CH718350A2 - Formtrennfolie. - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird eine Formtrennfolie für das Einkapseln von Halbleiterelementen, die dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens auf einer Seite eine Beschichtung aus Polysilazan aufweist und deren Ablöseeigenschaften (release) auf der oder den mit Polysilazan beschichteten Seite(n) derart sind, dass sie sich nach dem Aushärten eines härtbaren Harzes in einem Einkapselungsverfahren für Halbleiter bei einer Aushärtungstemperatur, insbesondere einer Aushärtungstemperatur im Bereich von 120 bis 180°C, von selbst ablöst.
Description
Gebiet der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formtrennfolie (mold release film), die in einem Verfahren zum Einkapseln von Halbleiterelementen auf die Oberfläche des Formhohlraumes aufgebracht wird. In einem solchen Verfahren werden Halbleiterelemente auf einem Substrat in den mit einer Formtrennfolie versehenen Formhohlraum eingebracht und mit einem härtbaren Harz eingekapselt.
Hintergrund
[0002] Ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements, das ein eingekapseltes Halbleiterelement umfasst (in der Folge Bauelement), beinhaltet einen Einkapselungsschritt, der üblicherweise mittels Formpressens durchgeführt wird. Dabei wird ein Substrat, das mindestens ein darauf aufgebrachtes Halbleiterelement umfasst, in eine Formhöhlung eingebracht, die anschliessend mit einem härtbaren Harz, üblicherweise einem Epoxidharz, gefüllt wird. Um zu verhindern, dass das mit gehärtetem Epoxidharz ummantelte (eingekapselte) Halbleiterelement, das Bauelement, an der Formhöhlung haftet, wird üblicherweise eine Formtrennfolie auf die Oberfläche der Formhöhlung aufgebracht.
[0003] Im Allgemeinen umfasst das Verfahren das Aufbringen einer Vielzahl von Halbleiterelementen auf ein Substrat, die dann gemeinsam eingekapselt werden. In einem weiteren Schritt müssen diese eingekapselten Halbleiterelemente dann getrennt (vereinzelt) werden, um Bauelemente zu erhalten. Dieser Vereinzelungsschritt erfolgt üblicherweise durch zerschneiden des die einzelnen Halbleiterelemente umgebenden Harzes und des Substrats unter Bildung der Bauelemente.
[0004] Das Aufbringen eines Formtrennfilms ist insbesondere für solche Formen, in denen gleichzeitig eine Vielzahl von Halbleiterelementen eingekapselt werden, wichtig, damit die Halbleiterelemente leicht von der Form getrennt werden können. Dies ist speziell vorteilhaft bei grossen Hohlräumen mit stark strukturierten Oberflächen.
[0005] Üblicherweise wird der Formtrennfilm durch Ansaugen mittels Vakuum in der Form fixiert. Dabei wird der Film gezogen und in engen Kontakt mit der Oberfläche des Formhohlraumes gebracht. Dabei sollte sich der Formtrennfilm eng an die Oberfläche des Hohlraums anlegen. Eine Herausforderung besteht darin, dass nicht alle Luft zwischen Formtrennfilm und Oberfläche des Hohlraums entfernt wird, so dass geringe Luftmengen zwischen dem Formtrennfilm und der Oberfläche des Hohlraumes eingeschlossen bleibt und zu Falten führen, die das Aussehen der Oberfläche der Bauelemente beeinträchtigen.
[0006] Das Absaugen der Luft kann verbessert werden, wenn die Oberfläche des Formtrennfilms, die in Kontakt mit der Oberfläche des Formhohlraumes gebracht wird, eine gewisse Rauigkeit aufweist.
[0007] Andererseits kann eine gewisse Rauigkeit der Formtrennfolie auf der dem Harz zugewandten Seite auch vorteilhaft für allenfalls gewünschte Bedruckbarkeit sein, da die Rauigkeit der Formtrennfolie auf das Einkapselungsharz übertragen wird und die für die Bedruckung verwendete Farbe bzw. Tinte besser haftet.
[0008] Auch für Laserbeschriftung sowie für die automatisierte, mikroskopische Inspektion der Oberflächengüte ist eine raue, d.h. matte Oberfläche vorteilhaft.
[0009] Durch Erhöhung der Foliendicke kann die Bildung kleiner Löcher verhindert werden, allerdings bildet eine solche Folie die Formkontur weniger exakt ab, was zu uneinheitlichen Bauelementen führen kann.
[0010] Auch die Rauigkeit der Oberfläche der Formtrennfolie, die in Kontakt mit dem Harz gebracht wird, kann nicht beliebig gross sein, da diese zwar die Bedruckbarkeit verbessert, wie in US 9,613,832 B1 beschrieben steigt aber die Gefahr, dass die gehärtete Harzoberfläche beim Auseinanderschneiden der eingekapselten Halbeleiterelemente abplatzt oder dass sich darin Risse bilden.
[0011] Da es aus praktischen Gründen besser ist, wenn beide Oberflächen der Formtrennfolie gleich gestaltet sind, lehrt US 9,613,832, die Rauigkeit in einem engen Bereich festzulegen, in dem die positiven und negativen Auswirkungen optimiert sind.
[0012] Diese Folien des Stands der Technik sind aber trotz Optimierung der Oberflächenstruktur nicht befriedigend, was die Ablösung der gehärteten Epoxidharzschicht von der Folie anbelangt.
[0013] Materialien mit sehr guten Release-Werten sind halogenierte Kunststoffe, wie Fluorethylen basierte Kunststoffe. Solche Stoffe sind aber wenig umweltfreundlich und können toxische Substanzen freisetzen.
[0014] So ist es bekannt, dass ETFE und andere Fluorpolymer Filme mit gutem Release Probleme bei der Entsorgung bereiten. Zudem kann aus solchen Folien bei deren Verwendung bei hohen Temperaturen um 180°C HF abgespalten werden, ein Gas, das toxisch ist und deshalb konstant abgesaugt und aus der Abluft entfernt werden muss. Zudem ist HF sehr korrosiv, was die Lebensdauer der Produktionsanlagen beeinträchtigt, bzw. den Wartungsaufwand erhöht.
[0015] Aus WO 2006/056285 A1 sind Verpackungsfolien und technische Folien bekannt, die mit Polysilazan beschichtet sind. Für Verpackungsmaterialien wird die Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasser beschrieben, für technische Folien eine höhere Kratzfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit oder eine UV-Schutzwirkung.
[0016] Ziel der vorliegenden Erfindung war es, eine halogenfreie, insbesondere fluorfreie, hochtemperaturbeständige Formtrennfolie mit guten oder verbesserten Ablöseeigenschaften (gutem oder verbessertem Release) bereit zu stellen, die dünn ist, vorzugsweise ohne Lufteinschluss auf die Oberfläche des Formhohlraumes aufgebracht werden kann und vorzugsweise auch eine gut beschriftbare Oberfläche des Bauelements gibt. Der Hochtemperaturbereich erstreckt sich üblicherweise bis 185°C, kann aber in Spezialfällen bis 200°C betragen.
[0017] Ein weiteres Ziel war es auch, durch Beschichtung diverse Folienmaterialien, wie Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyamid (PA) oder Polycarbonat (PC), für die Verwendung als Formtrennfolien für das Einkapseln von Halbleiterelementen tauglich zu machen.
Darstellung der Erfindung
[0018] Dieses Ziel wurde erreicht durch Bereitstellen einer Formtrennfolie für das Einkapseln von Halbleiterelementen, die mindestens auf einer Seite eine Beschichtung aus Polysilazan aufweist und deren Ablöseeigenschaften (release) auf der oder den mit Polysilazan beschichteten Seite(n) derart sind,
dass sich die Folie nach Aushärtung eines härtbaren Epoxidharzes in einem Einkapselungsverfahren von Halbleiterelementen und bei einer für die Aushärtung gewählten Temperatur (Aushärtungstemperatur), insbesondere einer Aushärtungstemperatur im Bereich von 120 bis 180°C von selbst ablöst.
[0019] Der Release kann bestimmt werden gemäss DIN EN 2243-1:2007-04 bei einer für die Aushärtung gewählten Temperatur (Aushärtungstemperatur), insbesondere einer Aushärtungstemperatur im Bereich von 120 bis 180°C, besser, d.h. kleiner ist als 0,02 N/50 mm.
[0020] Eine zur Bestimmung des Release geeignete Messapparatur ist eine Zugprüfmaschine der Firma ZwickRoell, Modell „500N zwicki“, Type: BT2-FZ0.5TN.D16.001. Ein geeignetes Messprogramm ist das Programm „testControl 2“. Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung der Ablöseeigenschaften (der spontanen Ablösung) ist z.B. durch Durchführung eines Einkapselungsverfahrens unter Verwendung von Sumitomo G730 als Epoxidharz bei 150°C für 5 min mit einem Druck von 15 bar. Eine patentgemässe Folie löst sich beim Öffnen der noch heissen Form spontan.
[0021] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Folie (Formtrennfolie) und Film (Formtrennfilm) synonym bzw. austauschbar verwendet.
[0022] Vorzugsweise weist eine erfindungsgemässe Folie zudem eine mittlere arithmetische Rauigkeit Ra von 0.2 bis 3.5 µm und eine gemittelte Rautiefe Rz von 0.5 - 18.0 µm auf.
[0023] Für die Beschichtung mit Polysilazan geeignete Folien sind insbesondere Polyesterfolien, wie Folien aus Polyethylenterephthalat (PET) und Polyamidfolien, wie Polyamid66 (PA66), und Polycarbonat (PC).
[0024] Eine derzeit bevorzugte PET-Folie ist eine biaxial orientierte PET-Folie (BoPET-Folie).
[0025] Die Foliendicke erfindungsgemäss zu beschichtender Folien liegt üblicherweise im Bereich von 23 bis 100 µm, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 85 µm, insbesondere bei 50 bis 75 µm.
[0026] Die Polysilazan-Beschichtung ist dünn und beträgt üblicherweise ca. 1 µm.
[0027] Wie bereits oben erwähnt, liegt die Folienrauigkeit üblicherweise im Bereich von Ra 0.2 bis 3.5 µm und Rz 0.5 bis 18.0 µm. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt Ra 0.4 bis 2.0 µm, speziell bevorzugt ca. 0.5 bis 0.8 µm und Rz 3.0 bis 14.0 µm, insbesondere ca. 4.5 bis 6.5 µm.
[0028] Grundsätzlich sind alle in WO 2006/056285 A1 beschriebenen Polysilazane für die Beschichtung geeignet. Derzeit bevorzugt sind aber cyclische und/oder lineare und/oder verzweigtkettige organische Polysilazane, die neben Wasserstoff ausschliesslich kleine organischen Reste enthalten, insbesondere C1-C4-Alkylreste, wie Methyl und/oder Ethyl, insbesondere Methyl. Ein gut geeignetes Polysilazan ist z.B. ein Copolymer aus Dimethylsilazan- und Monomethylsilazan-Monomeren.
[0029] Eine erfindungsgemässe Formtrennfolie ist für die Verwendung mit allen für das Einkapseln von Halbleiterelementen gängigen Epoxidharzen geeignet. Solche Epoxidharze sind dem Fachmann bekannt und umfassen sowohl flüssige Epoxidharze, die im Temperaturbereich von 120 bis 150 °C aushärten, wie auch Granulate, die bei Temperaturen von 140 bis 180°C verarbeitet und gehärtet werden. Beispiele dafür sind Sumitomo G730 (granulares Harz für Compression Molding), Panasonic XV5791S4B (flüssiges/pastenförmiges Harz für Compression Molding) oder dann Henkel Loctite Hysol-Harze (festes Harz in Zylinderform für Transfer-Molding).
[0030] Eine erfindungsgemässe Formtrennfolie kann hergestellt werden, indem eine zu beschichtende Folie kontinuierlich durch eine Tauchwanne, die mit einer Mischung aus Polysilazan und gegebenenfalls Hilfsstoffen in Lösemittel gefüllt ist, geführt wird, wobei hierbei ggf. überstehende Lösung durch eine gegenläufige Walze abgerakelt wird. Anschliessend wird die aufgetragene Lösung in mindestens einer Trocknungszone bei einer Temperatur von 100 bis 130°C getrocknet.
[0031] Alternativ kann der Auftrag der Polysilazan-beschichtung mittels Rasterwalze, Drahtrakel oder Schlitzdüse erfolgen.
[0032] Der Auftrag an Polysilazan sollte derart sein, dass die beschichtete Oberfläche bzw. die beschichteten Oberflächen im getrockneten Zustand eine Oberflächenspannung von 22,5 - 30 mN/m, vorzugsweise von 23 - 29 mN/m, speziell bevorzugt von 24 - 26 mN/m aufweisen. Die Oberflächenspannung der unbeschichteten PET-Folie liegt im Bereich 48 - 52 mN/m, gemessen mit Krüss MobileDrop GH11 (mit der Software DSA2 zur Tropfenkonturanalyse).
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
[0033] Geeignete Polysilazane enthaltende Beschichtungszusammensetzungen sind kommerziell erhältlich, beispielsweise das Handelsprodukt PROTect Easy Clean von MIPA SE, D-84051 Essenbach, oder Durazane 1500 Rapid Cure von Merck KGaA, D-64271 Darmstadt.
[0034] Gemäss den entsprechenden Datenblättern enthalten die Handelsprodukte folgende Komponenten:
PROTect Easy Clean
[0035] – 25-50 % Organische Polysilazan Verbindung, CAS: 475645-84-2 (Cyclosilazanes, di-Me, Me hydrogen, polymers with di-Me, Me hydrogen silazanes, reaction products with 3-(triethoxysilyl)-1-propanamine) – mind. 50 % n-Butylacetat – 5 bis 10 % 3-Aminopropyltriethoxysilan – 0.25-1 % Reaktionsgemisch von Pentamethyl-Piperidyl Sebacat, EG-Nummer: 915-687-0, Reg.nr.: 01-2119491304-40 Das Lösemittel n-Butylacetat, wird beim Beschichten/Trocknen verdampft.
Durazane 1500 Rapid Cure
[0036] – Mind. 50 % Organische Polysilazan Verbindung, CAS 475645-84-2 – 3 - 5 % Aminopropyltriethoxysilan
Beispiel 1 (Labormassstab)
[0037] Eine kommerzielle PET Folie mit 75 µm Dicke (Hostaphan, Mitsubishi) wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min durch eine Tauchwanne gezogen, die mit einer 5.7 %igen Mischung aus PROTect Easy Clean in Ethylacetat gefüllt war. Das anschliessende Trocknen erfolgte bei 100°C über eine Länge von 5 m. Die resultierende Folie hatte eine Oberflächenspannung von 24 mN/m, eine Rauigkeit Ra von 0.6 µm und Rz 4.6 µm.
[0038] Eine solche Folie zeigte neben faltenfreier Abdeckung der Oberfläche des Formhohlraumes auch hervorragende Trenneigenschaften mit Sumitomo G730 (granulares Harz), gemoldet bei 150°C für 5 min mit einem Druck von 15 bar (Releasewert unterhalb des messbaren Bereichs, die Folie löst sich nach dem Einkapseln von selbst) und ergab eine gut bedruckbare Bauelementoberfläche.
Beispiel 2 (Labormassstab)
[0039] Eine kommerzielle PET Folie mit 75 µm Dicke (Hostaphan, Mitsubishi) wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 1.5 m/min durch eine Tauchwanne gezogen, die mit einer 5.0 %igen Mischung aus o.g. Durazan in Ethylacetat gefüllt war. Das anschliessende Trocknen erfolgte bei 100°C über eine Länge von 3 m. Die resultierende Folie hatte eine Oberflächenspannung von 28 mN/m, eine Rauigkeit Ra von 0.5 µm und Rz 4.5 µm.
[0040] Eine solche Folie zeigte neben faltenfreier Abdeckung der Oberfläche des Formhohlraumes auch hervorragende Trenneigenschaften mit Sumitomo G730 (granulares Harz), gemoldet bei 150°C für 5 min mit einem Druck von 15 bar (Releasewert unterhalb des messbaren Bereichs, die Folie löst sich nach dem Einkapseln von selbst) und ergab eine gut bedruckbare Bauelementoberfläche.
Beispiel 3 (Labormassstab)
[0041] Eine kommerzielle PC Folie mit 100 µm Dicke (Lexan, Sabic) wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min durch eine Tauchwanne gezogen, die mit einer 5.0 %igen Mischung aus PROTect Easy Clean in Ethanol MEK (1:18) gefüllt war. Das anschliessende Trocknen erfolgte bei 100°C für 45 Sekunden.
[0042] Eine solche Folie zeigte neben faltenfreier Abdeckung der Oberfläche des Formhohlraumes auch hervorragende Trenneigenschaften mit Sumitomo G730 (granulares Harz), gemoldet bei 150°C für 5 min mit einem Druck von 15 bar (Releasewert unterhalb des messbaren Bereichs, die Folie löst sich nach dem Einkapseln von selbst) und ergab eine gut bedruckbare Bauelementoberfläche.
Beispiel 4 (Labormassstab)
[0043] Eine kommerzielle PA Folie mit 75 µm Dicke (CTFGCO) wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 1.5 m/min durch eine Tauchwanne gezogen, die mit einer 5.7 %igen Mischung aus PROTect Easy Clean in Ethylacetat gefüllt war. Das anschliessende Trocknen erfolgte bei 100°C über eine Länge von 3 m. Die resultierende Folie hatte eine Oberflächenspannung von 28 mN/m, eine Rauigkeit Ra von 0.5 µm und Rz 4.5 µm.
[0044] Eine solche Folie zeigte neben faltenfreier Abdeckung der Oberfläche des Formhohlraumes auch hervorragende Trenneigenschaften mit Sumitomo G730 (granulares Harz), gemoldet bei 150°C für 5 min mit einem Druck von 15 bar (Releasewert unterhalb des messbaren Bereichs, die Folie löst sich nach dem Einkapseln von selbst) und ergab eine gut bedruckbare Bauelementoberfläche.
[0045] Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.
Claims (11)
1. Formtrennfolie für das Einkapseln von Halbleiterelementen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens auf einer Seite eine Beschichtung aus Polysilazan aufweist und deren Ablöseeigenschaften (release) auf der oder den mit Polysilazan beschichteten Seite(n) derart sind,
dass sich die Folie nach Aushärtung eines härtbaren Epoxidharzes in einem Einkapselungsverfahren von Halbleiterelementen und bei einer für die Aushärtung gewählten Temperatur (Aushärtungstemperatur), insbesondere einer Aushärtungstemperatur im Bereich von 120 bis 180°C, von selbst ablöst.
2. Formtrennfolie gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablösung dadurch bestimmt wird, dass ein Einkapselungsverfahren mit Sumitomo G730 bei 150°C für 5 min mit einem Druck von 15 bar durchgeführt wird und/oder
dass der Release, bestimmt gemäss DIN EN 2243-1:2007-04 bei einer für die Aushärtung gewählten Temperatur (Aushärtungstemperatur), insbesondere einer Aushärtungstemperatur im Bereich von 120 bis 180°C, besser, d.h. kleiner ist als 0,02 N/50 mm.
3. Formtrennfolie gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ihre mittlere arithmetische Rauigkeit Ra von 0.2 bis 3.5 µm, vorzugsweise Ra 0.4 bis 2.0 µm, speziell bevorzugt ca. 0.5 bis 0.8 µm und ihre gemittelte Rautiefe Rz von 0.5 - 18 µm, vorzugsweise 3.0 bis 14.0 µm, insbesondere ca. 4.5 bis 6.5 µm beträgt.
4. Formtrennfolie gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Polysilazan zu beschichtende bzw. beschichtete Folie ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyesterfolien und Polyamidfolien oder Polycarbonatfolien, insbesondere aus Folien aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyamid66 (PA66).
5. Formtrennfolie gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Polysilazan zu beschichtende bzw. beschichtete Folie eine biaxial orientierte PET-Folie (BoPET-Folie) ist.
6. Formtrennfolie gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Polysilazan zu beschichtende bzw. beschichtete Folie eine Foliendicke im Bereich von 23 bis 100 µm hat, wie 23 bis 100 µm vorzugsweise im Bereich von 50 bis 85 µm, insbesondere von ca. 50 bis 75 µm.
7. Formtrennfolie gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polysilazan ein cyclisches und/oder lineares und/oder verzweigtkettiges organische Polysilazan ist, das neben Wasserstoff ausschliesslich C1 bis C4-Alkylreste enthält.
8. Formtrennfolie gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polysilazan ein Copolymer aus Dimethylsilazan- und Monomethylsilazan- Monomeren ist.
9. Formtrennfolie gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der mindestens einen mit Polysilazan beschichteten Oberfläche eine Oberflächenspannung von 22,5 - 30 mN/m, vorzugsweise von 23 - 29 mN/m, speziell bevorzugt von 24 - 26 mN/m aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Formtrennfolie gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu beschichtende Folie kontinuierlich durch eine Tauchwanne geführt wird, die mit einer Mischung aus Polysilazan und gegebenenfalls Hilfsstoffen in Lösemittel gefüllt ist, oder dass eine Mischung aus Polysilazan und gegebenenfalls Hilfsstoffen in Lösemittel mittels Rasterwalze oder mittels Drahtrakel oder mittels Schlitzdüse aufgetragen wird, und dass die Polysilazanschicht anschliessend bei einer Temperatur von 90 bis 130°C getrocknet wird.
11. Verwendung einer Formtrennfolie gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Verfahren zur Einkapselung von Halbleiterelementen mittels eines härtbaren Harzes, insbesondere eines Epoxidharzes, in einem Spritz- oder Druckgussverfahren.
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