DE102004044603A1 - Surface mountable semiconductor component comprises plastic housing with solder contacts, and covering material - Google Patents

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Abstract

A surface mountable semiconductor component comprises a plastic housing (2) with solder spheres (3) as outer contacts (4) on the bottom (5). A filling material is located at the bottom and covers the edge region (8) of the lower section. The material comprises a synthetic region comprising a base polymer and a hardener. The hardener is located in numerous capsules.

Description

Die Erfindung betrifft ein oberflächenmontierbares Halbleiterbauteil mit Kunststoffgehäuse und mit Lotkugeln als Außenkontakte, wie sie für BGA- (ball grid array) und LBGA- (large ball grid array) Gehäuse eingesetzt werden, oder wie sie auch bei Halbleiterbauteilen mit Flipchip-Kontakten Verwendung finden.The The invention relates to a surface mountable Semiconductor component with plastic housing and with solder balls as external contacts, as for BGA (ball grid array) and LBGA (large ball grid array) housing used or as they do with semiconductor devices with flip-chip contacts Find use.

Bei derartigen Gehäusen beziehungsweise Halbleiterbauteilen, insbesondere bei der Oberflächenmontage derartiger Gehäuse beziehungsweise Halbleiterbauteile auf einem übergeordneten Schaltungsträger wie einer Leiterplatte oder einem Verdrahtungssubstrat besteht das Problem, die Verbindung zwischen Kontaktanschlussflächen auf der Oberseite des Schaltungsträgers beziehungsweise auf der Oberseite des Verdrahtungssubstrats und entsprechenden Außenkontaktflächen auf der Unterseite des Halbleiterbauteils trotz thermischer Belastung aufrecht zu erhalten.at such housings or semiconductor components, in particular in surface mounting such housing or semiconductor components on a higher-level circuit carrier such as a printed circuit board or a wiring substrate is the problem the connection between contact pads on top of the circuit carrier or on top of the wiring substrate and corresponding ones External contact surfaces on the bottom of the semiconductor device despite thermal stress to maintain.

Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien des Halbleiterbauteils und des Schaltungsträgers, beziehungsweise des Verdrahtungssubstrats besteht die Gefahr des Abrisses der Außenkontakte an den Grenzflächen zwischen Außenkontakten und Außenkontaktflächen der Halbleiterbauteile, zumal diese Grenzflächen als besonders gefährdet eingeschätzt werden. Um die Gefahr zu verringern, werden bisher nach dem Auflöten der Lotkugeln auf den Schaltungsträger zwischen der Unterseite des oberflächen montierten Halbleiterbauteils und der Oberseite des Schaltungsträgers Unterfüllmaterialien, wie sie aus der Druckschrift DE 199 08 474.2 bekannt sind, eingebracht, welche die thermischen Spannungen ausgleichen beziehungsweise die Stabilität der elektrischen Verbindung sichern sollen.Due to the different thermal expansion coefficients of the materials involved of the semiconductor device and the circuit substrate, or the wiring substrate, there is a risk of tearing the external contacts at the interfaces between external contacts and external contact surfaces of the semiconductor devices, especially since these interfaces are considered to be particularly vulnerable. In order to reduce the risk, since the solder balls are soldered onto the circuit carrier between the underside of the surface-mounted semiconductor component and the top side of the circuit carrier, underfill materials, as described in the publication DE 199 08 474.2 are known, introduced, which compensate for the thermal stresses or to ensure the stability of the electrical connection.

Das Einbringen von Unterfüllmaterialien ist jedoch mit erheblichen Nachteilen sowohl im Hinblick auf die Entwurfsmöglichkeiten für Schaltungsträger beziehungsweise Verdrahtungssubstrate als auch für den gesamten Fertigungsablauf der Oberflächenmontage verbunden. So sind die gebrauchsfertigen Unterfüllmaterialien tiefgekühlt zu lagern, da schon bei geringem Wärmeeintrag ein vorzeitiges Aushärten des Unterfüllmaterials eintritt. Dieses erfordert einen hohen logistischen Aufwand beziehungsweise ist mit hohen Kosten verbunden, zumal die Fertigungsabläufe und Verarbeitungszeiten auf dieses Erfordernis abzustimmen sind.The Introduction of underfill materials However, with considerable disadvantages both in terms of design options for circuit carrier respectively Wiring substrates as well as for the entire production process of surface mounting connected. So are the ready-to-use underfill materials frozen to store, because even at low heat input a premature Harden of the underfill material entry. This requires a high logistic effort or is associated with high costs, especially as the production processes and Processing times are to be adapted to this requirement.

Das Einbringen eines kapillar wirkenden flüssigen Unterfüllmaterials ist durch den Einsatz eines langsamen Dispens-Prozesses zeitaufwendig. Außerdem ist auf dem Schaltungsträger beziehungsweise dem Verdrahtungssubstrat eine ausreichend große Reservefläche vorzuhalten, um das Unterfüllmaterial einbringen zu können.The Introducing a capillary-acting liquid underfill material is time consuming by using a slow dispensing process. Besides that is on the circuit carrier or to provide the wiring substrate with a sufficiently large reserve area, around the underfill material to contribute.

Schließlich besteht die Gefahr, dass bei dem Einbringen des Unterfüllmaterials unerwünschte Hohlräume mit Gasblasen verbleiben, die bei Temperaturzyklentests eine zusätzliche Belastung durch den entstehenden Gasdruck darstellen und zum Versagen des Bauteils bei diesen Tests beitragen können. Derartige Gasblaseneinschlüsse können nur durch weiteren erheblichen Aufwand vermieden werden, indem der Dispensprozess unter Vakuum erfolgt.Finally exists the risk that when introducing the Unterfüllmaterials unwanted cavities with Gas bubbles remain, which in temperature cycle tests an additional Represent the burden of the resulting gas pressure and failure of the component in these tests. Such gas bubble inclusions can only by further considerable effort is avoided by the dispensing process under vacuum.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein oberflächenmontierbares Halbleiterbauteil mit Lotkugeln zu schaffen, mit dem die Probleme im Stand der Technik überwunden werden und mit dem die Zuverlässigkeit der Bauteile bei thermischen Zyklentests sowie bei Stoßbelastungen verbessert werden. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung ein Halbleiterbauteil anzugeben, das kostengünstig und schnell oberflächenmontierbar ist.task The invention is a surface mountable Semiconductor device with solder balls to create, with the problems overcome in the prior art and with the reliability of the Components during thermal cycle tests and shock loads be improved. About that It is another object of the invention to provide a semiconductor device, the cost-effective and quickly surface mountable is.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved with the subject matter of the independent claims. advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein oberflächenmontierbares Halbleiterbauteil mit einem Kunststoffgehäuse und mit Lotkugeln als Außenkontakte geschaffen, wobei die Lotkugeln auf der Unterseite des Kunststoffgehäuses des oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils angeordnet sind. Neben den Lotkugeln weist die Unterseite eine Schicht aus Unterfüllmaterial auf. Diese Schicht aus Unterfüllmaterial bedeckt mindestens den Randbereich der Unterseite des Halbleiterbauteils. Dieses Unterfüllmaterial weist zwei Komponenten eines Kunstharzes aus einem Grundpolymer und einem Härter auf. Der Härter dieses Kunstharzes ist in kugelförmigen Kapseln eingeschlossen, wobei die Hülle der Kapseln einen Thermoplast aufweist.According to the invention is a surface mount Semiconductor component with a plastic housing and with solder balls as external contacts created, wherein the solder balls on the underside of the plastic housing of the Surface mount semiconductor device are arranged. In addition to the solder balls, the bottom has a layer from underfill material on. This layer of underfill material covered at least the edge region of the underside of the semiconductor device. This underfill material has two components of a synthetic resin from a base polymer and a hardener on. The hardener This resin is in spherical Enclosed capsules, wherein the shell of the capsules a thermoplastic having.

Diese auf der Unterseite des Halbleiterbauteils im Randbereich angeordneten Schichten haben den Vorteil, dass sie auf Grund der gekapselten Härterkomponente des Kunstharzes beliebig lange auf der Unterseite des Halbleiterbauteils angeordnet bleiben können, ohne dass das Kunstharz auf der Unterseite des Halbleiterbauteils aushärtet. Im Prinzip ist dieses oberflächenmontierbare Halbleiterbauteil beliebig lange bei Raumtemperatur lagerbar. Eine Kühlung, um zu verhindern, dass das Kunstharz aushärtet, ist nicht erforderlich. Des Weiteren kann die Schicht ohne große Fertigungsprobleme auf der Unterseite des Halbleiterbauteils während des Anbringens der Lotkugeln als Außenkontakte oder danach aufgebracht werden, so dass das Halbleiterbauteil mit einem Unterfüllmaterialvorrat ausgeliefert werden kann. Ein Einbringen von Unterfüllmaterial im oberflächenmontierten Zustand des Halbleiterbauteils kann vollständig entfallen. Ein Auffüllen eines engen Spaltes zwischen oberflächenmontiertem Halbleiterbauteil und einem Schaltungsträger, auf dem das Halbleiterbauteil montiert ist, entfällt in vorteilhafter Weise bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil.These arranged on the bottom of the semiconductor device in the edge region layers have the advantage that they can remain arbitrarily long arranged on the underside of the semiconductor device due to the encapsulated hardener component of the resin without the resin cures on the underside of the semiconductor device. In principle, this surface-mountable semiconductor component can be stored for as long as desired at room temperature. Cooling to prevent the resin from curing is not required. Furthermore, the Layer are applied without large manufacturing problems on the underside of the semiconductor device during the attachment of the solder balls as external contacts or after, so that the semiconductor device can be supplied with a Unterfüllmaterialvorrat. An introduction of underfill material in the surface mounted state of the semiconductor device can be completely eliminated. A filling of a narrow gap between surface-mounted semiconductor device and a circuit carrier, on which the semiconductor device is mounted, is eliminated in an advantageous manner in the semiconductor device according to the invention.

Mit diesem oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteil wird somit die Montage auf einem Schaltungsträger und/oder auf einem Verdrahtungssubstrat grundlegend erleichtert, weil das Unterfüllmaterial ein fester Bestandteil des oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils ist und nicht nachträglich in flüssigem Zustand zwischen einem oberflächenmontierten Halbleiterbauteil und einem Schaltungsträger, beziehungsweise einem Umverdrahtungssubstrat eingebracht werden muss. Das hat den weiteren Vorteil, dass die Flächen eines Schaltungsträgers, beziehungsweise eines Umverdrahtungssubstrats, intensiver genutzt werden können, indem die Bauteile dichter nebeneinander angeordnet sein können, zumal jede Reservierungsfläche für eine fertigungstechnische Maßnahme, wie das Dispensen nicht mehr erforderlich ist.With this surface mountable Semiconductor component is thus the mounting on a circuit board and / or relieved on a wiring substrate, because the Underfill material integral part of the surface mount semiconductor device is and not retrospective in liquid Condition between a surface mount semiconductor device and a circuit carrier, or a rewiring substrate got to. This has the further advantage that the surfaces of a circuit board, respectively a rewiring substrate, can be used more intensely by the components can be arranged closer together, especially since each reservation area for one production engineering measure, as dispensing is no longer required.

Auch der Zeitaufwand für das Montieren eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils auf einem Schaltungsträger oder auf einem Verdrahtungssubstrat wird durch die erfindungsgemäße Schicht in den Randbereichen des Halbleiterbauteils deut lich verringert. Der Thermoplast, der die Tropfen aus Härtermaterial umschließt, kann auf die Löttemperatur abgestimmt sein, sodass beim Anlöten der Außenkontakte die Kapseln aus einem thermoplastischen Kunststoff platzen. Während einerseits die Lotbälle mit entsprechenden Kontaktanschlussflächen des übergeordneten Schaltungsträgers oder des Verdrahtungssubstrats beim Lötvorgang verbunden werden, kann zeitgleich und bei gleichem Energieeintrag das Erweichen der polymeren Grundschicht erreicht werden und zusätzlich das Freisetzen des Härters erfolgen. Mit dem Lötvorgang für die Fixierung der Außenkontakte, beziehungsweise der Lötbälle, nimmt somit auch das Unterfüllmaterial zunächst nur einen Klebekontakt mit dem Schaltungsträger auf und wird schließlich durch das Aushärten der erfindungsgemäßen Schicht eine Fixierung des oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils auf einem Schaltungsträger oder auf einem Verdrahtungssubstrat zuverlässig bereitstellen.Also the time required for mounting a surface mountable Semiconductor device on a circuit carrier or on a wiring substrate is through the inventive layer Significantly reduced in the edge regions of the semiconductor device. The thermoplastic, which encloses the drops of hardener material, can to the soldering temperature be tuned, so when soldering the external contacts burst the capsules of a thermoplastic material. While on the one hand the balls of solder with corresponding contact pads of the parent circuit board or of the wiring substrate during the soldering process can be connected at the same time and at the same energy input the Softening of the polymeric base layer can be achieved and in addition the Release of the hardener respectively. With the soldering process for the Fixation of external contacts, or the solder balls, thus decreases also the underfill material first only makes an adhesive contact with the circuit carrier and is finally through the curing the layer according to the invention a fixation of the surface mountable Semiconductor device on a circuit carrier or on a wiring substrate reliably deploy.

Dazu stehen die Erweichungstemperatur TE des Thermoplastes und die Löttemperatur TL der Lotkugeln, sowie die Zersetzungstemperatur TZ des Kunststoffgehäuses in nachfolgendem Verhältnis zueinander: TL ≤ TE < TZ These are the softening temperature T E of the thermoplastic and the soldering temperature T L of the solder balls, and the decomposition temperature T Z of the plastic housing in the following relationship to each other: T L ≤ T e <T Z

Dabei kann sich die Zersetzungstemperatur TZ sowohl auf das Kunststoffgehäuse als auch auf das Material des Schaltungsträgers sowie auf das Material des Verdrahtungssubstrats beziehen. Außerdem hat eine Schicht mit einer Erweichungstemperatur in diesem Bereich den Vorteil, dass sie bereits bei der Löttemperatur TL aktiv wird und somit parallel zum Lötvorgang ein Verbinden des Unterfüllbereichs im Randbereich des Halb leiterbauteils mit dem Schaltungsträger, beziehungsweise mit dem Verdrahtungssubstrat verursacht.In this case, the decomposition temperature T Z can relate both to the plastic housing and to the material of the circuit carrier as well as to the material of the wiring substrate. In addition, a layer having a softening temperature in this area has the advantage that it becomes active already at the soldering temperature T L and thus causes the underfill area in the edge region of the semiconductor device to be connected to the circuit carrier or to the wiring substrate in parallel to the soldering process.

Das bedeutet, dass ein zeitaufwendiges und Montagefläche beanspruchendes Auffüllen des Zwischenraums zwischen Halbleiterbauteil und übergeordneter Schaltungsplatine entfallen kann, zumal damit auch ein Reservieren von Flächen für das Einbringen des Unterfüllmaterials nicht mehr vorzusehen sind und die Gefahr der Gasblaseneinschlüsse ebenfalls vermindert ist. Des Weiteren ist durch die Kapselung des Härters die Gewähr gegeben, dass ein geringer Wärmeeintrag nicht zum Aushärten der Polymerkomponente führt. Erst bei Erwärmungen über den Erweichungspunkt der Thermoplast-Kapseln, in die der Härter eingeschlossen ist, wird der Härter freigegeben und kann ein Vernetzen der polymeren Kettenmoleküle mithilfe des Härters dann einleiten, wenn die Erweichungstemperatur des Thermoplastes deutlich überschritten ist. Deutlich überschreiten heißt in diesem Zusammenhang mindestens 10 bis 15 Grad Celsius über der Erweichungstemperatur des Thermoplastes.The means that a time-consuming and mounting surface demanding filling the Gap between semiconductor device and higher-level circuit board can be omitted, especially with a reservation of land for the introduction of the underfill material are no longer provided and the risk of gas bubbles inclusions also is reduced. Furthermore, by the encapsulation of the hardener the guarantee given that a low heat input not for curing the polymer component leads. Only with warming over the Softening point of the thermoplastic capsules in which the hardener is enclosed is, becomes the hardener Released and can be used to crosslink the polymer chain molecules of the hardener then initiate when the softening temperature of the thermoplastic clearly exceeded is. Significantly exceed is called in this regard at least 10 to 15 degrees Celsius above the Softening temperature of the thermoplastic.

Weiterhin hat dieses Bauteil den Vorteil, dass für den Kunden, der derartige Bauteile auf der Oberfläche eines Leitungsträgers montieren will, eine aufwendige Kühlkette entfällt, die er für konventionelle Unterfüllmaterialien bereithalten muss. Außerdem muss der Kunde den kosten- und zeitaufwendigen Unterfüllprozess nicht mehr selbst durchführen, da ihm nun ein Bauteil zur Verfügung gestellt wird, das auf seiner Unterseite bereits das Unterfüllmaterial mit sich führt. Dieses Unterfüllmaterial und insbesondere der Thermoplast für die Kapseln kann auf die verschiedenen Lötprofile des Kunden abgestimmt werden. Andererseits ist es auch möglich, das durch ein Zusatzheizwerkzeug der Härter erst aktiviert wird, wenn bereits zuverlässig das Halbleiterbauteil auf einer ü bergeordneten Schaltungsplatine aufgelötet ist. Insbesondere diese Möglichkeit ist für den Kunden von Vorteil, da er vor dem Aktivieren des Härters jederzeit das Halbleiterbauteil wieder von der Platine durch Freilöten entfernen oder austauschen kann.Farther This component has the advantage that for the customer, such Components on the surface a management carrier wants to assemble, a complex cooling chain is eliminated, the he for conventional underfill materials must have ready. In addition, must The customer no longer has to complete the costly and time-consuming underfilling process himself carry out, because now he has a component available is placed on its underside already the underfill material with you. This underfill material and in particular the thermoplastic for the capsules can be applied to the different soldering profiles of the customer. On the other hand, it is also possible that by an auxiliary heating tool, the hardener is activated only when already reliable the semiconductor device on a superior Circuit board soldered is. In particular, this possibility is for the customer of advantage, since he before activating the hardener at any time remove the semiconductor device from the board by freezing or can exchange.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stehen die Erweichungstemperatur TE des Thermoplastes und die Löttemperatur TL der Lotkugeln sowie die Zersetzungstemperatur TZ des Kunststoffgehäuses in nachfolgendem Verhältnis: TL < TE < TZ In a further embodiment of the invention tion are the softening temperature T E of the thermoplastic and the soldering temperature T L of the solder balls and the decomposition temperature T Z of the plastic housing in the following ratio: T L <T e <T Z

In diesem Fall fordert die Formel, dass auch ein Mindestabstand von der Löttemperatur für den Erweichungsfall des Thermoplastes der Kapseln mit eingeschlossenem Härter einzuhalten ist. Dieser Mindestabstand soll dafür sorgen, dass ein Aushärten des Unterfüllmaterials des Halbleiterbauteils nicht ausgelöst wird, wenn dieses Halbleiterbauteil aufgelötet wird. Somit ist es möglich beim Auftreten von Fehlern oder Fehljustagen das Halbleiterbauteil auch wieder ohne Schaden für den Leitungsträger zu entfernen. Auch kann das Halbleiterbauteil für Testzwecke auf entsprechende Testkontaktanschlüsse gelötet werden und dennoch anschließen entfernt und ausgeliefert werden, solange die Thermokapseln des Härters in dem Grundpolymer nicht den Härter freigegeben haben.In In this case, the formula requires that even a minimum distance of the soldering temperature for the softening case of the thermoplastic of the capsules with hardener included is. This minimum distance is to ensure that hardening of the underfill material of the semiconductor device is not triggered when this semiconductor device soldered becomes. Thus it is possible when errors or misalignments occur, the semiconductor device again without damage for the manager to remove. Also, the semiconductor device for testing purposes on appropriate Test contact terminals soldered be and still connect be removed and shipped as long as the thermo capsules of the hardener in the base polymer is not the hardener have released.

Vorzugsweise wird als Material der Kapseln, die den Härter umschließen, ein Thermoplast der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polyamid und/oder Polyester eingesetzt. Die Erweichungstemperaturen dieser Thermoplaste liegen ohne zusätzliche Füllstoffe zwischen 90 Grad Celsius und 280 Grad Celsius und können selektiv auf die unterschiedlichen Lotverfahren des Kunden spezifiziert werden. Dabei ist Polyethylen bis zu einer Temperatur von 200 Grad Celsius einsetzbar und das Polypropylen bis zu Temperaturen von 240 Grad Celsius verwendbar.Preferably is used as the material of the capsules enclosing the hardener Thermoplastic group of polyethylene, polypropylene, polyamide and / or Polyester used. The softening temperatures of these thermoplastics lie without additional fillers between 90 degrees Celsius and 280 degrees Celsius and can be selective be specified on the customer's different soldering processes. This polyethylene is up to a temperature of 200 degrees Celsius can be used and the polypropylene up to temperatures of 240 degrees Celsius usable.

Außerdem ist es vorgesehen, dass die Werte der Viskosität und der Thixotropie des Grundpolymers so hoch sind, dass die Schicht bei Raum-, Lager- und/oder Transporttemperaturen formstabil ist. Diese Eigenschaften des Grundpolymers ermöglichen es, das Unterfüllmaterial als zusätzliche, die Außenkontakte beziehungsweise Lotkugeln umgebende Schicht auf der Unterseite eines auszuliefernden Halbleiterbauteils anzuordnen, sodass der Kunde lediglich die Oberflächenmontage der Lotkugeln durchführen muss und zusätzlich einen Unterfüllschutz erreicht, wenn er die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kapseln, die den Härter einschließen, überschreitet.Besides that is it provided that the values of viscosity and thixotropy of the base polymer are so high that the layer at room, storage and / or transport temperatures is dimensionally stable. These properties of the base polymer allow it, the underfill material as additional, the external contacts or solder balls surrounding layer on the underside of a order to be delivered semiconductor component, so that the customer only the surface mounting perform the solder balls must and in addition a underfill protection when it reaches the softening temperature of the thermoplastic Capsules containing the hardener include, exceeds.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kapseln in dem Unterfüllmaterial derart hoch gegenüber der Löttemperatur des Lötmaterials der Lotkugeln gewählt, dass die Schicht aus Unterfüllmaterial während des Lötprozesses einen Montageabstandhalter bildet, sodass bei der Montage des Halbleiterbauteils auf einem Schaltungsträger ein vorgegebener Mindestabstand zwischen Unterseite des Halbleiterchips und Oberseite des Schaltungsträgers eingehalten wird. Erst nach Erstarren der Lotkugeln wird dann in einem zweiten Schritt die Arbeitstemperatur soweit erhöht, dass die Erweichungstemperatur überschritten wird und die thermoplastischen Kapseln ihren Inhalt an das Grundpolymer zum Aushärten des Grundpolymers zu einem Unterfüller freigeben.In a further preferred embodiment The invention relates to the softening temperature of the thermoplastic Capsules in the underfill material so high up the soldering temperature of the soldering material the solder balls chosen, that the layer of underfill material while of the soldering process forms a mounting spacer, so that during assembly of the semiconductor device on a circuit carrier a predetermined minimum distance between the underside of the semiconductor chip and top of the circuit board is complied with. Only after solidification of the solder balls is then in a second step, the working temperature increased so far that exceeded the softening temperature and the thermoplastic capsules their content to the base polymer for curing of the base polymer to a subfiller.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Schicht die Lotkugeln auf der Unterseite des Halbleiterbauteils derart umgibt, dass die Lotkugeln um wenige Mikrometer aus der Schicht herausragen. Damit ist gewährleistet, dass die Lotkugeln optimal auf die vorgesehenen Kontaktanschlussflächen des Schaltungsträgers aufgelötet werden können, und anschließend die Schicht zu einem Unterfüllmaterial aushärtet.Farther It is advantageous if the layer has the solder balls on the bottom surrounds the semiconductor device such that the solder balls by a few Stick micrometer out of the layer. This ensures that that the solder balls optimally on the provided contact pads of the circuit carrier soldered can be and then the Layer to an underfill material cures.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Schaltungsträger mit einem oberflächenmontierten Halbleiterbauteil, das auf seiner Unterseite Lotkugeln als Außenkontakte und eine Schicht aus einem Kunstharz mit einem Grundpolymer und einem Härter aufweist, wobei der Härter in einer Vielzahl kugelförmiger Kapseln, deren Hülle einen Thermoplast aufweist, eingeschlossen ist. Dieser Schaltungsträger mit oberflächenmontierbarem Halbleiterbauteil ist dann dadurch gekennzeichnet, dass die Lotkugeln des Halbleiterbauteils auf einer Verdrahtungsstruktur des Schaltungsträgers aufgelötet sind, und das Schichtmaterial aus Grundpolymer und gekapseltem Härter noch unvernetzt ist.One Another aspect of the invention relates to a circuit carrier with a surface mounted Semiconductor component having solder balls on its underside as external contacts and a layer of a synthetic resin with a base polymer and a hardener having, wherein the hardener in a variety of spherical Capsules, their shell a thermoplastic is included. This circuit board with oberflächenmontierbarem Semiconductor component is then characterized in that the solder balls of the Semiconductor device are soldered onto a wiring structure of the circuit substrate, and the base polymer and encapsulated hardener layer material still uncrosslinked.

Ein derartiger Schaltungsträger mit oberflächenmontiertem Halbleiterbauteil kann beispielsweise ein Testschaltungsträger sein, auf den das Halbleiterbauteil nur vorübergehend mit seinen Lotkugeln gelötet ist, um die Funktionsfähigkeit des oberflächenmontierten Halbleiterbauteils sicherzustellen, bevor es auf einen weiteren übergeordneten Schaltungsträger oberflächenmontiert wird und dann durch Erhöhung der Temperatur über den Erweichungspunkt des Thermoplastes der Kapseln, in dem der Härter eingeschlossen ist, nun das Aushärten von Grundpolymer und Härter zu einem Unterfüllmaterial erfolgt.One such circuit carrier with surface mounted Semiconductor device may be, for example, a test circuit carrier, to which the semiconductor device is only temporarily soldered with its solder balls, to the functionality of the surface-mounted Ensure semiconductor device before moving on to another parent circuit support surface mounted and then by raising the temperature over the softening point of the thermoplastic of the capsules in which the hardener is included is, now the curing of base polymer and hardener takes place to a Unterfüllmaterial.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein Schaltungsträger, der Lotkugeln auf einer Verdrahtungsstruktur des Schaltungsträgers aufgelötet hat, und bei dem das Schichtmaterial aus Grundpolymer und gekapseltem Härter bereits vernetzt ist. Somit weist die vernetzte und ausgehärtete Schicht Partikel aus thermoplastischem Kunststoff in dem vernetzten Kunstharz auf. Ein derartiger Schaltungsträger mit oberflächenmontiertem Halbleiterbauteil läßt sich aufgrund der thermoplastischen Partikel, die in dem Unterfüllmaterial verblieben sind, von den bisherigen Schaltungsträgern, die mit Halbleiterbauteilen bestückt sind und ein Unterfüllmaterial aufweisen, eindeutig unterscheiden.A further embodiment of the invention is a circuit carrier which has soldered solder balls on a wiring structure of the circuit carrier, and in which the layer material of base polymer and encapsulated hardener is already crosslinked. Thus, the crosslinked and cured layer has particles of thermoplastic in the crosslinked resin. Such a surface mounted semiconductor device circuit carrier is susceptible of the prior art circuit carriers formed with semiconductor devices due to the thermoplastic particles remaining in the underfill material are equipped and have a Unterfüllmaterial, clearly distinguish.

Ein Verfahren zu Herstellung eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils mit Kunststoffgehäuse und mit Lotkugeln auf seiner Unterseite weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden Härtermaterialtropfen unter Umhüllung der Härtermaterialtropfen mit einer Schicht aus einem Thermoplast gekapselt. Danach wird eine Mischung aus gekapselten Härterpartikeln und einem Grundpolymer eines Kunstharzes hergestellt. Anschließend wird die Mischung als Schicht auf mindestens einen Randbereich einer Unterseite eines Halbleiterbauteils aufgebracht. Damit ist das Halbleiterbauteil gemäß dieser Erfindung hergestellt und kann nun überall dort eingesetzt werden, wo bisher ein extra Unterfüllmaterial nach der Oberflächenmontage eines Halbleiterbauteils zwischen der Unterseite des Halbleiterbauteils und der Oberseite eines übergeordneten Schaltungsträgers eingebracht werden musst.One A method of manufacturing a surface mount semiconductor device with plastic housing and with solder balls on its underside has the following Procedural steps on. First become hardener material drops under cover the hardener material drop encapsulated with a layer of a thermoplastic. After that, a Mixture of encapsulated hardener particles and a base polymer of a synthetic resin. Subsequently, will the mixture as a layer on at least one edge region of a Applied underside of a semiconductor device. This is the semiconductor device according to this Manufactured invention and can now be used everywhere where previously an extra underfill material after surface mounting a Semiconductor component between the bottom of the semiconductor device and the top of a parent circuit carrier have to be introduced.

Mit diesem Halbleiterbauteil wird nicht nur die Fertigung von Schaltungen mit derartigen Halbleiterbauteilen grundlegend geändert, sondern auch die Kostenstruktur verbessert sowie die Bearbeitungszeit verkürzt werden. Insbesondere ist es möglich, die Schicht aus einer Mischung aus Grundpolymer und gekapseltem Härter soweit auf der Unterseite des Halbleiterbauteils anzuordnen, dass die Lotkugeln lediglich um einige Mikrometer aus dieser Schicht herausragen. Dieses reicht bereits, um die Lotkugeln sicher auf dem Schaltungsträger und den dazugehörigen Kontaktanschlussflächen elektrisch zu verbinden. Bei entsprechender Erhöhung der Temperatur über den Erweichungspunkt des Thermoplastes hinaus erfolgt dann die Aushärtung des Grundpolymers, weil der eingekapselte Härter freigegeben wird.With This semiconductor device is not only the production of circuits fundamentally changed with such semiconductor devices, but also the cost structure is improved and the processing time is shortened. In particular, it is possible to Layer of a mixture of base polymer and encapsulated hardener so far to arrange on the bottom of the semiconductor device that the solder balls only protrude from this layer by a few microns. This Already enough to secure the solder balls on the circuit carrier and the associated Contact pads electrically connect. With appropriate increase of the temperature over the Softening point of the thermoplastic is then curing the base polymer, because the encapsulated hardener is released.

Das Einkapseln der Härtermaterialtropfen kann entweder in einer Tropfanlage oder in einer Sprühanlage erfolgen, wobei unter Auffangen der Tropfen in einer Wanne mit Thermoplast sich die Härtermaterialtropfen einkapseln. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in einem Fallturm die fallenden Härtermaterialtropfen in einem Gegenstrom aus Thermoplaststäuben mit diesem Thermoplast äußerlich einzukapseln.The Encapsulating the hardener material drops can done either in a drip or in a spray system, wherein under Catching the drops in a tub with thermoplastic the hardener material drops themselves encapsulate. Another possibility consists of dropping the drops of hardener material in a drop tower Counterflow from thermoplastic dusts externally with this thermoplastic encapsulate.

Neben diesen Tropf- und Sprühverfahren für das Einkapseln von Härtermaterialtropfen sind auch Tiefkühlverfahren denkbar, wobei die Härtermaterialtropfen in einen Kühlturm gesprüht werden, dort zu Partikeln erstarren und in diesem Zustand in ein Thermoplastmaterial eingekapselt werden. Nach dem Erreichen der Raumtemperatur ist aufgrund des umgebenden Thermoplastes der Härter nicht in der Lage, ein Grundpolymer eines Kunstharzes zu vernetzen bzw. eine Aushärtung des Grundpolymers zu bewirken. Erst das Überschreiten einer Erweichungstemperatur lässt den Thermoplast, der den Härter in Form einer Kapsel umgibt, erweichen und der Härter kann dann mit dem Grundpolymer reagieren und dieses vernetzen, sodass das Grundpolymer zu einem Unterfüllmaterial aushärtet. Dessen ungeachtet kann das Grundpolymer einen Füllstoff aufweisen, mit dem die Temperaturstabilität für das Unterfüllmaterial eingestellt werden kann.Next this dripping and spraying process for the Encapsulating hardener material drops are also freezing processes conceivable, with the drops of hardener material in a cooling tower sprayed become solidified there into particles and in this state in a thermoplastic material be encapsulated. After reaching the room temperature is due the surrounding thermoplastic of the hardener is not able to Base polymer of a synthetic resin to crosslink or curing of the To cause base polymer. Only the exceeding of a softening temperature lets the Thermoplastic, the hardener in the form of a capsule, soften and the hardener can then with the base polymer react and crosslink, making the base polymer a underfill material cures. Nevertheless, the base polymer may have a filler with which the temperature stability for the underfill material can be adjusted.

Ein Verfahren für eine Oberflächenmontage eines Halbleiterbauteils, wie es oben beschrieben wurde, verwendet einen Schaltungsträger und ist durch nachfolgende Verfahrensschritte gekennzeichnet. Zunächst werden die Außenkontakte des Halbleiterbauteils auf eine Verdrahtungsstruktur des Schaltungsträgers aufgelötet. Danach wird die Schicht aus Grundpolymer und gekapseltem Härter über die Erweichungstemperatur des Thermoplastes zum Freisetzen des Härters erwärmt. Anschließend erfolgt das Aushärten der Schicht unter Vernetzen der Kettenmoleküle des Grundpolymers mit den Molekülen des Härters.One Procedure for a surface mounting of a Semiconductor device, as described above uses a circuit support and is characterized by subsequent process steps. First, be the external contacts of the semiconductor device is soldered onto a wiring structure of the circuit carrier. After that The layer of base polymer and encapsulated hardener over the Softening temperature of the thermoplastic heated to release the hardener. Then done the curing the layer crosslinking the chain molecules of the base polymer with the molecules of the hardener.

Der entscheidende Schritt ist hierbei das Erwärmen der Schicht aus Grundpolymer und gekapseltem Härter, sodass der Härter von dem umgebenden Thermoplast freigesetzt werden kann. Dieses Erwärmen kann mit einem Heizwerkzeug erfolgen, das die auszuhärtende Schicht lokal aufheizt. Diese lokale Aufheizung kann durch Ultraschallheizer, durch Heißgebläse oder durch Laserstrahler erfolgen. Auch Wärmestrahler konnten bisher erfolgreich eingesetzt werden, um lokal die in Frage kommenden Unterfüllschichten zum Aushärten zu bringen.Of the The decisive step here is the heating of the layer of base polymer and encapsulated hardener, so the hardener can be released from the surrounding thermoplastic. This heating can with a heating tool that locally heats the layer to be cured. This local heating can be done by ultrasonic heaters, by hot blowers or done by laser emitters. Also heat radiators could so far be used successfully to locally the underfill layers for curing bring to.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil und der Möglichkeit einer Oberflächenmontage auf einem übergeordneten Schaltungsträger der langsame Dispensprozess eines Unterfüllmaterials nicht mehr erforderlich ist. Ferner braucht kein Platz für das Auftragen des Unterfüllers auf dem Schaltungsträger freigehalten zu werden. Das Tieffrieren und Einlagern von herkömmlichen Unterfüllmaterialien und der damit verbundene logistische Auf wand sind nicht mehr erforderlich, und die Lagerfähigkeit der erfindungsgemäßen Halbleiterbauteile ist praktisch nicht mehr begrenzt, wie das für Bauteile mit bisherigen Unterfüllern der Fall ist.In summary It should be noted that with the semiconductor device according to the invention and the possibility a surface mounting on a parent circuit support slow dispensing process of underfill material is no longer required is. Furthermore, no space for the application of the underfiller on the circuit carrier to be kept free. The deep-freezing and storage of conventional underfill and the associated logistical costs are no longer required and the shelf life the semiconductor components according to the invention is practically no more limited, as is the case for components with previous underfillers Case is.

Auch der Zwang, während der Fertigung entsprechend präparierte Bauteile mit herkömmlichem Unterfüllmaterial kühl zu lagern, wird mit den oben beschriebenen Bauelementen nicht mehr notwenig sein. Dazu wird auf das Halbleiterbauteil mit einem geeigneten Verfahren wie Drucken, Aufsprühen oder in anderer Weise ein Reaktionsharz aus einem Grundpolymer und einem gekapselten Härter aufgebracht. Die Viskosität und die Thixotropie des Reaktionsharzes wird dabei so hoch vorgesehen, dass es nach dem Auftragen seine Form selbst bei Erhöhung der Temperatur über die Raumtemperatur hinaus nicht verändert, und es auch nicht zum Fließen der aufgebrachten Schicht kommt.Also, the need to store appropriately prepared components with conventional underfill material during production is no longer necessary with the components described above. For this purpose, a reaction resin of a base polymer and an encapsulated hardener is applied to the semiconductor device by a suitable method such as printing, spraying or otherwise introduced. The viscosity and the thixotropy of the reaction resin is provided so high that it does not change its shape even after increasing the temperature beyond the room temperature after application, and it also does not come to flow of the applied layer.

Die thermolabile Schutzhülle oder Kapsel, in der der Härter eingebracht ist, dient als Schutzhülle und bricht frühestens beim Lötvorgang auf, sodass der Härter sich erst dann mit dem Grundpolymer mischt und zu einem Unterfüllmaterial aushärtet. Die dabei erfolgende chemische Reaktion liefert gleichzeitig eine feste Verbindung mit dem übergeordneten Schaltungsträger, beziehungsweise mit dem Verdrahtungssubstrat, sodass mithilfe dieses Materials thermische Belastungen ausgeglichen werden können.The thermolabile protective cover or capsule in which the hardener is inserted, serves as a protective cover and breaks at the earliest during the soldering process on, so the hardener only then mixes with the base polymer and a Unterfüllmaterial cures. The resulting chemical reaction simultaneously provides a fixed connection with the parent circuit carrier, respectively with the wiring substrate, so using this material thermal Loads can be compensated.

Alternativ kann die thermoplastische Schutzhülle oder Kapsel auch so beschaffen sein, dass sie erst bei Temperaturen über dem Lötvorgang aufbricht. Dies hat den Vorteil, dass eine feste Verbindung erst nach einem weiteren Wärmeeintrag erfolgt. Somit kann der Kunde die Endmontage des Halbleiterbau teils bis zur Endkontrolle offen halten, und erst die Verbindung der Schicht aus Unterfüllmaterial veranlassen, wenn alle Vortests erfolgreich abgeschlossen sind.alternative may also provide the thermoplastic sleeve or capsule be that it breaks only at temperatures above the soldering process. this has the advantage that a firm connection only after another heat input he follows. Thus, the customer can the final assembly of the semiconductor part keep open until final inspection, and first the compound of the layer from underfill material when all pre-tests have been successfully completed.

Zusammenfassend ergeben sich damit die folgenden Vorteile:

  • 1. Halbleiterbauteile mit einer derartigen erfindungsgemäßen Schicht müssen nicht gekühlt ausgeliefert werden und sind theoretisch unbegrenzt lagerfähig.
  • 2. Für den Kunden entfällt eine aufwendige Kühlkette.
  • 3. Der Kunde muss den Unterfüllprozess nicht selbst mehr durchführen.
  • 4. Die Materialien können auf verschiedene Lötprofile des Kunden eingestellt werden.
  • 5. Eine feste Verbindung durch Vernetzung kann durch geeignete Wahl der thermoplastischen Schutzhülle, beziehungsweise Einkapselung auch erst nach der kompletten Oberflächenmontage erfolgen.
In summary, this results in the following advantages:
  • 1. Semiconductor components with such a layer according to the invention need not be delivered refrigerated and are theoretically unlimited shelf life.
  • 2. For the customer eliminates a complex cold chain.
  • 3. The customer does not have to perform the underfilling process himself.
  • 4. The materials can be adjusted to different soldering profiles of the customer.
  • 5. A firm connection by networking can be done by suitable choice of the thermoplastic protective cover, or encapsulation after the complete surface mounting.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The The invention will now be described with reference to the accompanying figures.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein oberflächenmontierbares Halbleiterbauteil mit Lotkugeln gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a schematic cross section through a surface-mountable semiconductor device with solder balls according to an embodiment of the invention;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Kapsel mit eingeschlossenem Härter; 2 shows a schematic cross section through a capsule with enclosed hardener;

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Schicht mit Unterfüllmaterial aus einem Reaktivharz; 3 shows a schematic cross section through a layer of underfill material of a reactive resin;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger mit oberflächenmontiertem Halbleiterbauteil vor einem Aushärten des Reaktionsharzes; 4 shows a schematic cross-section through a circuit carrier with a surface-mounted semiconductor device prior to curing of the reaction resin;

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger mit oberflächenmontiertem Halbleiterbauteil und Vorrichtungen zum Auslösen einer Vernetzungsreaktion. 5 shows a schematic cross-section through a circuit carrier with surface mounted semiconductor device and devices for triggering a crosslinking reaction.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein oberflächenmontierbares Halbleiterbauteil 1 mit Lotkugeln 3 gemäß einer mäglichen Ausführungsform der der Erfindung. Dieses Halbleiterbauteil 1 weist ein Kunststoffgehäuse 2 auf, in dem ein Halbleiterchip 19 angeordnet ist, der mit seinen Flip-chip-Kontakten 20 auf einem Verdrahtungssubstrat 21 angeordnet ist. Die Unterseite 5 des Verdrahtungssubstrats 21 weist Lotkugel 3 als Außenkontakte 4 auf. In Randbereichen 8 weist zusätzlich die Unterseite 5 des Verdrahtungssubstrats 21, die gleichzeitig auch Unterseite 5 des Halbleiterbauteils 1 ist, eine Schicht 6 aus Unterfüllmaterial 7 auf. 1 shows a schematic cross section through a surface-mountable semiconductor device 1 with solder balls 3 in accordance with a mundane embodiment of the invention. This semiconductor device 1 has a plastic housing 2 on, in which a semiconductor chip 19 is arranged, with its flip-chip contacts 20 on a wiring substrate 21 is arranged. The bottom 5 of the wiring substrate 21 has solder ball 3 as external contacts 4 on. In peripheral areas 8th also has the underside 5 of the wiring substrate 21 , at the same time also bottom 5 of the semiconductor device 1 is, a layer 6 from underfill material 7 on.

Dieses Unterfüllmaterial 7 besteht aus einem Reaktivharz 9, das seinerseits ein Grundpolymer 10 und einen gekapselten Härter 11 aufweist. Dieser gekapselte Härter 11 ist in einer Kunststoffkapsel 12 eingeschlossen, die aus einem Thermoplast besteht. Die Thermoplast-Schutzhülle 13, in die der Härter 11 eingeschlossen ist, weist vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyamide oder Polyester als thermoplastische Materialien auf. Der Härter 11 kann mit dem Grundpolymer 10 erst dann reagieren und ein Unterfüllmaterial 7 für das Halbleiterbauteil 1 bilden, wenn das Halbleiterbauteil 1 mit seinen Außenkontakten 4 auf einer übergeordneten Schaltungsplatine auf entsprechende Kontaktanschlussflächen aufgelötet wird.This underfill material 7 consists of a reactive resin 9 , which in turn is a base polymer 10 and an encapsulated hardener 11 having. This encapsulated hardener 11 is in a plastic capsule 12 enclosed, which consists of a thermoplastic. The thermoplastic protective cover 13 into which the hardener 11 is polyethylene, polypropylene, polyamides or polyesters as thermoplastic materials. The hardener 11 can with the base polymer 10 Only then react and an underfill material 7 for the semiconductor device 1 form when the semiconductor device 1 with his external contacts 4 soldered onto corresponding contact pads on a parent circuit board.

Dabei kann die Schichtdicke d der Schicht 6 um wenige Mikrometer kleiner sein als die Höhe h der Lotkugeln 3. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Auflöten, beziehungsweise bei der Oberflächenmontage zunächst die Außenkontakte 4 auf entsprechende Kontaktflächen eines Schaltungsträgers aufgelötet werden können, bevor das Grundpolymer erweicht und das Halbleiterbauteil 1 mit einem Schaltungsträger mechanisch verbindet. Die Erweichungstemperatur TE des Thermoplastes, in dem der Härter 11 eingeschlossen ist, kann auch so eingestellt werden, dass der Härter 11 erst beim Auflöten der Außenkontakte 4 auf einen Schaltungsträger freigegeben wird, womit die Schicht 6 zu einem Unterfüllmaterial 7 gleichzeitig mit dem Lötvorgang aushärten kann.In this case, the layer thickness d of the layer 6 be smaller by a few microns than the height h of the solder balls 3 , This ensures that when soldering, or when surface mounting first the external contacts 4 can be soldered to corresponding contact surfaces of a circuit substrate before the base polymer softens and the semiconductor device 1 mechanically connected to a circuit carrier. The softening temperature T E of the thermoplastic, in which the hardener 11 can also be adjusted so that the hardener 11 only when soldering the external contacts 4 is released to a circuit carrier, bringing the layer 6 to a Unterfüllma TERIAL 7 can cure at the same time as the soldering process.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Kapsel 12, die einen Härter 11 umschließt. Ein derartiger kugelförmiger Härter 11 wird durch Vertropfen des Härters 11 in einer Vertropfungsanlage bei anschließendem Wärmeentzug gebildet, wobei der Härter 11 kugelförmig erstarrt und danach von einem Thermoplastmaterial beschichtet werden kann. Das Beschichten kann ebenfalls in einer Art Schwebezustand in einem Kühlturm erfolgen, wobei der Härtermaterialtropfen 17 in dem Kühlturm kugelförmig erstarrt und in einem Gegenstrom von einem Thermoplast beschichtet wird. Diese beschichteten Tropfen können dann wieder auf Raumtemperatur erwärmt werden, zumal der Thermoplast auch bei Raumtemperatur nicht erweicht. Anschließend wird ein derartig gekapselter Härter mit einem Grundpolymer gemischt. 2 shows a schematic cross section through a capsule 12 that is a hardener 11 encloses. Such a spherical hardener 11 is by dripping the hardener 11 formed in a Vertropfungsanlage with subsequent heat extraction, the hardener 11 spherically solidified and then coated by a thermoplastic material. The coating can also be done in a kind of floating state in a cooling tower, wherein the drop of hardener material 17 is spherically solidified in the cooling tower and coated in a countercurrent of a thermoplastic. These coated drops can then be reheated to room temperature, especially since the thermoplastic does not soften even at room temperature. Subsequently, such encapsulated hardener is mixed with a base polymer.

3 zeigt dazu einen schematischen Querschnitt durch eine Schicht 6, die aus einem Grundpolymer 10 besteht und in die Kapseln 12 mit eingeschlossenem Härter 11 gemischt sind. Dabei bleiben diese gekapselten Härterpartikel 18 in dem Grundpolymer 10 gleichmäßig verteilt, das bei Raumtemperatur fest ist. Sobald die Erweichungstemperatur der Kapsel 12 aus Thermoplast 14 des gekapselten Härters 11 erreicht ist, wird der eingeschlossene Härter 11 freigegeben und der Vernetzungsvorgang des Grundpolymers wird ausgelöst. 3 shows a schematic cross section through a layer 6 made from a base polymer 10 exists and in the capsules 12 with hardener included 11 are mixed. In the process, these encapsulated hardener particles remain 18 in the base polymer 10 evenly distributed, which is solid at room temperature. Once the softening temperature of the capsule 12 made of thermoplastic 14 of the encapsulated hardener 11 reached is the trapped hardener 11 released and the networking process of the base polymer is triggered.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger 15 mit oberflächenmontiertem Halbleiterbauteil 1, wobei das Halbleiterbauteil 1 den gleichen Querschnitt aufweist wie das Halbleiterbauteil 1 in 1. Der Schaltungsträger 15 weist eine Verdrahtungsstruktur 22 auf, mit der die Außenkontakte 4 des Halbleiterchips 1 elektrisch verbunden sind. Durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Schaltungsträgers 15 und des Verdrahtungssubstrats 21 sowie des Halbleiterchips 19 kommt es bei Thermozyklentests zu erheblichen Verspannungen zwischen diesen Komponenten aus unterschiedlichen Materialien. Diese thermischen Verspannungen können durch das Unterfüllmaterial der Schicht 6 nach dem Aushärten der Schicht 6 größtenteils aufgefangen werden, sodass derartige Halbleiterbauteile eine größere Zuverlässigkeit aufweisen. Wann der Vernetzungs- bzw. der Aushärtungsprozess der Schicht 6 zu einem Unterfüllmaterial 7 einsetzt, hängt von dem Material der Kapsel 12 für den Härter 11 ab. Dieser Vorgang des Aushärtens und Vernetzens kann durch entsprechende Heißwerkzeuge verstärkt werden. 4 shows a schematic cross section through a circuit carrier 15 with surface mounted semiconductor device 1 , wherein the semiconductor device 1 has the same cross-section as the semiconductor device 1 in 1 , The circuit carrier 15 has a wiring structure 22 on, with which the external contacts 4 of the semiconductor chip 1 are electrically connected. Due to the different expansion coefficients of the circuit substrate 15 and the wiring substrate 21 and the semiconductor chip 19 In thermocycling tests, there is considerable tension between these components made of different materials. These thermal stresses can be caused by the underfill material of the layer 6 after curing the layer 6 are largely collected so that such semiconductor devices have greater reliability. When the crosslinking or hardening process of the layer 6 to an underfill material 7 depends on the material of the capsule 12 for the hardener 11 from. This process of curing and curing can be enhanced by appropriate hot tools.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger 15 mit oberflächenmontiertem Halbleiterbau teil 1, und Vorrichtungen 23 und 24 zum Auslösen einer Vernetzungsreaktion. Diese Vorrichtungen 23 und 24 können einen Wärmestrahler, einen Laserstrahler oder einen Ultraschallgenerator oder andere Energieerzeuger aufweisen, die präzise auf die auszuhärtende Schicht 6 gerichtet werden können. Andererseits ist es auch möglich, das Halbleiterbauteil 1 von der Unterseite lokal im Bereich der Schicht 6 zu erwärmen. Nach Aushärten der Schicht 6 ist das Halbleiterbauteil 1 derart auf dem Schaltungsträger 15 montiert, dass durch die Schicht 6 Thermospannungen zwischen Schaltungsträger 15 und Halbleiterbauteil 1 ausgeglichen werden, ohne dass die Grenzflächen zwischen den Außenkontakten 4 und der Verdrahtungsstruktur 22 auf dem Schaltungsträger 15 beziehungsweise den Grenzflächen zwischen der Verdrahtungsstruktur 16 und dem Verdrahtungssubstrat 21 des Halbleiterbauteils 1 belastet werden. Somit ist die Gefahr eines Abrisses der Verbindung zwischen den Außenkontakten 4 und den jeweiligen Verdrahtungsstrukturen 23 beziehungsweise 16 vermindert. 5 shows a schematic cross section through a circuit carrier 15 with surface-mounted semiconductor component 1 , and devices 23 and 24 to trigger a crosslinking reaction. These devices 23 and 24 may comprise a heat radiator, a laser emitter or an ultrasonic generator or other power generator, the precise on the layer to be cured 6 can be directed. On the other hand, it is also possible, the semiconductor device 1 from the bottom locally in the area of the layer 6 to warm up. After curing the layer 6 is the semiconductor device 1 such on the circuit board 15 mounted that through the layer 6 Thermoelectric voltages between circuit carriers 15 and semiconductor device 1 be balanced without affecting the interfaces between the external contacts 4 and the wiring structure 22 on the circuit carrier 15 or the interfaces between the wiring structure 16 and the wiring substrate 21 of the semiconductor device 1 be charged. Thus, there is a risk of tearing the connection between the external contacts 4 and the respective wiring structures 23 respectively 16 reduced.

11
HalbleiterbauteilSemiconductor device
22
KunststoffgehäusePlastic housing
33
Lotkugelsolder ball
44
Außenkontaktoutside Contact
55
Unterseite des Halbleiterbauteilsbottom of the semiconductor device
66
Schichtlayer
77
Unterfüllmaterialunderfill material
88th
Randbereich des Halbleiterbauteilsborder area of the semiconductor device
99
Kunstharz bzw. Reaktivharzresin or reactive resin
1010
Grundpolymerbase polymer
1111
HärterHarder
1212
Kapselcapsule
1313
Hülleshell
1414
Thermoplastthermoplastic
1515
Schaltungsträgercircuit support
1616
Verdrahtungsstrukturwiring structure
1717
HärtermaterialtropfenHarder material drops
1818
Härterpartikelhardener particles
1919
HalbleiterchipSemiconductor chip
2020
Flipchip-KontaktFlip-Contact
2121
Verdrahtungssubstrat des Halbleiterbauteilswiring substrate of the semiconductor device
2222
Verdrahtungsstruktur des Schaltungsträgerswiring structure of the circuit board
2323
Vorrichtung zum Heizencontraption for heating
2424
Vorrichtung zum Heizencontraption for heating
dd
Schichtdickelayer thickness
hH
Höhe der LotbälleHeight of the solder balls

Claims (11)

Oberflächenmontierbares Halbleiterbauteil mit Kunststoffgehäuse (2) und mit Lotkugeln (3) als Außenkontakte (4) auf seiner Unterseite (5), wobei die Unterseite (5) eine Schicht (6) aus Unterfüllmaterial (7) aufweist, welche mindestens den Randbereich (8) der Unterseite (5) des Halbleiterbauteils (1) bedeckt und zwei Komponenten eines Kunstharzes (9) aus einem Grundpolymer (10) und einem Härter (11) aufweist, wobei der Härter (11) in eine Vielzahl von Kapseln (12), deren Hülle (13) einen Thermoplast (14) aufweist, eingeschlossen ist.Surface-mountable semiconductor device with plastic housing ( 2 ) and with solder balls ( 3 ) as external contacts ( 4 ) on its underside ( 5 ), the underside ( 5 ) a layer ( 6 ) of underfill material ( 7 ), which at least the edge region ( 8th ) of the underside ( 5 ) of the semiconductor device ( 1 ) and two components of a synthetic resin ( 9 ) from egg a base polymer ( 10 ) and a hardener ( 11 ), wherein the hardener ( 11 ) into a plurality of capsules ( 12 ), whose shell ( 13 ) a thermoplastic ( 14 ) is included. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweichungstemperatur TE des Thermoplastes (14) und die Löttemperatur TL der Lotkugeln (3) sowie die Zersetzungstemperaturen TZ des Kunststoffgehäuses (2) in nachfolgendem Verhältnis zueinander stehen: TL ≤ TE < TZ Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the softening temperature T E of the thermoplastic ( 14 ) and the soldering temperature T L of the solder balls ( 3 ) and the decomposition temperatures T Z of the plastic housing ( 2 ) in the following relation to one another: T L ≦ T E <T Z Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweichungstemperatur TE des Thermoplastes (14) und die Löttemperatur TL der Lotkugeln (3) sowie die Zersetzungstemperaturen TZ des Kunststoffgehäuses (2) in nachfolgendem Verhältnis zueinander stehen: TL < TE < TZ Semiconductor component according to claim 1 or claim 2, characterized in that the softening temperature T E of the thermoplastic ( 14 ) and the soldering temperature T L of the solder balls ( 3 ) and the decomposition temperatures T Z of the plastic housing ( 2 ) in the following relation to one another: T L <T e <T Z Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast (14) eines der Materialien Polyethylen, Polypropylen, Polyamid und/oder Polyester aufweist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic ( 14 ) comprises one of the materials polyethylene, polypropylene, polyamide and / or polyester. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Viskosität und der Thixotropie des Grundpolymers (10) so hoch sind, dass die Schicht (6) bei Raum-, Lager- und Transporttemperaturen formstabil ist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the values of the viscosity and the thixotropy of the base polymer ( 10 ) are so high that the layer ( 6 ) is dimensionally stable at room, storage and transport temperatures. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) ein Montageabstandshalter für die Lotkugeln (3) des Halbleiterbauteils (1) bei einer Montage des Halbleiterbauteils (1) auf einem Schaltungsträger (15) ist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the layer ( 6 ) a mounting spacer for the solder balls ( 3 ) of the semiconductor device ( 1 ) in a mounting of the semiconductor device ( 1 ) on a circuit carrier ( 15 ). Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) die Lotkugeln (3) des Halbleiterbauteils (1) auf der Unterseite (5) derart umgibt, dass die Lotkugeln (3) um einige Mikrometer aus der Schicht (6) herausragen.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the layer ( 6 ) the solder balls ( 3 ) of the semiconductor device ( 1 ) on the bottom ( 5 ) surrounds such that the solder balls ( 3 ) by a few microns from the layer ( 6 protrude). Schaltungsträger mit einem oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotkugeln (3) auf einer Verdrahtungsstruktur (16) des Schaltungsträgers (15) gelötet sind und das Schichtmaterial aus Grundpolymer (10) und gekapseltem Härter (11) unvernetzt ist.Circuit carrier having a surface-mountable semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the solder balls ( 3 ) on a wiring structure ( 16 ) of the circuit carrier ( 15 ) and the layer material of base polymer ( 10 ) and encapsulated hardener ( 11 ) is uncrosslinked. Schaltungsträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotkugeln (3) auf einer Verdrahtungsstruktur (16) des Schaltungsträgers (15) gelötet sind und das Schichtmaterial aus Grundpolymer (10) und gekapseltem Härter (11) vernetzt ist, und die Schicht (6) Partikel aus thermoplastischem Kunststoff in dem vernetzten Kunstharz aufweist.Circuit carrier according to claim 8, characterized in that the solder balls ( 3 ) on a wiring structure ( 16 ) of the circuit carrier ( 15 ) and the layer material of base polymer ( 10 ) and encapsulated hardener ( 11 ), and the layer ( 6 ) Comprises particles of thermoplastic in the crosslinked resin. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenmontierbaren Halbleiterbauteils (1) mit Kunststoffgehäuse (2) und mit Lotkugel (3) auf seiner Unterseite (5), wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte: – Einkapseln von Härtermaterialtropfen (17) unter Umhüllung der Härtermaterialtropfen (17) mit einer Schicht (6) aus einem Thermoplast (14), – Herstellen einer Mischung aus gekapselten Härterpartikeln (18) und einem Grundpolymer (10) eines Kunstharzes (9); – Aufbringen der Mischung als Schicht (6) auf mindestens einen Randbereich (8) einer Unterseite (5) eines Halbleiterbauteils (1).Method for producing a surface-mountable semiconductor device ( 1 ) with plastic housing ( 2 ) and with solder ball ( 3 ) on its underside ( 5 ), the method comprising the following process steps: encapsulating hardener material drops ( 17 ) while enclosing the drops of hardener material ( 17 ) with a layer ( 6 ) of a thermoplastic ( 14 ), - producing a mixture of encapsulated hardener particles ( 18 ) and a base polymer ( 10 ) of a synthetic resin ( 9 ); Application of the mixture as a layer ( 6 ) on at least one edge area ( 8th ) an underside ( 5 ) of a semiconductor device ( 1 ). Verfahren für eine Oberflächenmontage eines Halbleiterbauteils (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auf einem Schaltungsträger (15) gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, gekennzeichnet durch nachfolgende Verfahrensschritte: – Auflöten der Außenkontakte (4) des Halbleiterbauteils (1) auf einer Verdrahtungsstruktur (16) des Schaltungsträgers (15); – Erwärmen der Schicht (6) aus Grundpolymer (10) und gekapseltem Härter (11) über die Erweichungstemperatur des Thermoplastes (14) zum Freisetzen des Härters (11); – Aushärten der Schicht (6) unter Vernetzen der Kettenmoleküle des Grundpolymers (10) mit den Molekülen des Härters (11).Method for a surface mounting of a semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7 on a circuit carrier ( 15 ) according to claim 8 or claim 9, characterized by the following method steps: - soldering the external contacts ( 4 ) of the semiconductor device ( 1 ) on a wiring structure ( 16 ) of the circuit carrier ( 15 ); Heating the layer ( 6 ) of base polymer ( 10 ) and encapsulated hardener ( 11 ) above the softening temperature of the thermoplastic ( 14 ) for releasing the hardener ( 11 ); - curing the layer ( 6 ) with crosslinking of the chain molecules of the base polymer ( 10 ) with the molecules of the hardener ( 11 ).
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