren, besonders wenn zwischen dem Halbleiterchip 8 und den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 Chipverbindungen durch gesteuerte Knickung (C-4) 9 benutzt werden, ist es vorteilhaft, wenn das Polyimid nicht dicker als etwa 25,4 Mikrometer (etwa 0,001 Zoll) ist. Wenn zwischen dem Halbleiterchip 8 und den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 andere Arten von Zwischenverbindungen verwendet werden, dann kann es angemessen und in gewissen Situationen wünschenswert sein, als flexiblen Film 6 eine dickere Polyimidfolie zu verwenden. Wenn zum Beispiel eine Technologie des Thermodruckbondens zur Herstellung der Zwischenverbindungen zwischen dem Halbleiterchip 8 und den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 verwendet wird, dann kann die Polyimidfolie, die den flexiblen Film 6 bildet, eine Dicke bis zu etwa 127,0 Mikrometer (etwa 0,005 Zoll) haben.
Das den flexiblen Film 6 bildende Polyimid 6 kann eines aus einer Vielzahl von spezifischen Materialien sein. Es kann zum Beispiel Polyimid "5878" verwendet werden, das ein aus den Monomeren pyromellitisches Dianhydrid und Oxidianilin (üblicherweise als "PMDA-ODA" bezeichnet) gebildet wird und bei E. I. Du Pont de Nemours and Company lieferbar ist. Dieses Polyimid "5878" ist ein durch Thermokondensation gebildeter Polyimid-Polymer und grundsätzlich ein hochtemperaturbeständiges elastisches Material.
Das heißt, es kann Verarbeitungstemperaturen bis zu ungefähr 400 ºC aushalten und kann gedehnt werden.
Die Schaltung (nicht dargestellt) auf dem flexiblen Film 6 ist vorzugsweise eine Schaltung mit relativ feinen Schaltungsleitungen, bei der die einzelnen Schaltkreiselemente ein Höhe (Dicke) von ungefähr 7,6 Mikrometer (0,0003 Zoll) und eine Breite von ungefähr 25,4 Mikrometer (etwa 0,001 Zoll) haben. Es sollte jedoch angemerkt werden, daß die Dicke und die Breite der Schaltungsleitungen in Abhängigkeit von Faktoren variieren können, wie etwa den Möglichkeiten des zur Erzeugung der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 benutzten Verfahrens, dem voraussichtlichen Einsatzgebiet der Schaltung und dem Betriebsverhalten, das von der Schaltung erwartet wird, und dem gesamten Aufbau des elektronischen Bauelementes.
Die Schaltung auf dem flexiblen Film 6 umfaßt ebenfalls vorzugsweise ein metallurgisches System Chrom/Kupfer/Chrom (Cr/Cu/Cr), das durch photolithographische und Ätztechnologien verkörpert wird, wie sie in den US-Patentanmeldungen US-A-4 231 154, 4 480 288 und 4 517 051 beschrieben werden, die genau wie die vorliegende Patentanmeldung auf die International Business Machines Corporation, Armonk, New York, übertragen worden sind. Der flexible Film 6 kann eine Schaltung haben, die nur auf einer Seite erzeugt worden ist, oder er kann, falls das wünschenswert ist, Schaltungen mit dazwischenliegenden Durchschaltkontakten auf beiden Seiten haben, wie es beispielsweise in den vorher erwähnten US-Patenten 4 480 288 und 4 517 051 beschrieben wird.
Die Schaltung auf dem flexiblen Film 6 umfaßt, wie in Figur 1 und 2 dargestellt, die inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 zur Verwendung bei der Montage des Halbleiterchips 8 oder eines oder mehrerer anderer solcher elektronischen Bauelemente auf dem flexiblen Film 6, und die äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 zur Verwendung bei der Montage des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiter auf der gedruckten Leiterplatte 4. Vorzugsweise besteht jede äußere Leiterkontaktierungsfläche 11 und jede innere Leiterkontaktierungsfläche 16 aus Kupfer, das mit einer Goldschicht überzogen ist, damit die Kontaktierung der Abstandshalter 10 und der C-4 9 mit den Kontaktflächen 11 beziehungsweise 16 verbessert wird. Aus ökonomischen oder aus anderen Gründen können jedoch, wenn es erwünscht ist, zum Beispiel die Kontaktflächen 11 und 16 einfach nur aus Kupfer bestehen, oder sie können aus einem beliebigen anderen aus einer Vielzahl von Leitermaterial oder -materialien gefertigt werden, was jedem Fachmann völlig klar ist, dem die vorliegende Erfindung dargelegt wird.
Die inneren Kontaktierungsflächen 16 und die äußeren Kontaktierungsflächen 11 auf dem flexiblen Film 6 können vom Grundsatz her jegliche gewünschte Größe und/oder Vorrichtung haben, wie etwa rund, länglich, quadratisch oder rechteckig. Die Überlegungen hinsichtlich der Größe und der Anordnung der Kontaktierungsflächen 11 und 16 betreffen Faktoren wie etwa die beabsichtigte Verwendung (den Einsatz) der Schaltung auf dem flexiblen Film 6, die Übereinstimmung mit der zur Erzeugung der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 benutzten Verfahren, die Übereinstimmung mit den Abstandshaltern und den C-4, die für die Kontaktierung auf den Kontaktierungsflächen 11 und 16 vorgesehen sind, und andere solche Faktoren. Hinsichtlich ihres Abstandes untereinander sollten die äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 einen solchen Abstand untereinander haben, daß die Abstandshalter 10 nicht berührt (elektrisch kurzgeschlossen) werden, wenn die Abstandshalter 10 mit den Kontaktierungsflächen 11 verbunden werden. Diese gleichen Überlegungen hinsichtlich des Abstandes gelten auch für den Abstand der inneren Leiterkontaktierungsflächen 16, mit denen die Chipverbindungen durch gesteuerte Knickung (C-4) 9 durchgeführt werden.
Gleichermaßen sind vorzugsweise alle äußeren Leiterkontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte 4 aus Kupfer gefertigt, das mit einer Goldschicht überzogen ist, um die Verbindung der Abstandshalter 10 mit den Kontaktierungsflächen 12 zu verbessern. Wenn es jedoch beispielsweise aus ökonomischen oder anderen Gründen wünschenswert ist, können die Kontaktierungsflächen 12 einfach nur aus Kupfer gefertigt werden, oder sie können aus einem oder mehreren beliebigen aus einer großen Anzahl anderer solcher Leiterwerkstoffe hergestellt werden, was jedem Fachmann völlig klar ist, dem die vorliegende Erfindung dargelegt wird.
Ebenso wie bei den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 und den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 können die äußeren Leiterkontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der Leiterplatte 4 vom Grundsatz her jegliche gewünschte Größe und/oder Anordnung haben, wie etwa rund, länglich, quadratisch oder rechteckig. Die Überlegungen hinsichtlich der Größe und der Anordnung der Kontaktierungsflächen 12 betreffen Faktoren wie etwa die beabsichtigte Verwendung (das Einsatzgebiet) der Schaltung auf der Leiterplatte 4, die Übereinstimmung mit dem für die Schaltung auf der Leiterplatte 4 verwendeten Verfahren, die Übereinstimmung mit den Abstandshaltern 10, die mit den Kontaktierungsflächen 12 verbunden werden sollen, und andere solche Faktoren. Hinsichtlich des Abstandes zwischen den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 12 sollte der Abstand so beschaffen sein, daß er mit dem Abstand der äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 auf dem flexiblen Film 6 übereinstimmt, und der Abstand sollte so gewählt werden (wie schon vorstehend hinsichtlich des Abstandes der äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 auf dem flexiblen Film 6 erwähnt), daß sichergestellt ist, daß die Abstandshalter 10 nicht berührt (elektrisch kurzgeschlossen) werden, wenn die Abstandshalter 10 mit den Kontaktierungsflächen 12 verbunden werden.
Jeder vorgeformte Abstandshalter 10 besteht, wie in der Figur 1 und 2 zu sehen ist, aus einem zwischen den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 und den Kontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte 4 angeordneten Zylinder. Wenn zum Beispiel jede Kontaktierungsfläche 11 und 12 ganz allgemein rechtwinklig ist mit einer Breite von ungefähr 254,0 Mikrometer (etwa 0,010 Zoll) und einer Länge von ungefähr 726,0 Mikrometer (etwa 0,030 Zoll) und die Höhe nach dem Zusammenbau (h) des Halbleiterchips 8 und des Zwischenstückes 7 ungefähr 762,0 Mikrometer (etwa 0,030 Zoll) beträgt, dann könnte jeder Abstandshalter 10 ein elektrisch leitender Zylinder mit einer Höhe von ungefähr 762,0 Mikrometer (etwa 0,030 Zoll) und einem Durchmesser von ungefähr 254,0 Mikrometer (etwa 0,010 Zoll) sein.
Auf diese Weise wird der flexible Film 6 durch die Abstandshalter 10 im wesentlichen in einer Ebene abgestützt, wenn der flexible Filmträger 2 für den Halbleiterchip auf der Leiterplatte 4 montiert wird. Wie obenstehend schon besprochen, ist die Planarstruktur des flexiblen Films 6 eine überaus wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung, da sie viele mit der nicht planaren ("zeltförmigen") Struktur des flexiblen Films 6 verbundenen Angelegenheiten und Probleme ausschaltet und/oder vermindert.
Außerdem sollte angemerkt werden, daß die Abstandshalter 10 aus einem beliebigen aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Materialien oder Kombinationen von unterschiedlichen Materialien gefertigt sein können, wie etwa aus Lötmittel, mit Lötmittel beschichtetem Kupfer, rostfreiem Stahl, Nickel oder anderem(n) derartigen elektrisch leitenden Material(ien).
Bei einigen Anwendungsgebieten kann es wünschenswert sein, Abstandshalter 10 zu benutzen, die aus Kupferdrähten bestehen, die mit einer Schicht des eutektischen Pb/Sn-Lötmittels (37% Pb/63% Sn) überzogen sind. Die Abstandshalter 10 können beispielsweise aus einem allgemein zylindrischen Kupferdraht mit einem Durchmesser von ungefähr 254,0 Mikrometer (etwa 0,010 Zoll) und einer Höhe von ungefähr 762,0 Mikrometer (etwa 0,030 Zoll) bestehen, der mit einem eutektischen Pb/Sn-Lötmittel in einer Dicke von ungefähr 50,8 Mikrometer (etwa 0,002 Zoll) überzogen ist. Im Vergleich mit Abstandshaltern, die aus Lötmittelkugeln aus 95 % Pb und 5 % Sn bestehen, haben solche Kupferdrähte mit Lötmittelüberzug Vorteile hinsichtlich einer höheren elektrischen Leitfähigkeit und einer besseren maßlichen Stabilität. Außerdem ist es leichter, solche lötmittelüberzogenen Kupferdrähte mit gleichförmigen Abmessungen herzustellen, als Lötmittelkugeln aus 95 % Pb/5 % Sn in gleichförmigen Abmessungen herzustellen.
In Bezug auf Figur 3 wird eine perspektivische Ansicht der entfernbaren Halterung 18 dargestellt, der die vorgeformten Abstandshalter 10 beim Kontaktieren (Verbinden) der Abstandshalter 10 mit den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 auf dem flexiblen Film 6 des Halbleiterchipträgers 2 und mit den entsprechenden (passenden) äußeren Leiterkontaktierungsflächen 12 auf der gedruckten Leiterplatte 4 in ihrer Lage festhält. Es sollte angemerkt werden, daß die vorgeformten Abstandshalter 10 vom Grundsatz her in jedem gewünschten Muster in der Halterung 18 gehalten (eingebettet) werden können. Wie in Figur 1 bis 3 dargestellt ist, besteht die Halterung 18 aus einem Materialkörper (einer Schicht), wobei jeder zylindrische Abstandshalter 10 so in die Halterung 18 eingebettet ist, daß die Längsachse jedes Abstandshalters 10 sich im wesentlichen im rechten Winkel zur Ebene der Halterung 18 befindet. Die exakte Anordnung der Halterung 18 mit den Abstandshaltern 10 kann in Abhängigkeit vom speziellen Anwendungsgebiet variieren.
Wenn es in gewissen Situationen wünschenswert ist, dann kann die Halterung 18 auch dazu benutzt werden, den Halbleiterchip 8 in seiner Position festzuhalten, wenn der Halbleiterchip 8 mit den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 auf dem flexiblen Film 6 des Halbleiterchipträgers 2 kontaktiert (verbunden) wird. Wenn zum Beispiel der Halbleiterchip 8 und die Abstandshalter 10 durch die Halterung 18 in ihren Positionen festgehalten werden, dann kann ein optisches Strukturerkennungssystem dazu benutzt werden, die C-4 9 auf dem Halbleiterchip 8 und die Abstandshalter 10 mit den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 beziehungsweise den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiter genau auszurichten. Die genaue Ausrichtung der C- 4 9 in Bezug auf die inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 ist notwendig, weil mit der Positionierung des Halbleiterchips 8 durch die Halterung 18 die Fähigkeit zur Selbstausrichtung der C-4 9 auf dem Halbleiterchip 8 in Bezug auf die inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 in Bezug auf die üblichen Herstellverfahren für die C-4-Zwischenverbindungen zwischen einem Halbleiterchip und seinen Kontaktierungsflächen herabgesetzt wird. Diese Montagebaugruppe kann anschließend erhitzt werden, damit die C-4 9 mit dem Chip und die Abstandshalter 10 mit ihren inneren beziehungsweise äußeren Leiterkontaktierungsflächen 16 und 11 auf dem flexiblen Filmträger 2 verbunden werden. Zur besseren Erläuterung ist in Figur 3 nur eine Öffnung 20 in der Halterung 18 zur Aufnahme des Halbleiterchips 8 dargestellt, und der Halbleiterchip 8 ist selbst nicht dargestellt. Ebenso sind zur besseren Erläuterung in der Figur 3 nur einige der vorgeformten Abstandshalter 10 so dargestellt, wie sie in der Halterung 18 aufgenommen sind. Es ist jedoch so zu verstehen, daß alle Öffnungen in der Halterung 18 (ausgenommen die Öffnung 20) , wie er in Figur 3 dargestellt ist, dafür bestimmt sind, einen Abstandshalter 10 zu enthalten.
Vorzugsweise besteht die Halterung 18 aus einem einzigen Material, wie zum Beispiel aus Polysulfonschaum, der chemisch gelöst und weggewaschen (entfernt) werden kann, wenn sich dies als wünschenswert erweisen sollte. Die Halterung 18 kann jedoch, falls gewünscht, auch auf eine andere Art und Weise aufgebaut und/oder aus einem oder mehreren anderen Materialien hergestellt werden. Die Halterung 18 könnte zum Beispiel aus mehreren Teilen eines Materials aufgebaut sein, oder die Halterung 18 könnte aus einem Material, wie es etwa eine Folie (Film) aus löslichem Flußmittel wäre, bestehen. Eine wesentliche Eigenschaft der Halterung 18 besteht darin, daß sie entfernbar, vorzugsweise löslich ist, zum Beispiel durch chemische oder mechanische Mittel, die für die spezifische elektronische Bauelementstruktur, die wünschenswerterweise unter Einsatz der Halterung 18 erzeugt werden soll, und für die bei der Herstellung dieser Struktur verwendeten Verfahren verträglich sind.
Die Halterung 18 ist, wie in Figur 3 dargestellt, in Größe und Form so gestaltet, daß sie mit der Größe und der Form des flexiblen Films 6, auf dem der Halbleiterchip 8 und die Abstandshalter 10 angebracht werden sollen, übereinstimmt. Wenn zum Beispiel der flexible Film 6 ein Polyimidfilm von ungefähr zwei Zoll im Quadrat ist, und wenn es gewünscht wird, zylindrische Abstandshalter 10, von denen jeder eine Höhe von ungefähr 762,0 Mikrometer (etwa 0,030 Zoll) haben soll, auf den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 des flexiblen Films 2 zu montieren, dann könnte die Halterung 18 aus einer ungefähr zwei Zoll im Quadrat großen Polysulfonschaumfolie mit einer Dicke von ungefähr 635,0 Mikrometer (etwa 0,025 Zoll) bestehen. Das Muster der Abstandshalter 10 in der Halterung 18 wird so entworfen, daß es mit dem Muster der äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 auf dem flexiblen Film 6 des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip übereinstimmt, für den die Anbringung der Abstandshalter gewünscht wird, und daß es mit dem entsprechenden (passenden) Muster der Kontaktierungsflächen 12 auf der gedruckten Leiterplatte 4 übereinstimmt, auf der der Halbleiterchipträger 2 montiert werden soll. Außerdem ist die Öffnung 20 in der Halterung 18 so konstruiert, daß sie den Halbleiterchip 8 in Bezug auf die inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 des flexiblen Films 6 so aufnimmt und festhält, daß die Montage des Halbleiterchips 8 auf den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 des flexiblen Films 6 unter Verwendung der in Figur 1 dargestellten C-4 9 erleichtert wird. Andererseits kann die Öffnung 20 einfach ein Lochbild für den Halbleiterchip 8 zur Verfügung stellen, der auf dem flexiblen Film 6 mit Hilfe eines anderen Verfahrens vor der Anbringung der Abstandshalter 10 an den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 des flexiblen Films 6 unter Verwendung der Halterung 18 montiert werden könnte.
Das Verfahren zur Kontaktierung der äußeren Leiter des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip auf der gedruckten Schaltung 4 gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in folgendem. Zuerst werden die Abstandshalter 10 in der Halterung 18 positioniert (eingebettet). Wenn die Halterung 18 zum Beispiel aus Polysulfonschaum hergestellt ist und jeder Abstandshalter 10 ein Lötmittelzylinder mit einem Kupferkern ist, dann kann jeder zylindrische Abstandshalter 10 einfach in eine Position innerhalb der Halterung 18 eingesetzt werden, wobei die Längsachse jedes Abstandshalters 10 sich im rechten Winkel mit der Ebene der Halterung 18 befindet. Dann wird ein Lötflußmittel, wie etwa ein schwach aktiviertes Kolophonium-Flußmittel (RMA-Flußmittel) auf die Abstandshalter 10 in der entfernbaren Halterung 18 und auf die äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 auf dem beschalteten flexiblen Film 6 des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip aufgebracht. Nach der Aufbringung des Flußmittels wird die Halterung 18 mit den Abstandshaltern 10 über dem flexiblen Filmträger 2 für den Halbleiterchip positioniert, wobei die Abstandshalter 10 in der Halterung 18 optisch ausgerichtet und in Kontakt mit den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 auf dem beschalteten flexiblen Film 6 des Trägers 2 gebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der Halbleiterchip 8 auch in die Öffnung 20 in der Halterung 18 eingesetzt werden, und die C-4 9 des Halbleiterchips 8 können ausgerichtet und in Kontakt mit den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 auf dem beschalteten flexiblen Film 6 gebracht werden, wenn die Halterung 18 so konstruiert ist, daß er den Halbleiterchip 8 zu diesem Zwecke tragen (festhalten) soll. Anderenfalls kann der Halbleiterchip 8 schon vorher unter Verwendung eines konventionellen Verfahrens, wie etwa des Aufschmelzlötens, an den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 montiert worden sein.
Nach der Positionierung der Halterung 18 mit den Abstandshaltern 10 auf den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip wird diese gesamte Montageanordnung erhitzt, zum Beispiel in einem konventionellen Aufschmelzlötofen, damit das Lötmittel der Abstandshalter 10 auf den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 des flexiblen Films 6 aufschmilzt und dabei die Abstandshalter 10 mit den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 kontaktiert. Wenn die C-4 9 des Halbleiterchips 8 zu diesem Zeitpunkt noch nicht mit den inneren Leiterkontaktierungsflächen 16 (C-4-Kontaktierungsflächen) des beschalteten flexiblen Films 6 verbunden sind, dann können sie jetzt auch aufgeschmolzen werden, um jeden C-4 9 mit seiner zugehörigen inneren Leiterkontaktierungsfläche 16 zu kontaktieren. Nach dem vorbeschriebenen Aufschmelzlötvorgang wird der flexible Filmträger 2 des Halbleiterchips mit den Abstandshaltern 10 und der mit ihnen kontaktierte Halbleiterchip 8 in der Halterung 18 abgekühlt, beispielsweise durch Entnahme dieses Bauteils aus dem Aufschmelzlötofen und ihre Abkühlung auf Raumtemperatur. Nach der Abkühlung des Bauteiles kann das Zwischenstück 7 unter Verwendung eines thermisch leitenden Epoxids an der Oberseite des Halbleiterchips 8 befestigt werden, wie es schon vorher erläutert wurde, falls der Einsatz eines solchen Zwischenstückes 7 erwünscht ist. Das Bauteil ist dann zur Montage auf der gedruckten Leiterplatte 4 oder anderen solchen elektronischen Substraten der zweiten Ebene fertig.
Der flexible Filmträger 2 für den Halbleiterchip wird als nächstes mit den Abstandshaltern 10 und dem darauf kontaktierten Halbleiterchip 8 in der Halterung 18 auf der gedruckten Leiterplatte 4 wie folgt montiert. Zuerst wird ein Lötflußmittel, wie etwa schwach aktiviertes Kolophonium-Flußmittel (RMA-Flußmittel) auf die Kontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte 4 aufgebracht, wobei die Kontaktierungsflächen 12 gemäß der üblichen Praxis vorher mit einem Lötmittel überzogen (verzinnt) worden sein können. Außerdem wird gleichzeitig der Oberflächenbereich der Leiterplatte 4, auf dem das Zwischenstück 7 montiert werden soll, verzinnt und mit Flußmittel überzogen. Dann wird das vorher beschriebene Bauteil des flexiblen Filmträgers 2 für den Halbleiterchip mit den daran kontaktierten (montierten) Abstandshaltern 10 und dem in der Halterung 18 befindlichen Halbleiterchip 8 über der gedruckten Leiterplatte 4 so positioniert, daß sich jeder Abstandshalter 10 in Kontakt mit den entsprechenden passenden Kontaktierungsflächen 12 auf der gedruckten Schaltung 4 und daß sich das Zwischenstück 7 auf der Oberseite des Halbleiterchips 8 in Kontakt mit der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 4 befinden. Vorzugsweise kann diese Positionierung dadurch erfolgen, daß man eine Aufnahmevorrichtung verwendet, wie sie etwa in der vorher erwähnten EP-A-281899 beschrieben wird. Es kann jedoch jede geeignete Positioniertechnologie verwendet werden. Wenn die vorerwähnte Struktur wie gewünscht auf der gedruckten Leiterplatte 4 positioniert worden ist, dann wird die gesamte Montagebaugruppe erhitzt, um die Abstandshalter 10 mit den Kontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte 4 und das Zwischenstück 7 auf der Oberseite des Halbleiterchips 8 mit der Oberfläche auf der gedruckten Leiterplatte 4 zu kontaktieren. Die Montagebaugruppe kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technologie erhitzt werden, zum Beispiel kann die Montagebaugruppe in einer konventionellen Gasphasen-Aufschmelzlöteinrichtung erhitzt werden.
Wenn die Abstandshalter 10 mit den äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 des Halbleiterchipträgers 2 und mit den entsprechenden Kontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der Oberfläche der Leiterplatte 4 verbunden worden sind, und das Zwischenstück 7 wie vorstehend beschrieben mit der Oberfläche der Leiterplatte 4 verbunden worden ist, dann wird diese Montagebaugruppe abgekühlt, und die gedruckte Leiterplatte 4 mit dem darauf montierten flexiblen Filmträger 2 für den Halbleiterchip bleibt zurück, wobei der flexible Film 6 des Trägers 2 durch die Abstandshalter 10 im wesentlichen in einer Ebene oberhalb der Oberfläche der Leiterplatte 4 wie gewünscht gehalten wird. Dann wird, vorzugsweise wie vorher beschrieben, die Halterung 18 durch Auflösen und Wegwaschen entfernt. Wenn die Halterung 18 beispielweise, wie vorher beschrieben, aus Polysulfonschaum besteht, dann kann die Halterung 18 durch einen konventionellen Dampfentfettungsvorgang aufgelöst und weggewaschen werden, wobei man eine Flüssigkeit wie etwa Methylenchlorid benutzt. Die Einwirkungszeit und -temperatur und andere solche Faktoren zum Vorgang der Dampfentfettung können von einem entsprechenden Fachmann, für den ja die vorliegende Erfindung dargelegt wird, einfach bestimmt werden, da sie von Faktoren abhängen, wie etwa der Masse der Halterung 18 aus Polysulfonschaum, die entfernt und ausgewaschen werden soll. Wenn gewünscht, kann die Halterung 18 anderenfalls unter Einsatz von unterschiedlichen chemischen, mechanischen oder anderen solchen geeigneten Technologien entfernt werden. Dann kann der Rahmen 3 für den flexiblen Filmträger 2 für den Halbleiterchip, wenn er nicht schon vorher entfernt worden ist, abgeschnitten oder anderweitig geeignet entfernt werden, es sei denn, der Rahmen 3 soll weiterhin noch benutzt werden, nachdem der Träger 2, wie schon vorher erläutert, auf der Leiterplatte 4 montiert worden ist.
Es sollten einige Vorzüge des vorstehenden Verfahrens und der vorstehenden Einrichtung zur Montage eines flexiblen Filmträgers 2 für einen Halbleiterchip auf einer gedruckten Leiterplatte 4 und der daraus resultierenden elektronischen Bauelementstruktur angemerkt werden. Erstens ermöglichen es das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, daß der flexible Filmträger 2 für den Halbleiterchip auf der gedruckten Leiterplatte 4 in einer Planarstruktur anstelle einer nichtplanaren ("zeltförmigen") Struktur montiert wird. Wie schon vorher erläutert, hat die Planarstruktur gegenüber einer zeltförmigen Struktur aus einer Reihe von Gründen Vorzüge, wie etwa, daß unter dem Träger 2 bessere Reinigungsmöglichkeiten bestehen, wenn er einmal auf der Platte 4 montiert ist, daß die Ausrichtung der äußeren Leiterkontaktierungsflächen 11 der Schaltung auf dem flexiblen Film 6 des Halbleiterchipträgers 2 gegenüber den Kontaktierungsflächen 12 der Schaltung auf der gedruckten Leiterplatte 4 erleichtert wird, daß mit der Zeltstruktur verbundene unerwünschte Spannungen ausgeschaltet werden und daß ein elektrischer Kurzschluß zwischen dem Träger 2 und den Kanten des Halbleiterchips 8 ausgeschlossen wird. Außerdem sind das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einfach und leicht anzuwenden und sind geeignet für den Einsatz in einer Fertigungsumgebung. Außerdem besteht eine besonders einzigartige Eigenschaft der vorstehend beschriebenen elektronischen Bauelementstruktur in der Dichte der Verdrahtungsebene des beschalteten flexiblen Films 6 zur gedruckten Leiterplatte 4, die die Masserückleitung für die Drähte (Schaltungsleitungen) auf dem flexiblen Film 6 umfaßt. Das bedeutet, daß die Höhe der Verdrahtungsebene des beschalteten flexiblen Films 6 oberhalb der gedruckten Leiterplatte 4 im Vergleich zu fast allen anderen Halbleitermontageschaltungen mit Ausnahme der DCA (direkte Chipbefestigung) sehr klein ist. Die Bedeutung dieser Tatsache besteht darin, daß die Induktivität des elektronischen Bauelementes herabgesetzt wird, da der "Schleifenbereich" zwischen einem Draht (einer Schaltleitung) und ihrer Masserückleitung herabgesetzt wird. Diese verminderte Induktivität verbessert die hochfrequenten Eigenschaften der Schaltleitungen und erhöht die Anzahl der gleichzeitig geschalteten Schaltkreisleitungen, die zum Beispiel beim Einsatz in einem Digitalcomputer benutzt werden können.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden eines beschalteten flexiblen Films (6), der zumindest einen elektronischen Bauteil (8) enthält, welcher an inneren Leiterkontaktierungsflächen (16) des Films (6) montiert werden soll, mittels äußerer Zuleitungen mit einem beschalteten Substrat (4), auf dem sich Befestigungsflächen (12) befinden, die in ihrem Muster zu einem entsprechenden Muster von äußeren Leiterkontaktierungsflächen (11) auf dem beschalteten flexiblen Film passen, wobei das Verfahren Schritte beinhaltet:

zylindrische, elektrisch leitfähige, in einen entfernbaren Halter (18) eingebettete Abstandshalter (10) werden an den äußeren Leiterkontaktierungsflächen auf dem beschalteten flexiblen Film angebracht, wobei der Halter der Abmessung und Gestalt des flexiblen Films angepaßt ist und mit zumindest einer Öffnung zur Aufnahme des zumindest einer Öffnung zur Aufnahme des zumindest einen elektronischen Bauteils (8) versehen ist, die Abstandshalter, deren Längsachse senkrecht zu der Ebene des Halters verlaufen, so dimensioniert und geformt sind, daß sie den beschalteten flexiblen Film in einer Ebene oberhalb der Oberfläche des beschalteten Substrats physisch abstützen, wenn der beschaltete flexible Film, auf dem beschalteten Substrat montiert ist, und die Höhe der Abstandshalter etwa gleich der Höhe des zumindest einen elektronischen Bauteils gewählt ist, so daß die Hinterseite des zumindest einen elektronischen Bauteils in engen Kontakt mit dem beschalteten Substrat (4) gelangt,

der beschaltete flexible Film mit den darauf angebrachten Abstandshaltern wird auf dem beschalteten Substrat angeordnet, wobei jeder der Abstandshalter mit seiner entsprechenden Kontaktierungsfläche auf dem beschalteten Substrat in Kontakt steht, und

die Abstandshalter werden mit den Kontaktierungsflächen auf dem beschalteten Substrat verbunden, wodurch der beschaltete flexible Film fest auf dem beschalteten Substrat montiert ist, und der zumindest ein elektronisches Bauteil wird an dem Substrat angebracht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiters den Schritt aufweist, daß nach dem Verbinden der Abstandshalter mit den Kontaktierungsflächen auf dem beschalteten Substrat der Halter (18) entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Halter (18) aus Polysulfonschaum hergestellt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Schritt des Entfernen des Polysulfonschaum-Halters (18) im Auflösen und wegwaschen des Halters besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Schritt des Auflösens und Wegwaschens des Polysulfonschaum-Halters (18) im Eintauchen des Halters in Methylenchlorid besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, bei welchem jeder der Abstandshalter (10) aus einem Lötmittelzylinder mit einem Kupferkern besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Schritte des Anbringens und Verbinden der Abstandshalters (10) beinhalten:

Flußmittel wird auf die Abstandshalter in dem Halter und/oder auf die Kontaktierungsflächen auf dem Film und dem Substrat aufgebracht,

jeder der Abstandshalter in dem Halter wird auf die zugehörigen Kontaktierungsflächen auf dem Film und dem Substrat angeordnet, und

der Lötmittelteil der Abstandshalter wird verflüssigt, um die Abstandshalter mit den Kontaktierungsflächen auf dem Film und dem Substrat zu verbinden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das Verbinden der Abstandshalter (10) und das Montieren und Befestigen des zumindest einen elektronischen Bauteils (8) gleichzeitig durchgeführt werden.

9. Vorrichtung zum Verbinden eines beschalteten flexiblen Films (6), der zumindest einen elektronischen Bauteil (8) enthält, welcher an inneren Leiterkontaktierungsflächen (16) des Films (6) montiert werden soll, mittels äußerer Zuleitungen mit einem beschalteten Substrat (4), auf dem sich Befestigungsflächen (12) befinden, die in ihrem Muster zu einem entsprechenden Muster von äußeren Leiterkontaktierungsflächen (11) auf dem beschalteten flexiblen Film passen, enthalten:

einen entfernbaren Halter (18), welcher der Abmessung und Gestalt des flexiblen Films angepaßt ist und der zumindest eine Öffnung zur Aufnahme des zumindest einen elektronischen Bauteils besitzt, und

eine Mehrzahl zylindrischer Abstandshalter (10), die mit ihrer Längsachse senkrecht zur Ebene des Halters in den entfernbaren Halter eingebettet sind, wobei diese Abstandshalter eine Höhe besitzen, die etwa gleich der Höhe des zumindest einen elektronischen Bauteils ist, und die zur Befestigung zwischen den äußeren Leiterkontaktierungsflächen auf dem beschalteten flexiblen Film und den dazupassenden Kontaktierungsflächen auf dem beschalteten Substrat bemessen und ausgebildet sind.

10. Vorrichtung zum Verbinden mittels äußerer Zuleitungen nach Anspruch 9, bei welcher der entfernbare Halter (18) aus Polysulfonschaum hergestellt ist.

11. Vorrichtung zum Verbinden mittels äußerer Zuleitungen nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher jeder der Abstandshalter (10) aus einem Lötmittelzylinder mit einem Kupferkern besteht.

12. Elektronische Bauteilstruktur, welche aufweist:

ein beschaltetes Substrat (4) mit einem Muster von Befestigungsflächen (12) darauf;

einen beschalteten flexiblen Film (6) mit äußeren Leiterkontaktierungsflächen (11), deren Muster dem Muster der Befestigungsflächen (12) auf dem beschalteten Substrat (4) entspricht,

zwischen dem flexiblen Film (6) und dem Substrat (4) zumindest einen elektronischen Bauteil (8), der an den inneren Leiterkontaktierungsflächen (16) des Film montiert und an der Hinterseite mit dem Substrat verbunden ist, und

zylindrische Abstandshalter (10), welche jede der Kontaktierungsflächen (12) auf dem beschalteten Substrat (4) mit der zugehörigen äußeren Kontaktierungsfläche (11) auf dem beschalteten flexiblen Film (6) elektrisch verbinden, wobei die Abstandshalter (10) so dimensioniert und geformt sind, daß sie den beschalteten flexiblen Film in einer Ebene oberhalb der Oberfläche des beschalteten Substrats physisch abstützen und eine Höhe besitzen die etwa gleich der Höhe des zumindest einen elektronischen Bauteils ist.

13. Bauteil nach Anspruch 12, bei welchem die Abstandshalter (10) mit Lötmittel bedeckte Kupferdrähte sind.