DE10033013A1 - Flüssigkeits-Spritzpresssystem zum Vergießen von integrierten Halbleiterschaltungen - Google Patents

Flüssigkeits-Spritzpresssystem zum Vergießen von integrierten Halbleiterschaltungen

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Abstract

Ein Vergießsystem wird zum Vergießen von Halbleiterprodukten verwendet. Eine untere Formeinheit (12) umfasst einen Formtopf (15) und einen Formkolben (40). Mit einer Substrat-Beschickungseinrichtung (16) wird ein Substrat in einen Hohlraum (13) in der unteren Formeinheit (12) eingebracht. Eine Flüssigkeits-Abgabeeinrichtung (17) gibt ein Vergießmittel in den Formtopf (15) ein. Das Vergießmittel befindet sich in einem nichtgehärteten flüssigen Zustand, wenn es in den Formtopf eingebracht wird. An die untere Formeinheit (12) wird eine obere Formeinheit (11) geklemmt.

Description

Hintergrund Erfindungsgebiet
Die Erfindung betrifft integrierte Schaltungen und insbe­ sondere ein Flüssigkeits-Spritzpresssystem zum Vergießen (Einkapseln) von integrierten Halbleiterschaltungen.
Hintergrundinformation
Nach der Herstellung von integrierten Schaltungen auf einer Silizium-Wafer-Fläche werden die Wafer im allgemeinen zu einzelnen Matrizen zersägt. Jede Matrize wird dann an einem Substrat (zum Beispiel einem Leitungsrahmen) befestigt, wo­ bei Verbindungsdrähte (Bonddrähte) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Matrize und der äuße­ ren Umgebung verwendet werden.
Das am weitesten verbreitete Verfahren zum Vergießen (Ein­ kapseln) von Halbleitergruppen ist im allgemeinen ein Spritzpressverfahren, da dieses sehr vielseitig anwendbar ist und entsprechende Systeme einen hohen Durchsatz aufwei­ sen. Die in Systemen für Spritzpressverfahren verwendeten Materialien zum Vergießen liegen im allgemeinen in fester Form vor. Sie werden durch Pelletisieren eines Pulvers aus einer Mischung aus Harz (Kunstharz), einem Füllmaterial, einem Härtemittel, einem Katalysator, Ruß usw. hergestellt. Einige der Nachteile bei der Anwendung dieser pelletisier­ ten Form-Zusammensetzungen sind das Entstehen von Staub (der von den Pellets ausgeht), nicht-gleichmäßige Dichte der Pellets und Absorption von Feuchtigkeit.
Andererseits ergeben sich bei der Verwendung von flüssigen Materialien zum Vergießen nicht die mit dem pelletisierten Pulver verbundenen Probleme. Sie lassen keinen Staub ent­ stehen und sind im Hinblick auf ihre Dichte und andere Ei­ genschaften sehr gleichförmig. Die meisten Materialien, die zum Vergießen von optoelektronischen Komponenten verwendet werden, liegen in flüssiger Form vor. Sie können somit nicht direkt in einem Spritzpresssystem verwendet werden. Eine Möglichkeit, von der häufig Gebrauch gemacht wird, be­ steht darin, die flüssigen Materialien durch teilweises Härten (B-Zustand genannt) der Materialien bis zu einem ge­ wissen Grad in eine feste Form zu überführen und daraus dann eine Pellet-Form zu bilden. In diesem teilweise gehär­ teten Zustand hat das Material jedoch eine höhere Viskosi­ tät und somit ein verschlechtertes Fließverhalten. Weiter­ hin hat der Zustand der teilweisen Härtung eine schlechtere Anhaftung an den Substraten zur Folge.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Einkapselungssystem zum Vergießen von Halbleiter- Produkten verwendet. Eine untere Formeinheit umfasst einen Formtopf und einen Formkolben. Mit einer Substrat- Beschickungseinrichtung wird ein Substrat in einen Hohlraum in der unteren Formeinheit eingebracht. Eine Flüssigkeits- Abgabeeinrichtung gibt ein Material zum Vergießen in den Formtopf ein. Das Material zum Vergießen befindet sich beim Einbringen in den Formtopf in einem nichtgehärteten flüssi­ gen Zustand. Anschließend wird an die untere Formeinheit eine obere Formeinheit geklemmt.
Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von flüssigen Mate­ rialien zum Vergießen und somit einen Ersatz der festen Form-Zusammensetzungen bei zahlreichen Anwendungen. Die Er­ findung ermöglicht ferner bei optoelektronischen Elementen wie lichtemittierenden Dioden (LEDs), Displays oder Infra­ rot-Elementen eine Massenproduktion mit geringen Kosten.
Weiterhin führt die besonders gute Anhaftung des flüssigen Verguß-Materials zu einer besseren Qualität der Produkte, die mit geringeren Kosten hergestellt werden können, als es unter Anwendung von teilweise gehärteten Materialien (B- Zustand) möglich ist. Dies beruht darauf, dass zur Herstel­ lung von Materialien im B-Zustand zusätzliche Prozesse er­ forderlich sind, die die Kosten des fertigen Produktes er­ höhen.
Ferner eröffnet die Verwendung von flüssigen Materialien neue Anwendungen für Spritzpressverfahren zum Beispiel in der Optoelektronik, in der viele optoelektronische Bauele­ mente unter Anwendung von Gießverfahren eingekapselt wer­ den. Im allgemeinen hat ein Gießverfahren eine längere Zy­ kluszeit, einen geringeren Durchsatz und kann nicht so stark automatisiert werden.
Darüberhinaus sind bei Verwendung von flüssigen Materialien in einem Spritzpresssystem nur geringere Formungstemperatu­ ren erforderlich. Dies beruht darauf, dass die flüssigen Materialien eine wesentlich geringere Viskosität im Ver­ gleich zu festen Form-Zusammensetzungen aufweisen, bei de­ nen es relativ lange dauert, bis sie schmelzen, und die ei­ ne höhere Viskosität haben. Neben der geringen Viskosität haben flüssige Verguß-Materialien einen geringeren Luft- und Feuchtigkeitsgehalt als pelletisierte Form- Zusammensetzungen. Dies führt zu einem geringeren Luft- Einschluss und somit weniger Fehlern in dem fertigen ausge­ härteten Material.
Anders als bei Standard-Spritzpressverfahren, bei denen pelletisierte Form-Zusammensetzungen verwendet werden, er­ möglicht die Verwendung eines automatischen Flüssigkeits- Abgabesystems gemäß der Erfindung eine Steuerung oder Ein­ stellung der Menge des abgegebenen flüssigen Materials mit größerer Flexibilität. Dies ist insbesondere während einer anfänglichen Prozess-Optimierung oder einer Fehlerbeseiti­ gung hilfreich. Dadurch kann die Menge an Abfallmaterial reduziert werden. Eine solche Einstellung ist mit Pellet- Form-Zusammensetzungen schwierig oder sogar unmöglich, da sie verschiedene Pellet-Grössen erfordern würde, die der Hersteller der Zusammensetzung bereitstellen müsste.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines unteren Druckstempel-Formsystems mit einer Flüssigkeits- Abgabeeinheit, die ein Flüssigkeits-Spritzpress-System ge­ mäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden.
Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm mit einer Darstellung einer Substrat-Beschickung des Flüssigkeits- Spritzpress-Systems, das in Fig. 1 gezeigt ist, gemäß ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm mit einer Darstellung der Abgabe von flüssigem Vergießmittel in das Flüssigkeits-Spritzpress-System, das in Fig. 1 gezeigt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm mit einer Darstellung einer Klemmung der Form in dem Flüssigkeits- Spritzpress-System, das in Fig. 1 gezeigt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm, in dem das Befüllen des Form-Hohlraums in dem Flüssigkeits- Spritzpress-System zu erkennen ist, das in Fig. 1 darge­ stellt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Flüssigkeits-Abgabesystem in ein Spritzpressverfahren eingeführt, um die Anwendung von flüs­ sigen Vergießmitteln an Stelle von festen Form- Zusammensetzungen zu ermöglichen. Das entstehende Flüssig­ keits-Spritzpress-System hat den hohen Durchsatz von Spritzpress-Systemen und gleichzeitig die überlegenen Fließ- und Anhaftungs-Eigenschaften von Flüssigkeits- Vergießsystemen. Die Erfindung ermöglicht die Erweiterung der Anwendung von Spritzpressverfahren auf die Herstellung von zahlreichen anderen Halbleiterelementen (wie in der Op­ toelektronik), für die Vergießmittel gegenwärtig nur in flüssiger Form verfügbar sind.
Fig. 1 zeigt ein Boden-Druckstempel (Plungerkolben) - Formsystem mit einer oberen Formeinheit 11 und einer unte­ ren Formeinheit 12. Wenn die obere Formeinheit 11 an die untere Formeinheit 12 geklemmt wird, entstehen Form- Hohlräume 13. Ein Formkolben/Druckstempel (Plungerkolben) 14 dient zum Drücken des flüssigen Vergießmittels während des Formvorgangs aus einem Formtopf 15 nach oben in die Form-Hohlräume 13. Während in Fig. 1 nur ein einziger Formkolben 14 gezeigt ist, kann das Boden-Kolben-Formsystem auch zwei oder mehr Kolben jeweils in einem gesonderten Formtopf umfassen.
Die obere Formeinheit 11 und die untere Formeinheit 12 sind Formen, wie sie von der Firma Intercon Tools, Inc. 280 Cochrane Circle, Morgan Hill, Kalifornien 95037, von der Firma Diehard Engineering in 7070-D Commerce Circle, Pleasanton, Kalifornien 94588, oder von anderen Herstellern von Formen erhältlich sind. Ein Boden-Kolben-Formsystem, in dem pelletisierte Form-Zusammensetzungen verwendet werden, kann von mehreren Herstellern, zum Beispiel von der Firma ASM America, Inc. 97E. Brokaw Road, Suite 100, San Jose, Kalifornien 95112-4209 bezogen werden.
Zum Einbringen bzw. Einsetzen von Substraten und Leitungs­ rahmen auf die untere Formeinheit 12 an den Stellen der Form-Hohlräume 13 wird eine Substrat- Beschickungseinrichtung 16 verwendet. Ein Flüssigkeits- Abgabesystem 17 ersetzt eine Beschickungseinrichtung für pelletisierte Form-Zusammensetzungen, die in üblichen Spritzpressmaschinen vorhanden ist. Das Flüssigkeits- Abgabesystem 17 umfasst einen Vorrat 19 für ein flüssiges Vergießmittel, der mit einem solchen Mittel (Formmaterial) gefüllt ist. Das flüssige Vergießmittel ist zum Beispiel eine Mischung aus Kunstharz, Füllmaterial, Härtemittel, Ka­ talysator, Ruß usw. . An einem einfahrbaren Arm 20 ist ein Abgabekopf 21 montiert. Eine automatisch mit einfahrbare Pfanne 18 dient im Bedarfsfall zum Auffangen von Flüssig­ keit, die von dem Abgabekopf 21 heruntertropft. Auch wenn in Fig. 1 nur ein einziger Abgabekopf 21 gezeigt ist, ist im allgemeinen für jeden Kolben ein gesonderter Abgabekopf vorgesehen.
Das Flüssigkeits-Abgabesystem 17 ist zum Beispiel ein Pum­ pen- und Ventil-System, bei dem die Pumpe in dem Vorrat 19 für flüssiges Vergießmittel liegt und sich in dem Abgabe­ kopf 21 ein Ventil befindet. Alternativ dazu kann das Flüs­ sigkeits-Abgabesystem 17 auch anderer Art sein und aus den zahlreichen anderen Flüssigkeits-Abgabeeinrichtungen ge­ wählt werden, die allgemein erhältlich sind. In das Flüs­ sigkeits-Abgabesystem 17 kann eine Kühleinheit integriert werden, um im Bedarfsfall die Verarbeitungszeit des flüssi­ gen Vergießmittels zu verlängern.
Fig. 2 zeigt eine Substrat-Beschickungseinrichtung 16, mit der das Substrat und der Leitungsrahmen zugeführt werden. Während der Zuführung des Substrates und des Leitungsrah­ mens werden das Substrat und der Leitungsrahmen an den Stellen der Form-Hohlräume 13 auf die untere Form-Einheit 12 gesetzt.
Fig. 3 zeigt das Flüssigkeits-Abgabesystem 17, das zur Ab­ gabe von flüssigem Vergießmittel aus dem Vorrat 19 für flüssiges Vergießmittel verwendet wird. Der einfahrbare Arm 20 fährt aus und bringt den Abgabekopf 21 in eine Position zur Abgabe des flüssigen Vergießmittels in den Formtopf 15.
Wie in Fig. 4 durch Pfeile 41 angedeutet ist, wird die un­ tere Formeinheit 12 an die obere Formeinheit 11 geklemmt.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird der Formkolben 14 dann nach oben bewegt, um flüssiges Vergießmittel aus dem Form­ topf 15 in die Hohlräume 13 zu drücken. Dies ist durch ei­ nen Pfeil 51 angedeutet.
Nachdem das flüssige Vergießmittel in die Hohlräume 13 ein­ gebracht worden ist, wird es zur Beseitigung von Blasen zum Beispiel unter hohem Druck ausgehärtet. Dieses Verfahren kann auch in Verbindung mit einem Vakuum angewendet werden, um die Ausbeute weiter zu verbessern.

Claims (10)

1. Vergießsystem zum Vergießen von Halbleiterprodukten mit:
einer oberen Formeinheit (11);
einer unteren Formeinheit (12), wobei die untere Formein­ heit (12) einen Formtopf (15) und einen Formkolben (14) um­ fasst;
einer Substrat-Beschickungseinrichtung (16) zum Einbringen eines Substrates in einen Hohlraum (13) in der unteren For­ meinheit (12); und
einer Flüssigkeits-Abgabeeinrichtung (17) zur Abgabe von Vergießmittel in den Formtopf (15), wobei sich das Vergieß­ mittel in einem nichtgehärteten flüssigen Zustand befindet, wenn es in den Formtopf (15) eingebracht wird.
2. Vergießsystem nach Anspruch 1, bei dem die Flüssigkeits-Abgabeeinrichtung (17) umfasst:
einen Vorrat (19), in dem sich das Vergießmittel befindet;
einen Abgabekopf (21) zur Abgabe von Vergießmittel; und
einen einfahrbaren Arm (20) zum Führen des Abgabekopfes (21) in eine Position zur Abgabe des Vergießmittels.
3. Vergießsystem nach Anspruch 1, bei dem die obere Formeinheit (11) einen Hohlraum (13) um­ fasst, der mit dem Hohlraum (13) in der unteren Formeinheit (12) ausgerichtet ist, wenn die untere Formeinheit (12) an die obere Formeinheit (11) geklemmt ist.
4. Vergießsystem nach Anspruch 1, bei dem das in den Formtopf (15) abgegebene Vergießmittel durch Ausfahren des Formkolbens (14) in den Hohlraum (13) in der unteren Formeinheit (12) geführt wird.
5. Vergießsystem nach Anspruch 1, bei dem das Vergießmittel ein Harz, ein Füllmaterial, ein Härtemittel, einen Katalysator und Ruß aufweist.
6. Verfahren zum Vergießen von Halbleiterprodukten mit fol­ genden Schritten:
  • a) Einbringen eines Substrates in einen Hohlraum (13) in einer unteren Formeinheit (12);
  • b) Abgeben von Vergießmittel in einen Formtopf (15) in der unteren Formeinheit (12), wobei sich das Vergießmittel in einem nichtgehärteten flüssigen Zustand befindet, wenn es in den Formtopf (15) eingebracht wird;
  • c) Klemmen der unteren Formeinheit (12) an die obere For­ meinheit (11); und
  • d) Überführen des Vergießmittels in den Hohlraum (13) in der unteren Formeinheit (12)
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Schritt (b) ein Überführen des Vergießmittels aus einem Vorrat (19) umfasst, in dem das Vergießmittel bevor­ ratet gehalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Schritt (b) folgende Unterschritte umfasst:
  • 1. (b.1) Anwenden eines einfahrbaren Arms (20), um einen Abga­ bekopf (21) über den Formtopf (15) zu führen; und
  • 2. (b.2) Abgeben von Flüssigkeit aus dem Abgabekopf (21) in den Formtopf (15).
9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Schritt (d) ein Ausfahren eines unter dem Formtopf (15) liegenden Formkolbens (14) umfasst, um das Vergießmit­ tel in den Hohlraum (13) in der unteren Formeinheit (12) zu überführen.
10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein Hohlraum (13) in der oberen Formeinheit (11) mit einem Hohlraum (13) in der unteren Formeinheit (12) ausgerichtet ist, wenn die untere Formeinheit (12) an die obere Formeinheit (11) geklemmt wird.
DE10033013A 1999-07-15 2000-07-06 Flüssigkeits-Spritzpresssystem zum Vergießen von integrierten Halbleiterschaltungen und Verfahren zum Vergießen von integrierten Halbleiterschaltungen Expired - Fee Related DE10033013B4 (de)

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