WO2018099766A1 - Verfahren zum verbinden eines halbleiterbauelements mit einem gegenstück durch laser-löten, sowie entsprechende anordnung mit einem halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zum verbinden eines halbleiterbauelements mit einem gegenstück durch laser-löten, sowie entsprechende anordnung mit einem halbleiterbauelement Download PDF

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Ludger Overmeyer
Philipp VON WITZENDORFF
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Definitions

  • the invention relates to a method for connecting a semiconductor component, which has electrical connection contacts on at least one side, with a counterpart, which has electrical connection contacts assigned to the connection contacts, according to claim 1.
  • the invention also relates to an arrangement comprising such a semiconductor device and a film substrate, wherein the semiconductor device is attached to the film substrate.
  • the invention relates to the field of so-called chip bonding.
  • Semiconductor devices of the type mentioned in the opening paragraph are also referred to as “chips.”
  • bonding the connection of terminal contacts of the chip to other terminals, e.g. on a substrate, a printed circuit board or a flexible film serving as a substrate.
  • the invention has for its object to optimize a chip bonding process and the product thus produced manufacturing technology.
  • This object is achieved according to claim 1 by a method for connecting a semiconductor component which has electrical connection contacts on at least one side, with a counterpart, which has electrical counter-connection contacts assigned to the connection contacts, with the following steps: a) arranging the semiconductor component relative to the Counterpart in such a way that each of the connection contacts to be connected to a mating terminal contact is aligned with the associated mating terminal contact, at least one solder layer being arranged between connecting contacts and mating terminal contacts, b) irradiating a respective solder layer between assigned connection contacts and counter-connection contacts by means of a laser beam through the semiconductor device until the at least one solder layer melts.
  • the invention allows a highly efficient electrical contacting of the semiconductor device to the counterpart with a short process time and excellent durability of the connection. So a solder connection can be made within a few tenths of a second. Surprisingly, particularly good results result when the laser beam is directed through the semiconductor component to the contact point.
  • conventional semiconductor devices for example, based on silicon, actually do not appear translucent, because they are not transparent to light in the visible range, it was found that the semiconductor material has sufficient transparency at least in a certain wavelength range to the connection process with the laser beam through the Semiconductor device through the semiconductor device through without damaging the semiconductor device thereby, for example, by excessive heating.
  • a transmission chip bonding process can be realized.
  • the method is also suitable for other semiconductor devices, eg for silicon carbide semiconductors.
  • a laser beam is much easier and more precisely positioned automatically than previously used heating devices.
  • a soldering process can be realized instead of previously used bonding processes.
  • the semiconductor component can be pressed against its counterpart, e.g. with a contact pressure of about 1, 5 MPa.
  • the contact pressure can e.g. in the range of 0.6 MPa to 4.7 MPa.
  • the solder layer e.g. an indium-tin combination, an indium-bismuth combination or ITO (indium-titanium oxide) can be used.
  • the semiconductor device may e.g. to be an RFID chip.
  • the counterpart can e.g. a printed circuit board, a film substrate or other substrate, e.g. a ceramic substrate, or another semiconductor device.
  • the method according to the invention makes it possible, in particular, to attach semiconductor components to a counterpart, e.g. a film substrate that is relatively temperature sensitive. This is possible because the heating by the laser beam can be very short-term and locally limited, in the region of the solder layer between a terminal contact and an associated mating terminal contact. The resulting heat is thus absorbed in the layer of solder, which is only briefly locally melted, so that the resulting increase in temperature in the environment is negligible.
  • the laser beam may e.g. for a given, experimentally optimized emission duration, e.g. for 0.2 seconds or 0.3 seconds.
  • the emission time is to be determined in such a way that the desired melting of the solder layer takes place, but further heating of the connection point is minimized.
  • At least two solder layers of different materials are formed between a terminal contact and the counter-terminal contact associated therewith, which do not form into the solder during melting by the laser beam. mixing alloy.
  • This allows a suitable combination of materials of the materials of the two solder layers in coordination with the requirements of the counterpart and possibly also of the semiconductor device, for example with regard to a maximum heating temperature of the counterpart.
  • a compilation of the materials of the two solder layers of indium and tin or indium and bismuth can be selected.
  • the resulting from these materials during melting alloy has a relatively low temperature of the eutectic of about 1 17 degrees Celsius, so that during the soldering damage to the film substrate can be avoided.
  • the at least one solder layer is a eutectic alloy or at least forms a eutectic alloy after melting.
  • This has the advantage that a relatively low melting temperature of the at least one solder layer can be realized, which in turn is favorable for temperature-sensitive counterparts and semiconductor components.
  • a further advantage is that with a eutectic the liquid phase can be better controlled and unwanted wetting of surrounding structures can be prevented.
  • the at least one solder layer or several solder layers are applied to the connection contacts and / or the counter-connection contacts by means of vapor deposition.
  • vapor deposition known processes of chemical vapor deposition (CVD - chemical vapor deposition) or physical vapor deposition (PVD - physical vapor deposition) can be used.
  • CVD - chemical vapor deposition chemical vapor deposition
  • PVD - physical vapor deposition physical vapor deposition
  • the laser beam has a wavelength of at least 1.5 ⁇ .
  • the laser beam can have a maximum wavelength of 10 ⁇ .
  • the wavelength can be in the range of 1.8 ⁇ to 2.2 ⁇ in particular.
  • an additional material layer to be applied as adhesion promoter and / or as diffusion barrier to the solder layer at the connection contact and / or the mating connection contact assigned to it.
  • the additional material layer can thus serve as a bonding agent to the solder layer and thus improve the adhesion.
  • the additional material layer can also serve as a diffusion barrier to the solder layer, so that the material of the solder layer does not diffuse into the semiconductor component or the counterpart.
  • Such an additional material layer may e.g. made of chrome.
  • the laser beam is emitted via a separate optical unit from a laser beam generating unit, which is connected to the laser beam generating unit via a light guide cable.
  • the optical unit may comprise optical elements such as e.g. Have lenses through which the laser beam emitted from the optical unit is emitted bundled, i. focused on a particular point.
  • the efficiency of the method according to the invention can be further increased.
  • the flexibility in the application is improved because only the relatively compact optical unit must be automatically positioned, the laser beam generating unit can be arranged fixed in position.
  • a laser beam generating unit e.g. a DPSS laser with a power range of 5 W to 70 W is sufficient.
  • the above-mentioned object is further achieved by an arrangement having a semiconductor component, which has electrical connection contacts on at least one side, and a film substrate having the connection contacts associated electrical counter-connection contacts, wherein the semiconductor device is attached to the film substrate, wherein the connection contacts with each associated counter-terminal contacts in a range between the Semiconductor device and the film substrate are soldered over at least one solder layer.
  • a semiconductor component which has electrical connection contacts on at least one side
  • a film substrate having the connection contacts associated electrical counter-connection contacts, wherein the semiconductor device is attached to the film substrate, wherein the connection contacts with each associated counter-terminal contacts in a range between the Semiconductor device and the film substrate are soldered over at least one solder layer.
  • the arrangement according to the invention can also be developed advantageously by the aforementioned features, for example by one or more solder layers between a terminal contact and the counter-terminal contact associated therewith.
  • the at least one solder layer may comprise a eutectic alloy.
  • the solder layer between a connection contact and the counter-connection contact assigned to it is formed at least in regions from separate material layers of different materials. This is e.g. then the case when originally between at least two solder layers of different materials were present between a terminal contact and the mating terminal contact associated therewith, which only merge during melting by the laser beam to form an alloy forming the solder. In this case, in the area of action of the laser beam, the named alloy is formed, but in surrounding areas, at least in part, the separate material layers (solder layers) remain present.
  • the film substrate may e.g. from polymethylmethacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC).
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PC polycarbonate
  • metallized areas e.g. an aluminum coating to be present for the formation of printed conductors and / or counter-terminal contacts.
  • Figure 3 an enlarged detail at the junction between a terminal contact and a mating terminal contact in an enlarged, perspective view
  • Figure 4 - a sectional view of the connection point in a first embodiment
  • Figure 5 - a sectional view of the connection point in a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a semiconductor component 1 with connection contacts 2.
  • the semiconductor component may be formed as a silicon chip.
  • the connection contacts 2 need not be metallic contacts, but may be corresponding connection points of the chip itself.
  • a counterpart 3 e.g. a film substrate, with counter-connection contacts 4, which are arranged as a mirror image of the connection contacts 2, so to speak.
  • the semiconductor device 1 is now to be connected to all the connection contacts 2 with the respective associated counter-connection contacts 4 of the counterpart 3.
  • Figure 2 shows that the semiconductor device 1 is arranged accurately on the counterpart 2, such that in each case a terminal contact 2 is opposite to an associated mating terminal contact 4 and is suitably aligned with it.
  • Each of the connection points between a terminal contact 2 and a counter-terminal contact 4 is now irradiated by a laser beam 5, wherein the laser beam 5 is passed through the semiconductor device 1.
  • Between the terminal contact 2 and an associated counter-terminal contact 4 is already at least one solder layer, which is melted by the laser beam 5 to form a solder joint.
  • the laser used has a stationary laser beam generating unit 8, which is connected via an optical cable 7, for example a fiber optic cable, with an optical unit 6. In the optical unit 6, the laser beam is focused so that a focused laser beam 5 is emitted.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the connection point between a connection contact 2 and a counter-connection contact 4.
  • a solder layer 9 arranged between the connection contact 2 and the counterconnection contact 4 can be seen.
  • the focused laser beam 5 causes a specific region in the solder layer 9 10 melted, which then forms a solder joint.
  • the area 10 may e.g. have a diameter in the range of 80 ⁇ to 200 ⁇ .
  • FIG. 4 shows the layer structure according to FIG. 3 in a further detailed, enlarged side sectional view.
  • the semiconductor device 1 with the terminal contact 2, e.g. with a layer thickness of 525 ⁇ .
  • Underneath are a first solder layer 12 and a second solder layer 13.
  • the line 1 1 illustrates the separation between the semiconductor component 1 and the counterpart 3. Accordingly, firstly the first solder layer 12 is arranged on the semiconductor component 1, the second solder layer 13 on the counterpart 3.
  • the first solder layer 12 may, for example, be arranged. of tin with a layer thickness of e.g. 1, 17 m or bismuth with a layer thickness of 0.383 ⁇ exist.
  • the second solder layer 13 may be e.g.
  • the solder layer 9 is formed.
  • the layer thicknesses of the first and the second solder layer 12, 13 it is advantageous to determine this according to the stoichiometric ratios with which after the melting process by the laser beam 5, the eutectic alloy between the different materials of the first and the second solder layer 12, 13 is formed.
  • solder joint marked by region 10, on which the eutectic alloy is formed is marked by region 10, on which the eutectic alloy is formed.
  • a layer 14 of chromium for example with a layer thickness of 50 nm, may be present.
  • This layer 14 can act as a bonding agent and / or as a diffusion barrier to the solder layer 9, 12, 13.
  • the mating terminal contact 4 and below it the counterpart 3 may be present, for example, an aluminum layer 4 and a polymer film 3.
  • a further semiconductor device may be present, for example with a silicon layer.
  • FIG. 5 shows an alternative layer structure, which differs from FIG. 4 in that also in the upper region, i. between the semiconductor device 1 and the terminal contact 2 and the solder layer 9, 12, 13 an additional material layer 16 is present, which serves as a bonding agent and / or as a diffusion barrier to the solder layer 9, 12, 13.
  • the material layer 16 may be e.g. a layer of chromium with a thickness of 50 nm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Halbleiterbauelements (1), das an wenigstens einer Seite elektrische Anschlusskontakte aufweist, mit einem Gegenstück (3), das den Anschlusskontakten zugeordnete elektrische Gegen-Anschlusskontakte aufweist, mit folgenden Schritten: Anordnen des Halbleiterbauteils (1) relativ zu dem Gegenstück (3) derart, dass jeder der mit einem Gegen-Anschlusskontakt zu verbindenden Anschlusskontakte gegenüber dem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt ausgerichtet ist, wobei zwischen zu verbindenden Anschlusskontakten und Gegen-Anschlusskontakten jeweils wenigstens eine Lotschicht angeordnet ist, Bestrahlen einer jeweiligen Lotschicht zwischen zugeordneten Anschlusskontakten und Gegen-Anschlusskontakten mittels Laserstrahl (5) durch das Halbleiterbauelement (1) hindurch, bis die wenigstens eine Lotschicht aufschmilzt. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung (1, 3) mit einem derartigen Halbleiterbauelement (1) und einem Foliensubstrat (3), wobei das Halbleiterbauelement (1)an dem Foliensubstrat (3) befestigt ist.

Description

VERFAHREN ZUM VERBINDEN EINES HALBLEITERBAUELEMENTS MIT
EINEM GEGENSTÜCK DURCH LASER-LÖTEN, SOWIE ENTSPRECHENDE
ANORDNUNG MIT EINEM HALBLEITERBAUELEMENT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Halbleiterbauelements, das an wenigstens einer Seite elektrische Anschlusskontakte aufweist, mit einem Gegenstück, das den Anschlusskontakten zugeordnete elektrische Gegen-An- schlusskontakte aufweist, gemäß Anspruch 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung mit einem derartigen Halbleiterbauelement und einem Foliensubstrat, wobei das Halbleiterbauelement an dem Foliensubstrat befestigt ist.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet des sogenannten Chip Bonding. Halbleiterbauelemente der eingangs erwähnten Art werden auch als„Chips" bezeichnet. Mit„Bonding" wird das Verbinden von Anschlusskontakten des Chips mit anderen Anschlüssen, z.B. auf einem Substrat, einer Leiterplatte oder einer flexiblen Folie, die als Substrat dient, bezeichnet.
Es sind diverse Chip-Bonding-Verfahren bekannt, z.B. Adhesive Bonding oder Thermal Fusion Bonding, wobei in der Praxis z.B. bei der Herstellung von RFID- Einheiten das Bonden mittels lokaler Erwärmung weitgehend eingesetzt wird. Dieses Verfahren erlaubt das Bonden eines RFID-Chip (als Halbleiterbauelement) an einem Foliensubstrat, auf dem mittels Metallisierung eine Antennenstruktur aufgebracht ist. Da das Foliensubstrat keine allzu starke Erwärmung (z.B. bis 20 Grad Celsius) verträgt, sind klassische Lötprozesse nicht anwendbar, weil dies zur Beschädigung des Foliensubstrats führen würde. Derzeit eingesetzte Erwärmungsverfahren sind jedoch vergleichsweise langwierig, da z.B. eine Aushärtezeit des verwendeten Klebstoffs (thermisches Aushärten) kurze Prozesszeiten verhindert.
Es gibt auch bereits Vorschläge zum Laserlöten von flexiblen Verdrahtungen, z.B. in der DE 32 47 338 A1 . Solche Vorschläge haben aber wegen schlechter Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bisher keine nennenswerte Verbreitung gefunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Chip-Bonding-Prozess sowie das damit hergestellte Produkt fertigungstechnisch zu optimieren. Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zum Verbinden eines Halbleiterbauelements, das an wenigstens einer Seite elektrische Anschlusskontakte aufweist, mit einem Gegenstück, das den Anschlusskontakten zugeordnete elektrische Gegen-Anschlusskontakte aufweist, mit folgenden Schritten: a) Anordnen des Halbleiterbauteils relativ zu dem Gegenstück derart, dass jeder der mit einem Gegen-Anschlusskontakt zu verbindenden Anschlusskontakte gegenüber dem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt ausgerichtet ist, wobei zwischen zu verbindenden Anschlusskontakten und Gegen-An- schlusskontakten jeweils wenigstens eine Lotschicht angeordnet ist, b) Bestrahlen einer jeweiligen Lotschicht zwischen zugeordneten Anschlusskontakten und Gegen-Anschlusskontakten mittels Laserstrahl durch das Halbleiterbauelement hindurch, bis die wenigstens eine Lotschicht aufschmilzt.
Die Erfindung erlaubt ein hocheffizientes elektrisches Kontaktieren des Halbleiterbauelements an dem Gegenstück mit kurzer Prozesszeit und hervorragender Haltbarkeit der Verbindung. So kann eine Lötverbindung innerhalb von wenigen zehntel Sekunden hergestellt werden. Verblüffenderweise ergeben sich besonders gute Ergebnisse, wenn der Laserstrahl durch das Halbleiterbauelement hindurch zu der Kontaktstelle gerichtet wird. Obwohl übliche Halbleiterbauelemente, z.B. auf Silizium-Basis, eigentlich nicht lichtdurchlässig erscheinen, weil sie für Licht im sichtbaren Bereich nicht transparent sind, wurde herausgefunden, dass das Halbleitermaterial zumindest in einem bestimmten Wellenlängenbereich eine ausreichende Transparenz aufweist, um den Verbindungsvorgang mit dem Laserstrahl durch das Halbleiterbauelement hindurch das Halbleiterbauelement hindurch auszuführen, ohne das Halbleiterbauelement dabei zu schädigen, z.B. durch zu starke Erhitzung. So weist beispielsweise ein Halbleiterbauelement aus Silizium für Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von etwa 2 μιτι eine Lichtdurchlässigkeit von über 50% auf. Auf diese Weise kann mit der Erfindung ein Transmissions-Chip- Bonding-Prozess realisiert werden. Das Verfahren eignet sich auch für andere Halbleiterbauelemente, z.B. für Silizium-Carbid-Halbleiter. Gegenüber konventionellen Chip-Bonding-Verfahren besteht ein weiterer Vorteil darin, dass ein Laserstrahl wesentlich einfacher und präziser automatisch positionierbar ist als bisher verwendete Erwärmungsvorrichtungen. Zudem kann ein Löt- prozess statt bisher angewendeter Klebeprozesse realisiert werden.
Beim Verbindungsvorgang, insbesondere beim Bestrahlen mit dem Laserstrahl, kann ein Anpressen des Halbleiterbauelements gegen das Gegenstück erfolgen, z.B. mit einem Anpressdruck von ca. 1 ,5 MPa. Der Anpressdruck kann z.B. im Bereich von 0,6 MPa bis 4,7 MPa liegen. Für die Lotschicht kann z.B. eine Indium- Zinn-Kombination, eine Indium-Bismut-Kombination oder ITO (Indium-Titanoxid) eingesetzt werden. Das Halbleiterbauelement kann z.B. ein RFID-Chip sein. Das Gegenstück kann z.B. eine Leiterplatte, ein Foliensubstrat oder ein sonstiges Substrat, z.B. ein keramisches Substrat, oder ein anderes Halbleiterbauelement sein.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es insbesondere möglich, Halbleiterbauelemente an einem Gegenstück anzubringen, z.B. einem Foliensubstrat, das relativ temperaturempfindlich ist. Dies ist möglich, da die Erwärmung durch den Laserstrahl sehr kurzzeitig und lokal eng begrenzt erfolgen kann, und zwar im Bereich der Lotschicht zwischen einem Anschlusskontakt und einem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt. Die entstehende Wärme wird somit in der Lotschicht aufgenommen, die nur kurz lokal aufgeschmolzen wird, sodass die entstehende Temperaturerhöhung in der Umgebung vernachlässigbar ist.
Der Laserstrahl kann z.B. für eine bestimmte, experimentell optimierte Abstrahldauer abgegeben werden, z.B. für 0,2 Sekunden oder 0,3 Sekunden. Die Abstrahldauer ist so festzulegen, dass das gewünschte Aufschmelzen der Lotschicht erfolgt, aber eine darüber hinausgehende Erwärmung der Verbindungsstelle minimiert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen einem Anschlusskontakt und dem diesem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt wenigstens zwei Lotschichten aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, die sich erst beim Aufschmelzen durch den Laserstrahl zu einer das Lot bil- denden Legierung vermischen. Dies erlaubt eine geeignete Materialzusammenstellung der Materialien der zwei Lotschichten in Abstimmung auf die Erfordernisse des Gegenstücks und ggf. auch des Halbleiterbauelements, z.B. im Hinblick auf eine maximale Erwärmungstemperatur des Gegenstücks. So kann z.B. bei einem Foliensubstrat als Gegenstück, das maximal bis zu einer Temperatur von 120 Grad Celsius erwärmt werden darf, eine Zusammenstellung der Materialien der zwei Lotschichten aus Indium und Zinn oder Indium und Bismut gewählt werden. Die aus diesen Materialien beim Aufschmelzen entstehende Legierung hat eine relativ niedrige Temperatur des Eutektikums von ca. 1 17 Grad Celsius, sodass beim Lötvorgang eine Schädigung des Foliensubstrats vermieden werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Lotschicht eine eutektische Legierung ist oder zumindest nach dem Aufschmelzen eine eutektische Legierung bildet. Dies hat den Vorteil, dass eine relativ geringe Aufschmelztemperatur der wenigstens einen Lotschicht realisiert werden kann, was wiederum günstig für temperaturempfindliche Gegenstücke und Halbleiterbauelemente ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem Eutekti- kum die flüssige Phase besser kontrolliert werden kann und das ungewollte Benetzen umliegender Strukturen verhindert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Lotschicht oder mehrere Lotschichten auf den Anschlusskontakten und/oder dem Gegen-Anschlusskontakten mittels Gasphasenabscheidung aufgebracht werden. Für die Gasphasenabscheidung können bekannte Prozesse der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD - chemical vapor deposition) oder der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD - physical vapor deposition) eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Halbleiterbauelemente und Gegenstücke vorab mit der Lotschicht versehen werden können, ggf. auch in einem separaten, zeitlich vom Lötverbindungsvorgang beabstandeten Prozess. Wenn wenigstens zwei Lotschichten verwendet werden, so kann beispielsweise die eine Lotschicht auf den Anschlusskontakten des Halbleiterbauteils und die andere Lotschicht auf den Gegen-Anschlusskontakten des Gegenstücks abgeschieden werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laserstrahl eine Wellenlänge von mindestens 1 ,5 μιτι hat. Der Laserstrahl kann eine Wellenlänge von maximal 10 μιτι haben. Die Wellenlänge kann insbesondere im Bereich von 1 ,8 μιτι bis 2,2 μιτι liegen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Anschlusskontakt und/oder dem diesem zugeordneten Gegenanschlusskon- takt eine zusätzliche Materialschicht als Haftvermittler und/oder als Diffusionsbarri- ere zur Lotschicht aufgebracht wird. Die zusätzliche Materialschicht kann somit als Haftvermittler zur Lotschicht dienen und somit die Haftung verbessern. Alternativ oder zusätzlich kann die zusätzliche Materialschicht auch als Diffusionsbarriere zur Lotschicht dienen, sodass das Material der Lotschicht nicht in das Halbleiterbauelement oder das Gegenstück eindiffundiert. Eine solche zusätzliche Materialschicht kann z.B. aus Chrom bestehen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, der Laserstrahl über eine von einer Laserstrahlerzeugungseinheit separaten Optikeinheit, die über ein Lichtleitkabel mit der Laserstrahlerzeugungseinheit verbunden ist, abgegeben wird. Die Optikeinheit kann optische Elemente wie z.B. Linsen aufweisen, durch die der von der Optikeinheit abgegebene Laserstrahl gebündelt abgegeben wird, d.h. auf einen bestimmten Punkt fokussiert wird. Hierdurch kann die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter gesteigert werden. Zudem wird die Flexibilität bei der Anwendung verbessert, da lediglich die relativ kompakte Optikeinheit automatisch positioniert werden muss, die Laserstrahlerzeugungseinheit kann positionsfest angeordnet sein. Versuche haben gezeigt, dass als Laserstrahlerzeugungseinheit z.B. ein DPSS-Laser mit einem Leistungsbereich von 5 W bis 70 W ausreichend ist.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Anordnung mit einem Halbleiterbauelement, das an wenigstens einer Seite elektrische Anschlusskontakte aufweist, und einem Foliensubstrat, das den Anschlusskontakten zugeordnete elektrische Gegen-Anschlusskontakte aufweist, wobei das Halbleiterbauelement an dem Foliensubstrat befestigt ist, wobei die Anschlusskontakte mit jeweils zugeordneten Gegen-Anschlusskontakten in einen Bereich zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Foliensubstrat über wenigstens eine Lotschicht verlötet sind. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Das Foliensubstrat bildet somit das zuvor erwähnte Gegenstück. Die zuvor genannte Anordnung kann z.B. mit dem eingangs genannten, erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Anordnung auch durch die zuvor erwähnten Merkmale vorteilhaft weitergebildet werden, z.B. durch eine oder mehrere Lotschichten zwischen einem Anschlusskontakt und dem diesen zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt. Die wenigstens eine Lotschicht kann eine eutektische Legierung aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lotschicht zwischen einem Anschlusskontakt und dem diesen zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt zumindest bereichsweise aus voneinander getrennten Materialschichten unterschiedlicher Materialien gebildet ist. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn zwischen einem Anschlusskontakt und dem diesen zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt ursprünglich wenigstens zwei Lotschichten aus unterschiedlichen Materialien vorhanden waren, die sich erst beim Aufschmelzen durch den Laserstrahl zu einer das Lot bildenden Legierung vermischen. In diesem Fall bildet sich im Einwirkbereich des Laserstrahls die genannte Legierung, in umgebenden Bereichen bleiben aber zumindest teilweise die voneinander getrennten Materialschichten (Lotschichten) vorhanden.
Das Foliensubstrat kann z.B. aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbo- nat (PC) gebildet sein. Allgemein eignen sich thermoplastische Kunststoffe als Foliensubstrat. Auf dem Foliensubstrat können metallisierte Bereiche, z.B. eine Alu- miniumbeschichtung, zur Bildung von Leiterbahnen und/oder Gegen-Anschluss- kontakten vorhanden sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 - ein Halbleiterbauelement sowie ein Gegenstück vor deren Verbindung und
Figur 2 - den Verbindungsvorgang des Halbleiterbauelements mit dem Gegenstück gemäß Figur 1 und
Figur 3 - eine Ausschnittsvergrößerung an der Verbindungsstelle zwischen einem Anschlusskontakt und einem Gegen-Anschlusskontakt in vergrößerter, perspektivischer Darstellung und
Figur 4 - eine Schnittdarstellung der Verbindungsstelle in einer ersten Ausführungsform und
Figur 5 - eine Schnittdarstellung der Verbindungsstelle in einer zweiten Ausführungsform.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die Figur 1 zeigt ein Halbleiterbauelement 1 mit Anschlusskontakten 2. Das Halbleiterbauelement kann als Silizium-Chip ausgebildet sein. Die Anschlusskontakte 2 müssen dabei keine metallischen Kontakte sein, sondern können entsprechende Anschlussstellen des Chips selbst sein. Erkennbar ist ferner in Seitenansicht ein Gegenstück 3, z.B. ein Foliensubstrat, mit Gegen-Anschlusskontakten 4, die sozusagen als Spiegelbild der Anschlusskontakte 2 angeordnet sind. Das Halbleiterbauelement 1 soll nun mit sämtlichen Anschlusskontakten 2 mit den jeweiligen zugeordneten Gegen-Anschlusskontakten 4 des Gegenstücks 3 verbunden werden.
Diesbezüglich zeigt Figur 2, dass das Halbleiterbauelement 1 passgenau auf dem Gegenstück 2 angeordnet ist, derart, dass jeweils ein Anschlusskontakt 2 einem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt 4 gegenüberliegt und dementsprechend passend dazu ausgerichtet ist. Jede der Verbindungsstellen zwischen einem Anschlusskontakt 2 und einem Gegen-Anschlusskontakt 4 wird nun durch einen Laserstrahl 5 bestrahlt, wobei der Laserstrahl 5 durch das Halbleiterbauelement 1 hindurchgeführt ist. Zwischen dem Anschlusskontakt 2 und einem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt 4 befindet sich bereits wenigstens eine Lotschicht, die durch den Laserstrahl 5 aufgeschmolzen wird, um eine Lötverbindung zu bilden. Der verwendete Laser weist eine stationäre Laserstrahlerzeugungseinheit 8 auf, die über ein Lichtleitkabel 7, z.B. ein Glasfaserkabel, mit einer Optikeinheit 6 verbunden ist. In der Optikeinheit 6 wird der Laserstrahl fokussiert, sodass ein fokus- sierter Laserstrahl 5 abgegeben wird.
Die Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung die Verbindungsstelle zwischen einem Anschlusskontakt 2 und einem Gegen-Anschlusskontakt 4. Erkennbar ist eine zwischen dem Anschlusskontakt 2 und dem Gegen-Anschlusskontakt 4 angeordnete Lotschicht 9. Durch den fokussierten Laserstrahl 5 wird in der Lotschicht 9 ein bestimmter Bereich 10 aufgeschmolzen, der dann eine Lötstelle bildet. Der Bereich 10 kann z.B. einen Durchmesser im Bereich von 80 μιτι bis 200 μιτι aufweisen. Während dieses Verbindungsvorgangs kann ein Anpressen der Kontakte 2, 4 aneinander mittels einer Kraft F erfolgen.
Die Figur 4 zeigt den Schichtaufbau gemäß Figur 3 in weiter detaillierter, vergrößerter seitlicher Schnittdarstellung. Im oberen Bereich befindet sich das Halbleiterbauelement 1 mit dem Anschlusskontakt 2, z.B. mit einer Schichtdicke von 525 μιτι. Darunter befinden sich eine erste Lotschicht 12 und eine zweite Lotschicht 13. Durch die Linie 1 1 wird die Trennung zwischen dem Halbleiterbauelement 1 und dem Gegenstück 3 verdeutlicht. Dementsprechend ist zunächst die erste Lotschicht 12 an dem Halbleiterbauelement 1 angeordnet, die zweite Lotschicht 13 am Gegenstück 3. Die erste Lotschicht 12 kann z.B. aus Zinn mit einer Schichtdicke von z.B. 1 ,17 m oder Bismut mit einer Schichtdicke von 0,383 μιτι bestehen. Die zweite Lotschicht 13 kann z.B. aus Indium mit einer Schichtdicke von 1 μιτι bestehen. Hierdurch wird die Lotschicht 9 gebildet. Für die Auswahl der Schichtdicken der ersten und der zweiten Lotschicht 12, 13 ist es vorteilhaft, diese entsprechend den stöchiometrischen Verhältnissen festzulegen, mit denen nach dem Aufschmelzvorgang durch den Laserstrahl 5 die eutektische Legierung zwischen den verschiedenen Materialien der ersten und der zweiten Lotschicht 12, 13 gebildet wird.
Erkennbar ist die durch den Bereich 10 markierte Lötstelle, an der die eutektische Legierung gebildet ist. Unterhalb der zweiten Lotschicht 13 kann z.B. eine Schicht 14 aus Chrom, z.B. mit einer Schichtdicke von 50 nm, vorhanden sein. Diese Schicht 14 kann als Haftvermittler und/oder als Diffusionsbarriere zur Lotschicht 9, 12, 13 fungieren. Unterhalb der Schicht 14 kann der Gegen-Anschlusskontakt 4 sowie darunter das Gegenstück 3 vorhanden sein, z.B. eine Aluminiumschicht 4 sowie eine Polymerfolie 3. Alternativ kann an dieser Stelle ein weiteres Halbleiterbauelement vorhanden sein, z.B. mit einer Siliziumschicht.
Die Figur 5 zeigt einen alternativen Schichtaufbau, der sich von der Figur 4 dadurch unterscheidet, dass auch im oberen Bereich, d.h. zwischen dem Halbleiterbauelement 1 bzw. dessen Anschlusskontakt 2 und der Lotschicht 9, 12, 13 eine zusätzliche Materialschicht 16 vorhanden ist, die als Haftvermittler und/oder als Diffusionsbarriere zur Lotschicht 9, 12, 13 dient. Die Materialschicht 16 kann z.B. eine Schicht aus Chrom mit einer Dicke von 50 nm sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Verbinden eines Halbleiterbauelements (1 ), das an wenigstens einer Seite elektrische Anschlusskontakte (2) aufweist, mit einem Gegenstück (3), das den Anschlusskontakten (2) zugeordnete elektrische Ge- gen-Anschlusskontakte (4) aufweist, mit folgenden Schritten:
a) Anordnen des Halbleiterbauteils (1 ) relativ zu dem Gegenstück (3) derart, dass jeder der mit einem Gegen-Anschlusskontakt (4) zu verbindenden Anschlusskontakte (2) gegenüber dem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt (4) ausgerichtet ist, wobei zwischen zu verbindenden Anschlusskontakten (2) und Gegen-Anschlusskontakten (4) jeweils wenigstens eine Lotschicht (9, 12, 13) angeordnet ist, b) Bestrahlen einer jeweiligen Lotschicht (9, 12, 13) zwischen zugeordneten Anschlusskontakten (2) und Gegen-Anschlusskontakten (4) mittels Laserstrahl (5) durch das Halbleiterbauelement (1 ) hindurch, bis die wenigstens eine Lotschicht (9, 12, 13) aufschmilzt.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Anschlusskontakt (2) und dem diesem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt (4) wenigstens zwei Lotschichten (9, 12, 13) aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, die sich erst beim Aufschmelzen durch den Laserstrahl (5) zu einer das Lot bildenden Legierung vermischen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lotschicht (9, 12, 13) eine eutektische Legierung ist oder zumindest nach dem Aufschmelzen eine eutektische Legierung bildet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lotschicht (9, 12, 13) oder mehrere Lotschichten auf den Anschlusskontakten (2) und/oder dem Gegen-Anschlusskontakten (4) mittels Gasphasenabscheidung aufgebracht werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (5) eine Wellenlänge von mindestens 1 ,5 μιτι hat, insbesondere im Bereich von 1 ,8 μιτι bis 2,2 μιτι.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anschlusskontakt (2) und/oder dem diesem zugeordneten Gegenanschlusskontakt (4) eine zusätzliche Materialschicht (14, 16) als Haftvermittler und/oder als Diffusionsbarriere zur Lotschicht (9, 12, 13) aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (5) über eine von einer Laserstrahlerzeugungseinheit (8) separaten Optikeinheit (6), die über ein Lichtleitkabel (7) mit der Laserstrahlerzeugungseinheit (8) verbunden ist, abgegeben wird.
8. Anordnung mit einem Halbleiterbauelement (1 ), das an wenigstens einer Seite elektrische Anschlusskontakte (2) aufweist, und einem Foliensubstrat (3), das den Anschlusskontakten (2) zugeordnete elektrische Gegen-An- schlusskontakte (4) aufweist, wobei das Halbleiterbauelement (1 ) an dem Foliensubstrat (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskontakte (2) mit jeweils zugeordneten Gegen-Anschlusskontakten (4) in einen Bereich zwischen dem Halbleiterbauelement (1 ) und dem Foliensubstrat (3) über wenigstens eine Lotschicht (9, 12, 13) verlötet sind.
9. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lotschicht (9, 12, 13) zwischen einem Anschlusskontakt (2) und dem diesem zugeordneten Gegen-Anschlusskontakt (4) zumindest bereichsweise aus voneinander getrennten Materialschichten unterschiedlicher Materialien gebildet ist.
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