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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung zur
Oberflächenmontage mit einem Substratträger, welcher eine erste Oberfläche aufweist, die
mit einer Vertiefung mit einander gegenüber liegenden Wänden versehen ist, wobei jede
Wand mit einer Leiterbahn ausgestattet ist, welche sich bis auf eine Außenfläche des
Substratträgers ausdehnen und auf der Außenfläche zwei Verbindungsleiter der Anordnung
bilden, welche auf einer Ebene liegen, wobei die Anordnung mit einem Halbleiterelement
versehen ist, welches zwei einander gegenüber liegende und parallel zueinander
vorgesehene Flächen aufweist, die Kontaktinseln enthalten und so in der Vertiefung angeordnet sind,
dass die beiden gegenüber liegenden und parallel zueinander vorgesehenen Flächen des
Halbleiterelements an den Wänden der Vertiefung befestigt sind und parallel zu mindestens
einer der Wände der Vertiefung verlaufen, wobei die Kontaktinseln des Halbleiterelements
eine direkte, elektrische Verbindung ausschließlich mit der Leiterbahn auf der benachbarten
Wand der Vertiefung herstellen, während die Vertiefung mit einem Schutzmaterial gefüllt
ist.
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US-Patent 5 198 886 beschreibt eine Anordnung der in dem einleitenden
Absatz erwähnten Art. Die bekannte Anordnung ist zur Oberflächenmontage geeignet, d.h.,
die Leiterbahnen, welche sich über die Fläche des Substratträgers ausdehnen, werden
eingesetzt, um eine Verbindung zwischen der Halbleiteranordnung und zum Beispiel
Leiterbahnen auf einer Leiterplatte herzustellen. Das Halbleiterelement wird in der bekannten
Anordnung in einer konisch zulaufenden Vertiefung festgeklemmt gehalten.
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Obgleich die bekannte Anordnung in der Praxis zufriedenstellend ist, zeigte
es sich bei sehr kleinen Dimensionen, wie diese zum Besipiel mit zunehmender
Miniaturisierung erforderlich sind, dass Probleme entstehen, welche während und nach der
Herstellung Ausschusselemente mit sich bringen.
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Es ist unter anderem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Halbleiteranordnung vorzusehen, welche im Zusammenhang mit kleinen Dimensionen während
und nach Herstellung weniger Ausschuss zur Folge hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung zu diesem Zweck
dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger mit einer Seitenwand versehen ist, welche
die beiden einander gegenüber liegenden Wände der Vertiefung auf jeder Seite des
Halbleiterelementes miteinander verbindet, und dass die Vertiefung keinen Boden aufweist.
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Dadurch wird erreicht, dass während und nach der Herstellung kleiner
Halbleiteranordnungen wesentlich weniger Ausschüsse zu verzeichnen sind.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der folgenden Erkenntnis. Bei der
bekannten Anordnung wird eine kontinuierliche Vertiefung verwendet, d.h. der
Substratträger weist effektiv zwei Hälften auf, wobei Material des Substratträgers eine mechanische
Verbindung zwischen den beiden Hälften unterhalb des Bodens der Vertiefung bildet. Bei
Herstellung der bekannten Anordnung wird in die Vertiefung ein Halbleiterelement im
Klemmsitz eingebracht. Das Material unterhalb des Bodens des Vertiefung wird dadurch
mechanisch belastet. Es hat sich gezeigt, dass während und nach Herstellung bekannter
Anordnungen Ausschüsse zu verzeichnen sind, da das Material unterhalb des Bodens nicht
fest genug ist. Die Maßnahme gemäß der vorliegenden Erfindung sieht mechanische
Verbindungen zwischen den beiden Hälften des Substratträgers vor. Die Seitenwände weisen
ebenfalls mechanische Verbindungen zwischen den beiden Substratträgerhälften auf, so
dass bei geringen Dimensionen der Halbleiteranordnung, wenn auf Grund einer geringen
Höhe der Halbleiteranordnung eine kleine Menge an Material unterhalb der Vertiefung
eingesetzt wird, keine Ausschüsse zu verzeichnen sind. Die Verwendung von Seitenwänden
auf jeder Seite des Halbleiterelements führt zu einem geschlossenen Kraftsystem zwischen
den beiden Hälften und den Seitenwänden. Ein solches geschlossenes Kraftsystem kann
Kräfte während und nach Herstellung in hohem Maße absorbieren. Ein zusätzlicher Vorteil
ergibt sich aus der Tatsache, dass die Vertiefung keinen Boden aufweist. Es können dann
sogar noch geringere Dimensionen der Anordnung ausgewählt werden. Das geschlossene
Kraftsystem mit zwei Seitenwänden und zwei Substrathälften gewährleistet eine
ausreichende mechanische Steifheit, obgleich unterhalb des Bodens der Vertiefung kein Material
vorhanden ist.
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Die Seitenwände zwischen den Substrathälften können als separates Element
auf dem Substratträger vorgesehen werden. Vorzugsweise ist die Anordnung gemäß der
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand einen untrennbaren Teil des
Substratträgers darstellt. Das heißt, dass die Seitenwände das gleiche Material wie der Substratträger
aufweisen. Die Seitenwand wird dann während der Herstellung des
Substratträgers selbst gebildet. Die Kosten der Seitenwände bleiben damit äußerst begrenzt.
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Vorzugsweise wird der Substratträger aus Kunstharz oder einem
keramischen Material hergestellt. Es besteht dann die Möglichkeit, den Substratträger in einem
Spritzguss- oder Strangpressverfahren auf einfache Weise mit Seitenwänden herzustellen.
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Der Substratträger wird vorzugsweise aus einem Trägerstabelement
hergestellt, welches sich zur Herstellung einer Halbleiteranordnung zur Oberflächenmontage
eignet, wobei eine Fläche mit einer Vertiefung versehen ist, welche Wände aufweist, auf
denen Leiterbahnen vorgesehen sind, welche sich bis auf die Oberfläche des
Trägerstabelements ausdehnen. US-Patent S 198 886 zeigt, wie ein solches Trägerstabelement zur
Herstellung von Halbleiterelementen verwendet wird. Die Halbleiterelemente werden in die
Vertiefung im Klemmsitz eingebracht, so dass die Halbleiterelemente zu den Leiterbahnen
auf den Wänden einen elektrischen Kontakt herstellen. Die Halbleiterelemente werden
dann, zum Beispiel unter Anwendung eines Lötverfahrens, befestigt. Anschließend werden
die Halbleiterelemente in der Vertiefung mit einem Schutzmaterial versehen. Sodann wird
das Trägerstabelement durch Sägen bzw. Zerlegen in einzelne Halbleiterelemente unterteilt.
Die Vertiefung in dem Trägerstabelement sind in Abschnitte unterteilt, welche voneinander
durch Seitenwände getrennt sind. Durch Verwendung eines solchen Trägerstabelements
weist dieses bei Einsetzen der Halbleiterelemente in die Vertiefung eine wesentlich größere
Festigkeit auf, so dass auf Grund des Zerlegens des Trägerstabelements oder einer
unzureichenden Klemmkraft weniger Ausschüsse zu verzeichnen sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 und 2 - ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der
Erfindung, wobei Fig. 1 einen Querriss darstellt;
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Fig. 3 - einen Teil eines Trägerstabelements zur Verwendung bei
Herstellung der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung.
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Bei den Figuren handelt es sich um rein schematische, nicht jedoch um
maßstabsgetreue Darstellungen.
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Identische Teile wurden in den Figuren im Allgemeinen mit den gleichen
Bezugsziffern versehen.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Querschnitt und eine perspektivische Ansicht
einer Halbleiteranordnung zur Oberflächenmontage, welche einen Substratträger 1 mit
einer Oberfläche vorsieht. Die Oberfläche weist hier eine Oberseite 3, eine Unterseite 4
sowie Seitenflächen 5 auf. Die Oberseite 3 ist mit einer konisch zulaufenden Vertiefung 7
versehen, welche Wände 8 aufweist, die einen Winkel von etwa 13º einschließen. Auf den
Wänden 8 sind Leiterbahnen 9 vorgesehen, welche sich bis auf die Oberfläche, in diesem
Falle bis auf die Oberseite 3, die Unterseite 4 und die Seitenflächen 5 des Substratträgers 1
ausdehnen. Die Leiterbahnen 9 bilden auf der Oberseite 3, der Unterseite 4 und den
Seitenflächen 5 Verbindungsleiter der Anordnung. Bei Montage wird die Anordnung, zum
Beispiel mit einer Unterseite 4, auf einer Leiterplatte aufgebracht, und die Leiterbahnen 9
werden durch Löten mit Leiterbahnen auf der Leiterplatte verbunden. Selbstverständlich kann
die Halbleiteranordnung alternativ mit einer Seitenfläche 5 oder einer Oberseite 3 montiert
werden. Die Anordnung ist mit einem Halbleiterelement 10 versehen, welches mit seiner
Hauptoberfläche 11 parallel zu einer Wand 8 in die Vertiefung 7 eingebracht wird. Unter
Hauptoberfläche des Halbleiterelements wird hier eine Fläche verstanden, die einer
Hauptoberfläche der Halbleiterscheibe, aus welcher das Halbleiterelement gefertigt wurde,
entspricht. Angesichts einer solchen Positionierung können Kontakte 12 auf dem
Halbleiterelement vorgesehen werden, während dieses sich noch immer auf der Scheibe befindet,
wobei die Kontakte eine Verbindung mit den Leiterbahnen auf der Wand 8 herstellen. Mit
anderen Worten, die Nicht-Hauptoberflächen des Halbleiterelements 10 entsprechen den
bei Unterteilen der Halbleiterscheibe entstandenen Trenn- bzw. Sägeflächen. Das
Halbleiterelement 10 stellt, in diesem Falle über einen deformierbaren Kontaktkörper 12 in Form
eines, durch Drahtbonden in bekannter Weise hergestellten, sogenannten
Bondhügelkontakts, einen elektrischen Kontakt zu den Leiterbahnen 9 auf der Wand 8 her. Die Vertiefung
7 ist mit einem Schutzmaterial, wie zum Beispiel einem Epoxidlack oder einer Glasschicht
(nicht dargestellt), gefüllt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Substratträger 1 auf jeder Seite
des Halbleiterelements 10 mit Seitenwänden 15', 15" versehen, wobei diese Seitenwände
die sich gegenüber liegenden Wände 8 der Vertiefung 7 miteinander verbinden. Damit wird
zwischen den beiden Hälften 17', 17" des Substratträgers 1 und den Seitenwänden 15',
15" ein geschlossenes Kraftsystem vorgesehen. Ein solches geschlossenes Kraftsystem
kann Kräfte, wie zum Beispiel solche, welche während und nach der Herstellung auftreten,
absorbieren. Die Vertiefung 7 in dem Ausführungsbeispiel weist keinen Boden auf. Das
geschlossene Kraftsystem mit zwei Seitenwänden 15', 15" und zwei Substrathälften 17',
17" gewährleistet eine ausreichende mechanische Steifheit, obgleich unter dem Boden der
Vertiefung 7 kein Material vorhanden ist. Es können dann sehr kleine Dimensionen der
Anordnung ausgewählt werden. Somit weist eine Halbleiteranordnung von Fig. 1 und 2 die
Abmessungen 0,6 · 1,0 · 0,7 mm (L · B · H) (bekannt als 0402 in der
Oberflächenmontagetechnik) auf.
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Die Halbleiteranordnung wird in einer zu der in US-Patent 5 198 886
beschriebenen, analogen Weise hergestellt. Das Verfahren beginnt mit einem
Trägerstabelement 1, welches eine Vertiefung 7 mit Wänden 8 aufweist, auf denen die Leiterbahnen 9
vorgesehen werden (s. Fig. 3). Diese Leiterbahnen weisen zum Beispiel eine Lötschicht
auf. Die Halbleiterelemente 10 werden mit einer Lötschicht auf einer ersten
Hauptoberfläche und mit einem deformierbaren Kontaktkörper 12 aus Gold auf der anderen
Hauptoberfläche vorgesehen und werden dann im Klemmsitz so in die Vertiefung 7 eingebracht, dass
die Halbleiterelemente 10 einen elektrischen Kontakt zu den Leiterbahnen 9 auf den
Wänden 8 herstellen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Klemmkraft im Wesentlichen
durch den deformierbaren Kontaktkörper 12 vorgesehen. Das Halbleiterelement 10 wird
anschließend durch Löten mit einer zusätzlichen Fixierung versehen. Sodann werden die
Halbleiterelemente 10 in der Vertiefung mit einem bekannten Epoxidlack oder einer
Glassuspension beschichtet, um diese gegen Umgebungseinflüsse, wie zum Beispiel
Feuchtigkeit, zu schützen. Das Trägerstabelement 1 wird dann, zum Beispiel durch Sägen oder
Zerlegen, in einzelne Halbleiteranordnungen unterteilt. Weitere Einzelheiten in Bezug auf die
Halbleiteranordnung und das Herstellungsverfahren können aus US-Patent 5 198 886
ersehen werden. Vor Einbringen der Halbleiterelemente 10 in die Vertiefung 7 wird das
Trägerstabelement 1 mit den Seitenwänden 15 versehen. Die Seitenwände 15 können auf dem
Trägerstabelement 1 als zusätzliche Komponenten vorgesehen werden. Fig. 3 zeigt ein
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Trägerstabelements 1, wobei die Seitenwände in das
Trägerstabelement 1 integriert vorgesehen sind. Das Trägerstabelement 1 weist eine
Vertiefung 7 auf, welche durch Seitenwände 15 in Abschnitte unterteilt ist. Die Seitenwände 15
bestehen aus dem gleichen Material wie das Trägerstabelement 1. Vorzugsweise ist das
Trägerstabelement 1 aus Kunstharz oder einem keramischen Material, zum Beispiel aus
Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI), Siliciumcarbid (SiC), Siliciumnitrid oder
Aluminium, gefertigt. Es besteht dann die Möglichkeit, den Substratträger mit
Seitenwänden unter Anwendung eines Spritzguss- oder Strangpressverfahrens, möglicherweise
gefolgt von einer Sinterung bei keramischen Materialien, auf einfache Weise herzustellen. Die
Seitenwände 15 werden während der Herstellung des Trägerstabelements 1 gleichzeitig
ausgebildet. Die Kosten der Seitenwände 15 bleiben dann äußerst begrenzt.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Die Halbleiteranordnung hat dann geringfügig größere Ausmaße, aber es ist
zum Beispiel einfacher, das Halbleiterelement in der Vertiefung 7 zu bedecken, da in
diesem Falle lediglich eine Oberseite 3 der Vertiefung 7 zu bedecken ist. In dem
Ausführungsbeispiel verlängert sich eine Leiterbahn 9 auf Wand 8 zuerst bis zu der Oberseite 3, dann
bis zu einer Seitenfläche 5 und schließlich bis zu einer Unterseite 4, während sich eine
weitere Leiterbahn 9 auf der anderen, gegenüber liegenden Wand 5 zuerst bis zu der
Unterseite 4 und dann bis zu einer Seitenfläche 5 verlängert. Ebenso ist es möglich, dass sich
beide Leiterbahnen 9 auf den Wänden 8 der Vertiefung 7 zuerst bis zu der Oberseite 3 des
Substratträgers 1 und dann bis zu den Seitenflächen 5 und der Unterseite 4 oder umgekehrt,
zuerst bis zu der Unterseite 4 des Substratträgers 1 und dann bis zu den Seitenflächen 5 und
der Oberseite 3 verlängern. Auch besteht die Möglichkeit, dass sich die Leiterbahnen
lediglich bis auf die Oberseite 3 oder die Unterseite 4 ausdehnen. Somit müssen die
Leiterbahnen 9 die Seitenflächen 5 nicht bedecken. Um einen elektrischen Kontakt mit
Leiterbahnen auf einer Leiterplatte vorzusehen, reicht es aus, wenn ein Teil der Ober- oder
Unterseite 3, 4 des Substratträgers 1 mit den Leiterbahnen 9 bedeckt ist. Der Kontaktkörper 12 in
dem Ausführungsbeispiel wurde durch Drahtbonden hergestellt. Es besteht alternativ die
Möglichkeit, Kontaktkörper 12 durch andere Techniken, wie zum Beispiel selektive
Abscheidung durch Galvanisieren, oder durch elektrochemisches Aufbringen einer Schicht
und Strukturieren dieser Schicht durch Photolithographie, herzustellen. Das
Halbleiterelement 10 in der Vertiefung 7 kann mehrere Halbleiterelemente 10, wie zum Beispiel eine
Diode, einen Transistor oder ein IC, vorsehen. Die Wand 8 weist in diesem Falle eine
Anzahl, an das spezifische Halbleiterelement 10 angepasste Leiterbahnen 9 auf. Damit ist zum
Beispiel bei einer Diode auf jeder Wand 8 eine Leiterbahn vorgesehen, während bei einem
Transistor eine Leiterbahn auf einer Wand 8 und zwei Leiterbahnen 9 auf der anderen
Wand 8 erforderlich sind. Die Halbleiteranordnung kann ebenfalls mehrere
Halbleiterelemente 10 aufweisen. Eine solche Anordnung kann auf sehr einfache Weise dadurch
hergestellt werden, dass bei Unterteilen des mit Halbleiterelementen 10 versehenen
Trägerstabelements 1 dieses Trägerstabelement 1 nicht in Halbleiteranordnungen mit jeweils einem
Halbleiterelement 10, sondern mit jeweils zwei oder mehreren Halbleiterelementen 10
unterteilt wird.