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DE69802146T2 - Umarbeitungsfähige Leiterplattenbestückung mit einem Flip-Chip - Google Patents

Umarbeitungsfähige Leiterplattenbestückung mit einem Flip-Chip

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DE69802146T2
DE69802146T2 DE69802146T DE69802146T DE69802146T2 DE 69802146 T2 DE69802146 T2 DE 69802146T2 DE 69802146 T DE69802146 T DE 69802146T DE 69802146 T DE69802146 T DE 69802146T DE 69802146 T2 DE69802146 T2 DE 69802146T2
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Germany
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flip chip
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reworkable
heat sink
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Ching P. Lo
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AT&T MVPD Group LLC
Original Assignee
Hughes Electronics Corp
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Publication date
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Flip- Chip-Technologie und insbesondere nachbesserbare bzw. wiederaufarbeitbare gedruckte Schaltungsanordnungen mit einem Flip- Chip, der im Fehlerfall ausgebessert werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
    • Beschreibung des Standes der Technik
  • Der Wunsch nach Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen und elektronischen Gehäusen ist schon lange bekannt. Eine solche Miniaturisierung ist bei elektronischen Vorrichtungen wünschenswert, die in unterschiedlichen ungleichartigen Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich der Raumfahrt, bei Satelliten, Fahrzeugen, Flugzeugen, Consumerelektronik und Personal Computer, um nur wenige Beispiele zu nennen. Allerdings nehmen die Wärmedichte-Probleme mit zunehmender Miniaturisierung häufig zu. Insbesondere führt die Hitze, die durch die geschrumpften Schaltungen entsteht, zu einer entsprechenden Vergrößerung der Wärmedichte, je mehr Elektronikschaltungen auf immer kleinere Gebiete zur Erreichung einer höheren Packungsdichte gepackt werden. Entsprechend ist es wünschenswert, ein Mittel vorzusehen, um eine höhere Elektronik-Packungsdichte mit verbesserter Wärmeübertragbarkeit zu erreichen.
  • Das aktuelle Design nach dem Stand der Technik zum nachbesserbaren (wiederaufarbeitbaren) hermetischen Verpacken umfaßt Multichipmodule (MCM). MCM's sind Schaltungen, die in Module von etwa 20 Siliziumchips aufgeteilt sind. Diese Chips sind physisch und elektronisch an einem Substrat angebracht, das innerhalb eines Keramikgehäuses gefertigt wurde. Nach dem Test wird das Gehäuse versiegelt, um ein MCM herzustellen. Zwei oder drei MCM's werden dann kontaktiert und mit jeder gedruckten Schaltung verlötet. Typischerweise sind zwei gedruckte Schaltungsanordnungen dann auf gegenüber liegenden Seiten einer Wärmesenke kontaktiert, um ein Prozessormodul auszubilden.
  • Während solche MCM's eine Reduzierung der Größe und des Gewichts der Schaltung und des Gehäuses erreicht haben, ist es wünschenswert, eine weitere Verkleinerung zu erreichen, um eine höhere Packungsdichte zu erzielen.
  • Die Flip-Chip-Technologie wurde als Mittel vorgeschlagen, um die Packungsdichte zu vergrößern, um eine solche Größen- und Gewichtsreduktion zu erreichen. Allerdings leidet die bestehende Flip-Chip-Technologie an verschiedenen Nachteilen. Bspw. sind Flip-Chips aus dem Stand der Technik teuer und sind im Falle eines Fehlers oder einem anderen Bedürfnis zum Chip- Ersatz nur schwer oder nahezu unmöglich nachzubessern. Während die bestehende Flip-Chip-Technologie die Packungsdichte deutlich steigern kann, erzeugt sie aber weiterhin eine hohe Wärmedichte. Darüber hinaus sind bestehende Flip-Chips in HF und digitalen Hochgeschwindigkeitsanwendungen aufgrund des verlustbehafteten Unterfüllungsmaterials, das solche Chips einsetzen, nicht zu gebrauchen.
  • Der Bedarf an Nachbesserbarkeit bzw. Nacharbeitbarkeit ist signifikant. Die Nachbesserbarkeit erlaubt den Ersatz von fehlerhaften Chips oder von Verbindungen von Chip zu gedruckter Schaltung auf gedruckten Schaltungen ohne den Austausch von anderen ordentlich funktionierenden Komponenten auf der Schaltung oder dem Wegwerfen der gesamten Schaltung. Bspw. enthalten Raumprozessormodule, die in einem Raumfahrzeug eingesetzt werden, häufig mehrere zig von ASIC's (Application Specific Integrated Circuits, anwenderspezifizierte integrierte Schaltungen). Jedes dieser ASIC's kann Tausende von Dollar kosten. Falls ein Flip-Chip in einem solchen Prozessormodul kaputtgeht, kann diese Nicht-Nachbesserbarkeit des fehlerhaften Chips zur Vernichtung der gesamten gedruckten Schaltung führen, wobei möglicherweise die richtig funktionierenden ASIC's bei hohen Kosten verschwendet würden.
  • Die hohen Kosten und die Nicht-Nachbesserbarkeit herkömmlicher Flip-Chips sowie die fehlende Eignung dieser Flip-Chips für Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen rührt im wesentlichen von dem Erfordernis einer Unterfüllung in diesen Chips her. Insbesondere weisen herkömmliche Flip-Chips typischerweise große Fehlanpassungen zwischen den Koeffizienten der Wärmeausdehnung (CTE) der integrierten Schaltungen (IC's) und der gedruckten Verdrahtungsschaltungen auf, auf denen die IC's aufgebracht sind. Die Verwendung von Unterfüllung betrifft dieses Problem, indem sie die Spannung der Lötverbindung, die durch die fehlende CTE-Übereinstimmung verursacht wird, reduziert. Sie agiert auch als Schutzbeschichtung, die die Chip- Dies gegen Feuchtigkeit und fremde korrosive Einflüsse schützt. Allerdings macht es die vorhandene Unterfüllung sehr schwer, wenn nicht gar unmöglich, einen aufgebrachten Flip-Chip von einer gedruckten Schaltung zu entfernen und zu ersetzen. Die vorhandene Unterfüllung in bestehenden Flip-Chips macht auch jene Vorrichtungen für Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen ungeeignet.
  • EP 0 052 920 A2 offenbart ein elektrisches Schaltungsverbindungssystem, das ein Aufbringen von integrierten Schaltungsvorrichtungen mit keramischen Chip-Trägern oder anderer, bspw. Flip-Chip-Vorrichtungen hoher Dichte, auf einem ökonomischen abmessungsstabilen Verbindungssubstrat vorsieht, das gute Wärmeabführeigenschaften besitzt.
  • Das Dokument EP 0 737 027 A1 offenbart eine integrierte Schaltungstestplatine mit einer Vielzahl von im wesentlichen parallelen Signalschichten und Leistungsebenen, die von einem dielektrischen Material getragen und elektrisch isoliert werden.
  • Das Dokument EP 0 139 431 offenbart ein Verfahren zum Befestigen eines Trägers für einen mikroelektronischen Siliziumchip.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Stand der Technik, indem eine nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung vorgesehen wird, die aufweist: eine Wärmesenke; eine verformbare gedruckte Schaltung mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite an einer Seite der Wärmesenke in thermischer Verbindung damit angebracht ist; und einen Flip-Chip, der an der zweiten Seite der verformbaren gedruckten Schaltung ohne Unterfüllung kontaktiert ist, um das Entfernen des Flip-Chips zum Ersatz im Falle einer Nachbesserung zu erleichtern, wobei die Wärmesenke einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der im wesentlichen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Flip-Chips übereinstimmt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform weist die verformbare gedruckte Schaltung ein direktes elektrischen Kontaktfeldlaminat auf, das verformt, um wärmebedingte Spannung in dem Material zu lösen, mit dem der Flip-Chip mit der gedruckten Schaltung verbunden ist. Vorzugsweise sind die Kontaktierungsanschlußflächen des IC's, die dem Flip-Chip zugeordnet sind, mit einem korrosionsbeständigen Metall plattiert, und ist das IC mit einer Schutzbeschichtung passiviert, wie bspw. einem Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid, um den Chip gegen korrosive Wirkungen aus der Umgebung zu schützen.
  • Gemäß einem anderen wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsanordnung mit einem nachbesserbaren Flip-Chip vorgesehen. Das Verfahren weist die Schritte auf: Vorsehen einer Wärmesenke mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Flip-Chips angepaßt ist; Befestigen einer ersten Seite einer verformbaren gedruckten Schaltung an der Wärmesenke; und Anbringen eines Flip-Chips an einer zweiten Seite der verformbaren Schaltung gegenüber der ersten Seite ohne eine Unterfüllung, um die Entfernung des Flip-Chips im Falle einer Nachbesserung zu erleichtern.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
  • Fig. 1 zeigt eine nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung, die in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
  • Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer nachbesserbaren gedruckten Schaltungsanordnung, die der Erfindung folgend aufgebaut ist.
  • Fig. 3 ist eine dreidimensionale Ansicht einer nachbesserbaren gedruckten Schaltungsanordnung, die in Übereinstimmung mit der Lehre des Erfinders aufgebaut ist.
    • BESCHRETBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnungen 10, die entsprechend der Lehre der Erfindung entworfen sind, sind in den Fig. 1 und 3 dargestellt. Wie nachfolgend im Detail ausgeführt, erreicht die nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung 10 eine Größen- und Gewichtsreduktion gegenüber bekannten gedruckten Schaltungsanordnungen, während ein nachbesserbarer Flip-Chip vorgesehen ist, der entfernt und nach Bedarf ersetzt werden kann.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung 10 mit einer Wärmesenke 20 versehen. Die starre Wärmesenke 20 wird vorzugsweise mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) gewählt, der dicht an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Flip-Chip-Substrats angepaßt ist. Obgleich der CTE der Wärmesenke von dem CTE des Substrats abhängen wird und folglich das Material, das das Substrat bei Silizium-basierten IC's verwendet, ist der CTE der Wärmesenke vorzugsweise kleiner als etwa 6 ppm/ºC für Galliumarsenit-IC's; und etwa 3 ppm/ºC für Silizium-IC's. Die Wärmesenke 20 ist vorzugsweise auch mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit und einem hohen Elastizitätsmodul ausgewählt, sowie mit einem geringen Gewicht. Beispiele von Materialien, die diese Spezifikationen erfüllen, umfassen Kohlenstoffziegel- und Metallfolien- Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundkörper. Solche Verbundkörper sind kommerziell von Applied Science, Inc. unter dem Handelsnamen "Black Ice" erhältlich, oder von Amoco unter dem Handelsnamen "SRG Brick".
  • In Übereinstimmung mit einem wichtigen Aspekt der Erfindung ist die nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung 10 ferner mit einer verformbaren gedruckten Schaltung 30 versehen, die eine erste Seite aufweist, die an einer Seite der Wärmesenke 20 in thermischem Kontakt damit befestigt ist. Die gedruckte Schaltung 30 mit nachgiebiger Schicht ist vorzugsweise mit hoher Dichte, weich und dünn gewählt. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist die verformbare gedruckte Schaltung 30 eine gedruckte Verdrahtungsschaltung (PWB) eines direkten elektrischen Kontaktfeldlaminats (DECAL-Typ) auf. Das DECAL kann mehrere ein bis zwei mil dicke Schichten eines polyamidähnlichen flexiblen Substratmaterials mit nicht klebenden Kupferschaltungen auf beiden Seiten der Substratschichten umfassen. Mehrschicht- DECALS können im Dickenbereich von zwei bis 15 mils liegen. Vorzugsweise besitzt das DECAL im wesentlichen eine gleichförmige Dicke von 15 mil oder weniger. DECAL's diesen Typs verwenden feine Leitungen, blinde oder vergrabene Vias (Durchkontaktierung), Mini-Vias und Anschlußflächen, um eine Schaltung hoher Dichte vorzusehen. Sie besitzen keine Glasfaserverstärkung und sind deshalb weich. Solche DECAL's sind bei Hughes Micro- Electronics Division unter dem Handelsnamen "HDMI" kommerziell erhältlich; von IBM unter dem Namen "SLC"; und von Sheldahl unter dem Namen "VIAGRID".
  • Wie zuvor erwähnt, ist die verformbare gedruckte Schaltung 30 an der Wärmesenke 20 befestigt, um eine Unteranordnung 25 auszubilden. Der CTE dieser Unteranordnung 25 wird durch den CTE der Wärmesenke 20 dominiert. Somit ist der CTE der Unteranordnung 25 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von 3 ppm/ºC.
  • Gemäß einem weiteren wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung ist die nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung 10 mit einem Flip-Chip 40 versehen, der auf der zweiten Seite der verformbaren gedruckten Schaltung 30 aufgelötet oder gebondet ist ohne Unterfüllung, um ein Entfernen im Falle eines Fehlers zu erleichtern. Vorzugsweise sind der Flip-Chip 40 und die Wärmesenke/die verformbare gedruckte Schaltungsunteranordnung 25 so ausgewählt, daß der CTE-Unterschied zwischen ihnen minimal ist. In dem Maße, wie ein CTE-Unterschied existiert, wird die weiche verformbare Natur der verformbaren gedruckten Schaltung 30 sich nach Bedarf verformen, um Spannung in den gebondeten Verbindungen 50 zwischen dem Flip-Chip 40 und der verformbaren gedruckten Schaltung/Wärmesenke-Unteranordnung 25 zu reduzieren. Aufgrund der reduzierten Spannung der Bondverbindungen 50 wird keine Unterfüllung benötigt und der Flip-Chip 40 kann leicht nachgebessert werden.
  • Die integrierten Schaltungen (IC's), die bei Flip-Chips verwendet werden, müssen in der Lage sein, Korrosion durch Umwelteinflüsse, wie Feuchtigkeit und Ionenkontamination zu widerstehen. Bisherige Flip-Chip-Schaltungen erreichten eine solche Widerstandskraft durch die Verwendung von einer Unterfüllung. Da die Flip-Chips 50 der vorliegenden Erfindung keine Unterfüllung aufweisen, muß ein anderes Mittel als Schutz gegen korrosive Effekte der Umgebung eingesetzt werden.
  • In dieser Hinsicht werden die Aluminiumkontaktierungsanschlußflächen der Flip-Chip-IC's, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorzugsweise mit einem Schutzmetall plattiert, bspw. Chrom-Titan, Nickel, Gold oder einer Kombination davon, und die Spitze des Dies und nicht der Kontaktierungs(Bond-)-Anschlußflächen wird vorzugsweise mit Schutzbeschichtungen passiviert. In der bevorzugten Ausführungsform weisen die Schutzbeschichtungen ein Hochtemperatur-Siliziumnitrid, ein Siliziumkarbid oder eine äquivalente Substanz auf.
  • Wie zuvor erwähnt, wird der Flip-Chip 40 an der zweiten Seite der verformbaren gedruckten Schaltung 30 durch Bonden befestigt. Dieses Bonden bzw. Kontaktieren kann auf unterschiedliche Weise, die im Stand der Technik bekannt sind, erreicht werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. In den momentan bevorzugten Ausführungsformen wird in dieser Rolle ein elektrisch leitender Kleber oder ein Lot verwendet.
  • Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, daß die nachbesserbaren gedruckten Schaltungsanordnungen 10 des offenbarten Typs verschiedene Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielen. Da die Wärmesenke 20 thermisch hoch leitend und die verformbare gedruckte Schaltung 30 sehr dünn ist, hat bspw. die Wärmesenke/gedruckte Schaltungsunteranordnung 25 eine niedrige Wärmeimpedanz. Diese Eigenschaft macht die nachbesserbaren gedruckten Schaltungsanordnungen 10 des offenbarten Typs insbesondere gut geeignet für Anwendungen mit hoher Schaltungsdichte und hoher Wärmekonzentration.
  • Insbesondere erreichen die gedruckten Schaltungsanordnungen 10 des offenbarten Typs gegenüber Vorrichtungen aus dem Stand der Technik eine Größen- und Gewichtsreduktion, indem neben anderen Dingen der Flip-Chip 40 direkt an den gedruckten Schaltungen 30 angebracht wird. Dieser Lösungsansatz eliminiert separate Substrate, Gehäuse und die damit verbundene Herstellung, Anordnung und Testkosten, die bei bekannten Vorrichtungen wie den MCM's typisch sind. Die Verwendung einer dünnen verformbaren gedruckten Schaltung 30 reduziert auch die Gesamtdicke der nachbesserbaren gedruckten Schaltungsanordnung 10, und erlaubt damit eine höhere Schaltungsdichte.
  • Gedruckte Schaltungsanordnungen 10, die entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, erzielen auch einen verbesserten Wärmetransport, indem der Flip-Chip 40 dicht benachbart zu der Unteranordnung 25 ohne eine dazwischen liegende Unterfüllung gesetzt wird. Die verkürzten Wärmepfade zu der Wärmesenke 20, die sich aus der Verwendung der dünnen verformbaren gedruckten Schaltung 30 ergeben, führen zu einem kühleren Betrieb des Flip-Chigs 40.
  • Gedruckte Schaltungsanordnungen 10, die entsprechend der Lehre der Erfindung aufgebaut sind, zeigen andere Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik. Bspw. liefert der Passivierungsvorgang, der bei den Flip-Chips 50 solcher gedruckter Schaltungsanordnungen 10 verwendet wird, einen gegenüber den hermetischen MCM's äquivalenten Schutz gegen Umgebungseinflüsse zu viel geringeren Kosten. Ferner erlaubt das Weglassen der Unterfüllung, solche gedruckten Schaltungsanordnungen 10 bei HF und digitalen Hochgeschwindigkeitsanwendungen einsetzen zu können.
  • Bei Hot-Flip-Chips kann eine Vertiefung 60 in der verformbaren gedruckten Schaltung 30 definiert sein. Wie in Fig. 2 gezeigt, werden bei einer solchen alternativen Ausführungsform alle Schichten außer der Bodenschicht der verformbaren gedruckten Schaltung 30 vorzugsweise aus der Ausnehmung 60 entfernt. Der Flip-Chip 40 kann dann in der Ausnehmung 60 positioniert werden, so daß der Wärmetransportpfad und damit die Wärmeimpedanz der Unteranordnung 25 weiter reduziert wird.
  • Für IC's mit extrem hoher Leistung muß eine thermisch hoch leitfähige Unterfüllung mit geringer Kontaktierungsstärke bei den Flip-Chips 40 eingesetzt werden, um eine weitere Steigerung der Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Da eine solche Unterfüllung nicht dazu entworfen ist, die Spannung in den Lötverbindungen zu reduzieren, kann ein leicht entfernbarer Unterfüllungsklebstoff mit geringer Kontaktierungsstärke bei den erfinderischen gedruckten Schaltungsanordnungen 10 verwendet werden, während die Nachbesserbarkeit der Flip-Chips 40 erhalten bleibt. Obgleich andere Substanzen möglicherweise ähnlich geeignet seien, wird in den momentan bevorzugten Ausführungsformen Aluminiumnitrid gefüllt mit Uralane als Unterfüllungsklebemittel verwendet.
  • Obgleich zur Vereinfachung der Erläuterung bei den obengenannten Ausführungsformen die nachbesserbaren gedruckten Schaltungsanordnungen 10 mit einer verformbaren gedruckten Schaltung 30 und einem Flip-Chip 40 beschrieben wurden, ist es für den Fachmann leicht ersichtlich, daß mehr als eine verformbare gedruckte Schaltung und mehrere Flip-Chips verwendet werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. In der Tat wird bei der bevorzugten Ausführungsform die Schaltungsdichte maximiert, indem eine verformbare gedruckte Schaltung 30 auf jeder Seite der Wärmesenke 20 befestigt wird. Somit wird eine einzelne Wärmesenke 20 eingesetzt, um die Flip-Chips 50, die auf zwei verformbaren gedruckten Schaltungen 30 positioniert sind, auf entgegengesetzten Seiten der Wärmesenke 20 zur Kühlung eingesetzt.
  • In Übereinstimmung mit einem wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von nachbesserbaren gedruckten Schaltungsanordnungen 10 des vorgenannten Typs vorgesehen. Eine bevorzugte Ausführungsform eines solchen Verfahrens wird nun beschrieben.
  • Als Ausgangspunkt stellt der Hersteller zuerst eine Wärmesenke mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bereit, der an den des IC-Substrats angepaßt ist, das in dem Flip-Chip 40, das in der Anordnung 10 verwendet wird, eingesetzt ist. Vorzugsweise besitzt die Wärmesenke Eigenschaften wie jene, die zuvor in Verbindung mit der Wärmesenke 20 beschrieben wurden. Eine verformbare gedruckte Schaltung 30 wird dann auf einer ersten Seite der Wärmesenke angebracht. Vorzugsweise ist die verformbare gedruckte Schaltung 30 ein DECAL wie zuvor beschrieben. Ein Flip-Chip 40 wird dann auf die verformbare gedruckte Schaltung 30 ohne Unterfüllung gebondet, um das Entfernen des Flip-Chips 40 im Fehlerfall zu erleichtern. Das Flip-Chip 40 wird vorzugsweise auf die verformbare gedruckte Schaltung 30 gebondet, indem ein elektrisch leitender Kleber oder Lot eingesetzt wird.
  • Vorzugsweise umfaßt der Herstellungsprozeß die Schritte des Plattierens der Kontaktierungsanschlußflächen (bonding- Anschlußflächen) des Flip-Chips 40 mit einem korrosionsbeständigen Metall und Passivieren des Chips mit einer Schutzbeschichtung, wie bspw. Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid, um Korrosion oder ähnliches zu vermeiden. Im Falle eines sehr heißen Chips kann der Herstellungsprozeß auch den Schritt der Ausbildung einer Ausnehmung in der verformbaren gedruckten Schaltung 30 umfassen, um den Flip-Chip 40 aufzunehmen oder den Schritt des Auftragens eines leicht entfernbaren Unterfüllungsklebemittels mit geringer Bondstärke, wie bspw. Aluminiumnitrid gefüllt mit Uralane unterhalb des Flip-Chips 40.
  • Der Fachmann wird leicht erkennen, daß trotz der Vereinfachung der Erläuterung die Schritte des vorgenannten Verfahrens als in einer besonderen zeitlichen Reihenfolge auftretend beschrieben wurde, das Verfahren nicht auf eine zeitliche Ordnung/Abfolge begrenzt ist.
  • Im Gegenteil können die Schritte des erfinderischen Verfahrens in jeglicher Reihenfolge ausgeführt werden, ohne den Umfang oder den Geist der Erfindung zu verlassen.
  • Schließlich wird der Fachmann erkennen, daß, obgleich die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben wurde, keine Absicht besteht, die Erfindung darauf zu beschränken. Im Gegenteil ist die Intention dieser Anmeldung, alle Modifikationen und Ausführungsformen abzudecken, die klar in den Schutzbereich der angehängten Ansprüche entweder identisch oder im Sinne der Äquivalenz fallen.
  • Zusammenfassend ist eine nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung 10 mit einem Flip-Chip 40, der zum Entfernen im Fehlerfall angepaßt ist, und ein Verfahren zur Herstellung dergleichen offenbart. Die nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung 10 umfaßt eine Wärmesenke 20 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Flip-Chips 40 angepaßt ist. Sie umfaßt auch eine verformbare gedruckte Schaltung 30 mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite an einer Seite der Wärmesenke 20 in thermischem Kontakt damit angebracht ist. Der Flip-Chip 40 ist an der zweiten Seite der verformbaren gedruckten Schaltung 30 ohne Unterfüllung oder mit einer Unterfüllung mit schwacher Bondstärke gebondet, um das Entfernen des Flip-Chips 40 im Falle einer Nachbesserung zu erleichtern.

Claims (23)

1. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) mit einer Wärmesenke (20), einer gedruckten Schaltung (30), die eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite an einer Seite der Wärmesenke (20) in thermischer Verbindung damit angebracht ist; und einem Flip-Chip (40), dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Schaltung (30) eine verformbare gedruckte Schaltung (30) ist und der Flip-Chip (40) an die zweite Seite der verformbaren gedruckten Schaltung (30) ohne Unterfüllung gebondet wird, um das Entfernen des Flip-Chips (40) zum Ersatz im Falle einer Nachbesserung zu erleichtern, wobei die Wärmesenke (20) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der im wesentlichen an einen Wärmekoeffizienten des Flip-Chips (40) angepaßt ist.
2. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Wärmesenke (20) im Bereich von etwa 3 ppm/ºC bis 6 ppm/ºC liegt.
3. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (20) und die verformbare gedruckte Schaltung (30) eine Unteranordnung (25) aufweist, und ein Wärmeausdehnungskoeffizient der Unteranordnung (25) von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Wärmesenke (20) dominiert wird.
4. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flip-Chip (40) auf die verformbare gedruckte Schaltung (30) mit einem elektrisch leitenden Klebemittel gebondet ist.
5. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare gedruckte Schaltung (30) verformbar ist, um hitzeverursachte Spannung in dem Klebemittel abzubauen.
6. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flip-Chip (40) mit Lot auf die verformbare gedruckte Schaltung (30) gebondet ist.
7. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verformbare gedruckte Schaltung (30) verformt, um hitzeverursachte Spannung in dem Lot abzubauen.
8. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare gedruckte Schaltung (30) ein direktes elektrisches Kontaktfeldlaminat aufweist.
9. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare gedruckte Schaltung (30) im wesentlichen eine gleichmäßige Dicke von deren ersten Seite zu deren zweiten Seite von weniger als etwa (15 mil) 0,381 mm aufweist.
10. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare gedruckte Schaltung (30) eine Ausnehmung (60) in deren zweiten Seite ausbildet, um den Flip- Chip (40) aufzunehmen.
11. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flip-Chip (40) ein IC aufweist, das Kontaktierungsanschlußflächen besitzt, und eine Bodenschicht der verformbaren gedruckten Schaltung (30), die in der Ausnehmung (60) angeordnet ist, die Kontaktierungsanschlußflächen des IC's kontaktiert.
12. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flip-Chip (40) ein IC aufweist, das Kontaktierungsanschlußflächen besitzt, die mit einem korrosionsbeständigen Metall plattiert sind.
13. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flip-Chip (40) ein IC besitzt, das mit einer Schutzbeschichtung passiviert ist.
14. Nachbesserbare gedruckte Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbeschichtung eines der Elemente aus der Gruppe aufweist: Siliziumnitrid und Siliziumkarbid.
15. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsanordnung (10) mit einem nachbesserbaren Flip-Chip (40), mit den Schritten:
Bereitstellen einer Wärmesenke (20) mit einem niederen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen an einen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Flip-Chips (40) angepaßt ist;
Befestigen einer ersten Seite einer verformbaren gedruckten Schaltung (30) an der Wärmesenke (20); und
Anbringen des Flip-Chips (40) an einer zweiten Seite der verformbaren gedruckten Schaltung (30) gegenüber der ersten Seite ohne Unterfüllung durch Bonden, um das Entfernen des Flip-Chips (40) im Falle einer Nachbesserung zu erleichtern.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die Schritte:
Plattieren von Kontaktierungsanschlußflächen eines IC's, das dem Flip-Chip (40) zugeordnet ist, mit einem korrosionsbeständigen Metall;
Passivieren des IC's des Flip-Chips (40) mit einer Schutzbeschichtung, die ein Element aus der Gruppe aufweist: Siliziumnitrid und Siliziumkarbid.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare gedruckte Schaltung (30) ein direktes elektrisches Kontaktfeldlaminat aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Flip-Chip (40) mit einem elektrisch leitenden Klebemittel auf die verformbare gedruckte Schaltung (30) gebondet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare gedruckte Schaltung (30) sich verformt, um hitzeverursachte Spannung in dem Klebemittel abzubauen.
20. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Flip-Chip (40) mit Lot auf die verformbare Schaltung (30) gebondet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare gedruckte Schaltung (30) sich verformt, um hitzeverursachte Spannung in dem Lot abzubauen.
22. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Schritt:
Ausbilden einer Ausnehmung (60) in der zweiten Seite der verformbaren gedruckten Schaltung (30) zur Aufnahme des Flip-Chips (40).
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Flip-Chip (40) ein IC mit Kontaktierungsanschlußflächen aufweist und eine Bodenschicht der verformbaren gedruckten Schaltung (30), die in der Ausnehmung (60) angeordnet ist, die Kontaktierungsanschlußflächen des IC's kontaktiert.
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