CH669477A5 - - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einkapseln von Bauteilen, insbesondere Halbleiterbauteilen, das im Patentanspruch 1 definiert ist. DESCRIPTION The present invention relates to a method for encapsulating components, in particular semiconductor components, which is defined in claim 1.
Ungeschützte Bauteile sind Umwelteinflüssen oder mechanischen Beschädigungen während der Bearbeitungsphasen der Bauteile oder der Produkte, welche diese Bauteile enthalten, ausgesetzt. Deshalb müssen die Bauteile auf dem Trägerband in der Weise eingekapselt werden, dass das Band und die Bauteile darauf sich auf den automatischen Fertigungseinrichtungen gleich verhalten wie uneingekapselte Bauteile. Unprotected components are exposed to environmental influences or mechanical damage during the processing phases of the components or the products containing these components. Therefore, the components on the carrier tape must be encapsulated in such a way that the tape and the components on it behave in the same way on the automatic production equipment as unencapsulated components.
Gemäss bekannten Verfahren für den Schutz von Trägerbandbauteilen ist nur die Oberfläche des Halbleiterbauteils (vgl. veröffentlichte Patentanmeldung GB-A 2 009 504) oder es sind das Bauteil und die daraus herausragenden Anschlüsse geschützt. Deshalb ist es schwierig, die Bauteile in automatischen Einkapselungsmaschinen zu bearbeiten. In der finnischen veröffentlichten Patentanmeldung 840981 ist ein Verfahren offenbart, gemäss welchem das Einkapselungspolymer auf eine gewünschte Zone auf dem Trägerband beschränkt ist. In der anlässlich der IMC-Konferenz 1984 getätigten Veröffentlichung «Chip-size Plastic Encapsulation on Tape Carrier Package» According to known methods for protecting carrier tape components, only the surface of the semiconductor component (see published patent application GB-A 2 009 504) is protected or the component and the connections protruding therefrom are protected. It is therefore difficult to machine the components in automatic encapsulation machines. Finnish published patent application 840981 discloses a method according to which the encapsulation polymer is restricted to a desired zone on the carrier tape. In the publication "Chip-size Plastic Encapsulation on Tape Carrier Package" made on the occasion of the IMC conference in 1984
sind verschiedene Einkapselungsverfahren dargestellt, gemäss welchen das Einkapselungspolymer für Halbleiterbauteile oder Halbleiterbauteile und deren Anschlüsse verwendet wird. Des weiteren ist in der englischen Auslegeschrift GB-A 2 072 424 ein Verfahren dargestellt, bei welchem ein geformtes Metallgehäuse für die Einkapselung von Halbleiterbauteilen verwendet wird. Das Metallgehäuse wird von seinen Rändern her unter den Anschlüssen befestigt mittels eines Polyimidfilms, der mit Epoxy-harz im ILB-Zustand oder mit einem anderen geeigneten Klebemittel beschichtet ist. Anschliessend wird das Bauteil mit einem Metallfilm bedeckt, der ein Loch aufweist, durch welches der Raum um das Bauteil mit Einkapselungsmaterial gefüllt wird. Das Füllen eines unter dem Halbleiter angeordneten Metallgehäuses mit einem Einkapselungspolymer ist als eine alternative Methode dargestellt. Various encapsulation methods are shown, according to which the encapsulation polymer is used for semiconductor components or semiconductor components and their connections. Furthermore, a method is described in GB-A 2 072 424, in which a shaped metal housing is used for the encapsulation of semiconductor components. The edges of the metal housing are attached under the connections by means of a polyimide film which is coated with epoxy resin in the ILB state or with another suitable adhesive. The component is then covered with a metal film which has a hole through which the space around the component is filled with encapsulation material. Filling a metal package located under the semiconductor with an encapsulating polymer is shown as an alternative method.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gleichzeitig den Schutz der eingekapselten Bauteile zu verbessern und eine effektivere Automatisierung des Fertigprozesses gegenüber dem Stand der Technik zu ermöglichen. The invention is based, to improve the protection of the encapsulated components and to enable more effective automation of the finishing process compared to the prior art, the task.
Z.B. wird ein Gehäuse, das aus einem mit einer Klebemittelschicht beschichteten Filmmaterial, beispielsweise Polyimid, geformt ist, unter einer ringförmigen Halterung für die Anschlüsse angeordnet, welche das Loch aus dem Trägerband begrenzt, wo das Bauteil angeordnet werden soll. Dieses Verfahren verleiht dem eingekapselten Bauteil eine genau definierte Form. Der Polyimidfilm, der als Gehäusematerial verwendet wird, und ebenso die darauf geschichtete Klebemittelschicht schützen die Anschlüsse und das Bauteil wirksam. Das Bauteil ist mit automatischen Einrichtungen leicht zu handhaben, da es in der Ebene der ringförmigen Halterung liegt. E.g. a housing formed from a film material coated with an adhesive layer, for example polyimide, is arranged under an annular holder for the connections which delimits the hole from the carrier tape where the component is to be arranged. This process gives the encapsulated component a precisely defined shape. The polyimide film, which is used as the housing material, as well as the layer of adhesive layered on it effectively protect the connections and the component. The component is easy to handle with automatic devices because it lies in the plane of the ring-shaped holder.
Auf diese Weise wird das Bauteil von allen Seiten geschützt durch eine dünne Schicht aus Einkapselungsmaterial. Es treten keine Spannungen auf, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bauteile und des Einkapselungsmate-rials entstehen und die typisch sind, falls nur eine Seite eines Bauteils geschützt ist, und die dazu neigen, das Bauteil zu beschädigen. In this way, the component is protected from all sides by a thin layer of encapsulation material. There are no stresses that arise from different coefficients of thermal expansion of the components and the encapsulation material and that are typical if only one side of a component is protected and that tend to damage the component.
Die Trägerbandbauteile, die gemäss dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung von allen Seiten eingekapselt sind, eignen sich für den Gebrauch als diskrete Bauteile. Im Unterschied zu den bekannten Methoden wird einerseits ein Filmmaterial, vorzugsweise Polyimid, das mit einer durch Erhitzung aktivierbaren Klebemittelschicht beschichtet ist, und andererseits ein Trägerband, das mit ringförmigen Anschlusshalterungen versehen ist, verwendet. Das Gehäuse, geformt aus dem formbaren Filmmaterial, wird auf die Anschlüsse geklebt und unter der ringförmigen Anschlusshalterung angeordnet. Das Einkapselungsmaterial wird beschränkt auf die Zone, welche durch die inneren Ränder der ringförmigen Halterung begrenzt ist, wobei das Gehäuse, die ringförmige Halterung und das Einkapselungspolymer zusammen eine Mikrokapsel um das Halbleiterbauteil formen. The carrier tape components, which are encapsulated from all sides according to the method according to the present invention, are suitable for use as discrete components. In contrast to the known methods, on the one hand a film material, preferably polyimide, which is coated with an adhesive layer which can be activated by heating, and on the other hand a carrier tape which is provided with annular connection holders. The housing, molded from the mouldable film material, is glued to the connections and arranged under the ring-shaped connection holder. The encapsulation material is confined to the zone defined by the inner edges of the annular holder, the housing, the annular holder and the encapsulating polymer together forming a microcapsule around the semiconductor device.
Bauteile, die mittels des erfindungsgemässen Verfahrens geschützt sind, können in vorteilhafter Weise in Maschinen zum Bonden und Bestücken von Bauteilen verwendet werden. In der Bestückungsphase werden die Bauteile mit gebogenen Anschlüssen auf ein Substrat gebondet, und die Anschlüsse werden auf die «bonding pads» auf dem Substrat gelötet. Components that are protected by means of the method according to the invention can advantageously be used in machines for bonding and equipping components. In the assembly phase, the components are bonded to a substrate with bent connections, and the connections are soldered to the «bonding pads» on the substrate.
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
669 477 669 477
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen gemäss den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments according to the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt ein Schnittbild und Fig. 1 shows a sectional view and
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein TAB (Tape Automatic Bonding) Bauteil auf dem Trägerband. Fig. 2 is a plan view of a TAB (tape automatic bonding) component on the carrier tape.
Fig. 3 zeigt in schematischer Weise die Produktion des Metallgehäuses entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren. Fig. 3 shows schematically the production of the metal housing according to the inventive method.
Fig. 4 zeigt ein Schnittbild und Fig. 4 shows a sectional view and
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Schutzgehäuse. Fig. 5 is a plan view of a protective housing.
Fig. 6 zeigt in schematischer Weise die Verteilung des Polymers auf dem Boden des Gehäuses. Fig. 6 shows schematically the distribution of the polymer on the bottom of the housing.
Fig. 7 zeigt in einem Schnittbild das Bonden eines Gehäuses auf das Trägerband. Fig. 7 shows in a sectional view the bonding of a housing to the carrier tape.
Fig. 8 zeigt im Schnittbild und Fig. 8 shows in sectional view and
Fig. 9 in einer Draufsicht die Verteilung und Aufbringung des Polymers auf das Bauteil. 9 shows a top view of the distribution and application of the polymer to the component.
Fig. 10 zeigt in schematischer Weise die gleichzeitig durchgeführten Phasen des Bondens, des Schutzes und der Vorhärtung. 10 schematically shows the phases of bonding, protection and pre-curing carried out simultaneously.
Fig. 11 zeigt in einem Schnittbild und 11 shows a sectional view and
Fig. 12 in einer Ansicht von oben ein Bauteil mit vollständigem Schutz. Fig. 12 is a top view of a component with complete protection.
Fig. 13 zeigt ein Schnittbild eines Bauteils mit vollständigem Schutz, das vom Trägerband losgelöst ist. Fig. 13 shows a sectional view of a component with complete protection, which is detached from the carrier tape.
Ein Chip TAB Bauteil 1, wie in Fig. 1 gezeigt, wird unter einem viereckigen Loch im Polyimidband 2 an seinen Anschlusselektroden 7 gehalten, so dass eine ringförmige Zone 4 zwischen dem Loch und der Komponente 1 besteht. Diese Zone 4 ist von einem Teil des Bandes 2 in Form einer ringförmigen Halterung 5 umgeben, welche ihrerseits umgeben ist von vier länglichen Spalten 3. Die Anschlüsse 7 verbinden das Bauteil 1 (indem sie die Zone 4 und die Spalten 3 überbrücken) mit den Testpadzonen 6 ausserhalb der Spalten. Die oben beschriebene Konstruktion bildet den Ausgangspunkt für das nachstehend beschriebene Fünfphasenschutzverfahren. A chip TAB component 1, as shown in FIG. 1, is held under a square hole in the polyimide tape 2 on its connecting electrodes 7, so that there is an annular zone 4 between the hole and the component 1. This zone 4 is surrounded by part of the band 2 in the form of an annular holder 5, which in turn is surrounded by four elongated columns 3. The connections 7 connect the component 1 (by bridging the zone 4 and the columns 3) to the test pad zones 6 outside the columns. The construction described above forms the starting point for the five-phase protection method described below.
Phase 1 Phase 1
Ein Polyimidfilm 8 (dessen Dicke ungefähr 50 um beträgt), bedeckt mit einer vorgehärteten Klebemittelschicht, wird mit Prägewerkzeugen 12, 13 mit Halteeinrichtungen 22 und Schneideeinrichtungen 23 geprägt, um eine Gehäuseform 9, 10, 11 mit leicht abgeschrägten Seiten 10 zu bilden. Das Gehäuse 9, 10, 11 ist derart aus einem Film 8 herausgeschnitten, dass es mit einem Rand 9 von der gewünschten Breite versehen ist (Fig. 4). Die Gehäusetiefe ist so gewählt, dass ein Spalt von 100 ... 200 um zwischen dem unteren Teil des Halbleiterbauteils Chip 1 und dem Boden der Schale 10 (Fig. 7) verbleibt. Der Rand 9 des Gehäuses 9, 10, 11 ist entsprechend den Massen der ringförmigen Halterung 5 gewählt. Die äusseren Abmessungen des Randes in dem Gehäuse 9, 10, 11 sind 100 ... 200 um kleiner als die äusseren Abmessungen der ringförmigen Halterung 5. Dies, und die exakte Ausrichtung des Gehäuses 9, 10, 11 während der Klebephase sorgen dafür, dass die Anschlüsse 7 auf der ILB-Klebezo-ne nicht während der Biegephase gegen den Rand des Gehäuses 9,10, 11 zerschnitten werden. A polyimide film 8 (the thickness of which is approximately 50 µm), covered with a precured adhesive layer, is embossed with embossing tools 12, 13 with holding devices 22 and cutting devices 23 to form a housing shape 9, 10, 11 with slightly beveled sides 10. The housing 9, 10, 11 is cut out of a film 8 in such a way that it is provided with an edge 9 of the desired width (FIG. 4). The housing depth is chosen so that a gap of 100 ... 200 µm remains between the lower part of the semiconductor component Chip 1 and the bottom of the shell 10 (FIG. 7). The edge 9 of the housing 9, 10, 11 is selected in accordance with the masses of the annular holder 5. The outer dimensions of the edge in the housing 9, 10, 11 are 100 ... 200 .mu.m smaller than the outer dimensions of the annular holder 5. This, and the exact alignment of the housing 9, 10, 11 during the gluing phase ensure that the connections 7 on the ILB adhesive zone are not cut against the edge of the housing 9, 10, 11 during the bending phase.
Phase 2 Phase 2
Das geformte Gehäuse 9, 10, 11 wird an seinem Boden 10 (Fig. 6) mit einem Polymer 15 gefüllt. Dadurch ist gewährleistet, dass unter dem Bauteil 1 eine blasenfreie Schutzschicht aus Polymer gebildet werden kann. Es wird nur eine solche Menge des Polymers 15 verteilt, dass zwar der Zwischenraum zwischen dem Bauteil 1 und dem Gehäuse 9, 10, 11 ausgefüllt ist, dass jedoch für das Bauteil 1 nicht nach oben gehoben wird. The molded housing 9, 10, 11 is filled with a polymer 15 at its bottom 10 (FIG. 6). This ensures that a bubble-free protective layer made of polymer can be formed under component 1. Only such an amount of the polymer 15 is distributed that the space between the component 1 and the housing 9, 10, 11 is filled, but that the component 1 is not lifted upwards.
Phase 3 Phase 3
Das Gehäuse 9, 10, 11 wird mittels einer vorgehärteten Klebemittelschicht 21 auf dem Gehäusefilmmaterial 8 unter das Bauteil 1 geklebt (Fig. 7). Der vorgehärtete Kleber erfordert eine Wärmebehandlung (Temperatur 10 ... 200°C), um eine Verbindung zum Trägerfilm 2 herzustellen. The housing 9, 10, 11 is glued to the housing film material 8 under the component 1 by means of a precured adhesive layer 21 (FIG. 7). The pre-cured adhesive requires heat treatment (temperature 10 ... 200 ° C) in order to establish a connection to the carrier film 2.
Das Gehäuse 9, 10, 11 wird in die Prägeform 17 eingelegt, welche so geformt ist, dass sie das Gehäuse 9, 10, 11 ausrichtet. Die Prägeform 17 wird erhitzt und presst das Gehäuse 9, 10, 11 auf das Trägerband. Die Verbindung 5 wird gekühlt, bevor der Druck beseitigt wird, damit eine dauerhafte Bindung des Gehäuses 9, 10, 11 gewährleistet ist. Während der Klebephase muss das Klebemittel den Raum zwischen den Anschlüssen 7 ausfüllen und eine isolierende polymere Schicht zwischen den Anschlüssen 7 bilden. Somit ist eine Dicke von 25 ... 35 |xm für die Klebemittelschicht erforderlich. The housing 9, 10, 11 is inserted into the embossing mold 17, which is shaped such that it aligns the housing 9, 10, 11. The embossing mold 17 is heated and presses the housing 9, 10, 11 onto the carrier tape. The connection 5 is cooled before the pressure is removed so that a permanent binding of the housing 9, 10, 11 is ensured. During the adhesive phase, the adhesive must fill the space between the connections 7 and form an insulating polymer layer between the connections 7. A thickness of 25 ... 35 | xm is therefore required for the adhesive layer.
Phase 4 Phase 4
Das Bauteil 1 wird mit einem Schutzpolymer 15' bedeckt (Fig. 8). Der Applikator 14 wird über das Bauteil 1 spiralförmig geführt, so dass sein Weg die gesamte beschichtete Zone bedeckt (Fig. 9). Der Applikator 14 und die Bewegung seiner Düse sind so gestaltet, dass das Polymer 15' gleichmässig über den gesamten Düsenpfad verteilt wird. Die Menge des Polymers 15' wird so bemessen, dass der Zwischenraum 4 zwischen der Kante des Bauteils 1 und dem Rand 9 des Gehäuses 9, 10, 11 ausgefüllt wird und dass die Oberfläche des Bauteils 1 geringfügig über die Oberfläche des Trägerfilms 2 gehoben wird. Die Viskosität des applizierten Schutzpolymers liegt innerhalb von 5.000 ... 40.000 mPa x s. Die Wahl des Schutzpolymers ist bestimmt durch seine Schutzeigenschaften, die Aushärtungszeit und -temperatur und die Benetzungseigenschaften. The component 1 is covered with a protective polymer 15 '(FIG. 8). The applicator 14 is guided spirally over the component 1 so that its path covers the entire coated zone (FIG. 9). The applicator 14 and the movement of its nozzle are designed in such a way that the polymer 15 'is evenly distributed over the entire nozzle path. The amount of the polymer 15 'is dimensioned such that the space 4 between the edge of the component 1 and the edge 9 of the housing 9, 10, 11 is filled and that the surface of the component 1 is raised slightly above the surface of the carrier film 2. The viscosity of the applied protective polymer is within 5,000 ... 40,000 mPa x s. The choice of protective polymer is determined by its protective properties, the curing time and temperature and the wetting properties.
Die Benetzungseigenschaften des Schutzpolymers 15' können durch Erhitzung des Gehäuses 9, 10, 11 verbessert werden, weil die Viskosität des Schutzpolymers mit steigender Temperatur abnimmt. In diesem Fall werden Phasen 3 und 4 gleichzeitig durchgeführt (Fig. 10). Das Vorhärten des Schutzpolymers kann auch in dieser Phase erfolgen, wenn das geschützte Teil eingespannt wird und die Prägeformtemperatur und Ausführungszeit für das Polymer richtig eingestellt werden. Die Prägeform 17 ist mit Kühlkanälen 18 versehen, welche es erlauben, die Temperatur der Prägeform 17 zu senken, und mit einem Entlastungskanal 19, um das eingekapselte Bauteil 1 von der Prägeform 17 loszulösen. Wenn das Schutzpolymer 15' im Vakuum aufgebracht und zugleich erhitzt wird, beschleunigt dies die Entfernung von sich entwickelnden Gasen und Blasen in der Einkapselung. The wetting properties of the protective polymer 15 'can be improved by heating the housing 9, 10, 11 because the viscosity of the protective polymer decreases with increasing temperature. In this case, phases 3 and 4 are carried out simultaneously (FIG. 10). The protective polymer can also be pre-hardened in this phase if the protected part is clamped and the embossing mold temperature and execution time for the polymer are set correctly. The embossing mold 17 is provided with cooling channels 18, which make it possible to lower the temperature of the embossing mold 17, and with a relief channel 19 in order to detach the encapsulated component 1 from the embossing mold 17. If the protective polymer 15 'is applied in a vacuum and at the same time heated, this accelerates the removal of developing gases and bubbles in the encapsulation.
Phase 5 Phase 5
Das Trägerband 2 wird zusammen mit den eingekapselten Bauteilen 1 durch einen Vorhärtungsofen geführt (nicht dargestellt). Das Schutzpolymer 15 wird vorgehärtet, und der Prägefilm 2 wird mit einem Distanzband auf eine Spule gebracht. Anschliessend wird die Spule zur endgültigen Aushärtung des Schutzpolymers gebracht. The carrier tape 2 is passed together with the encapsulated components 1 through a pre-curing oven (not shown). The protective polymer 15 is precured and the embossing film 2 is placed on a spool with a spacer tape. The coil is then brought to the final hardening of the protective polymer.
Das eingekapselte Bauteil kann nun vom Trägerband 2 weggeschnitten werden, z.B. an den äusseren Rändern der Spalten 3, und die Anschlüsse, mittels welcher das Bauteil 1 auf eine gedruckte Leiterplatte gelötet wird, werden gebogen (Fig. 13). Die Bauteile können mit ihrem Unterteil auf die Leiterplatte gebracht und angeleimt werden, und alle Bauteile können dann, sei es gleichzeitig oder einzeln, gelötet werden. The encapsulated component can now be cut away from the carrier tape 2, e.g. at the outer edges of the columns 3, and the connections by means of which the component 1 is soldered to a printed circuit board are bent (FIG. 13). The lower part of the components can be brought onto the circuit board and glued on, and all components can then be soldered, either simultaneously or individually.
Die verwendeten Einkapselungspolymere 15 und 15' können aus einem Epoxy-, Silikon- oder Phenolharz bestehen (z.B. CASTAL 341 FR oder Sumitomo CR 2000). Ein grundsätzli5 The encapsulation polymers 15 and 15 'used can consist of an epoxy, silicone or phenolic resin (e.g. CASTAL 341 FR or Sumitomo CR 2000). A basic5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
669 477 669 477
4 4th
ches Erfordernis besteht darin, dass die Harzform keine Blasen zwischen dem Bauteil 1 und dem Gehäuse 9, 10, 11 lässt. The requirement is that the resin mold does not leave bubbles between the component 1 and the housing 9, 10, 11.
Das Filmmaterial für das Gehäuse 9, 10, 11 kann auch anstelle eines Polyimidfilms ein Polyesterfilm sein (z.B. NITRO JR 2250). Auch andere formbare Filme sind anwendbar. The film material for the housing 9, 10, 11 can also be a polyester film instead of a polyimide film (e.g. NITRO JR 2250). Other formable films can also be used.
Die Klebemittelschicht, welche die Oberfläche des Gehäusefilmmaterials 8 bedeckt, kann auch aus einem üblichen Klebemittel auf Silikon-, Acryl- oder Epoxybasis bestehen. Die Klebemittelschicht wird in abgekühltem Zustand nicht kleben und kann leicht geformt werden. The layer of adhesive which covers the surface of the housing film material 8 can also consist of a conventional adhesive based on silicone, acrylic or epoxy. The adhesive layer will not stick when cooled and can be easily molded.
Das Trägerband 2 kann z.B. anstelle eines Polyimidfilms 5 auch ein Polyesterfilm sein. In diesem Fall ist es vorzuziehen, wenn das Gehäusefilmmaterial 8 auch aus einem Polyesterfilm besteht. The carrier tape 2 can e.g. instead of a polyimide film 5 also be a polyester film. In this case, it is preferable if the housing film material 8 also consists of a polyester film.
v v
6 Blätter Zeichnungen 6 sheets of drawings
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