DE10033013B4 - Flüssigkeits-Spritzpresssystem zum Vergießen von integrierten Halbleiterschaltungen und Verfahren zum Vergießen von integrierten Halbleiterschaltungen - Google Patents
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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
- Die Erfindung betrifft integrierte Schaltungen und insbesondere ein Flüssigkeits-Spritzpresssystem zum Vergießen (Einkapseln) von integrierten Halbleiterschaltungen.
- 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, wobei Verbindungsdrähte (Bonddrähte) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Matrize und der äußeren Umgebung verwendet werden.
- Das am weitesten verbreitete Verfahren zum Vergießen (Einkapseln) von Halbleitergruppen ist im allgemeinen ein Spritzpressverfahren, da dieses sehr vielseitig anwendbar ist und entsprechende Systeme einen hohen Durchsatz aufweisen. 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 pelletisierten 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 entstehen und sind im Hinblick auf ihre Dichte und andere Eigenschaften sehr gleichförmig. Die meisten Materialien, die zum Vergießen nicht die mit dem pelletisierten Pulver verbundenen Probleme. Sie lassen keinen Staub entstehen und sind im Hinblick auf ihre Dichte und andere Eigenschaften 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, besteht darin, die flüssigen Materialien durch teilweises Härten (B-Zustand genannt) der Materialien bis zu einem gewissen Grad in eine feste Form zu überführen und daraus dann eine Pellet-Form zu bilden. In diesem teilweise gehärteten Zustand hat das Material jedoch eine höhere Viskosität und somit ein verschlechtertes Fliessverhalten. Weiterhin hat der Zustand der teilweisen Härtung eine schlechtere Anhaftung an den Substraten zur Folge.
- Die internationale Anmeldung
WO 01/17012 A1 - Bei einer 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 flüssigen Zustand. Anschließend wird an die untere Formeinheit eine obere Formeinheit geklemmt.
- Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von flüssigen Materialien zum Vergießen und somit einen Ersatz der festen Form-Zusammensetzungen bei zahlreichen Anwendungen. Die Erfindung ermöglicht ferner bei optoelektronischen Elementen wie lichtemittierenden Dioden (LEDs), Displays oder Infrarot-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 Herstellung von Materialien im B-Zustand zusätzliche Prozesse erforderlich sind, die die Kosten des fertigen Produktes erhöhen.
- Ferner eröffnet die Verwendung von flüssigen Materialien neue Anwendungen für Spritzpressverfahren zum Beispiel in der Optoelektronik, in der viele optoelektronische Bauelemente unter Anwendung von Gießverfahren eingekapselt werden. Im allgemeinen hat ein Gießverfahren eine längere Zykluszeit, einen geringeren Durchsatz und kann nicht so stark automatisiert werden.
- Darüberhinaus sind bei Verwendung von flüssigen Materialien in einem Spritzpresssystem nur geringere Formungstemperaturen erforderlich. Dies beruht darauf, dass die flüssigen Materialien eine wesentlich geringere Viskosität im Vergleich zu festen Form-Zusammensetzungen aufweisen, bei denen es relativ lange dauert, bis sie schmelzen, und die eine 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 ausgehärteten Material.
- Anders als bei Standard-Spritzpressverfahren, bei denen pelletisierte Form-Zusammensetzungen verwendet werden, ermöglicht die Verwendung eines automatischen Flüssigkeits-Abgabesystems gemäß der Erfindung eine Steuerung oder Einstellung der Menge des abgegebenen flüssigen Materials mit größerer Flexibilität. Dies ist insbesondere während einer anfänglichen Prozess-Optimierung oder einer Fehlerbeseitigung 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.
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1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines unteren Druckstempel-Formsystems mit einer Flüssigkeits-Abgabeeinheit, die ein Flüssigkeits-Spritzpress-System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bilden. -
2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm mit einer Darstellung einer Substrat-Beschickung des Flüssigkeits-Spritzpress-Systems, das in1 gezeigt ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm mit einer Darstellung der Abgabe von flüssigem Vergießmittel in das Flüssigkeits-Spritzpress-System, das in1 gezeigt ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm mit einer Darstellung einer Klemmung der Form in dem Flüssigkeits-Spritzpress-System, das in1 gezeigt ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
5 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm, in dem das Befüllen des Form-Hohlraums in dem Flüssigkeits-Spritzpress-System zu erkennen ist, das in1 dargestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. - In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Flüssigkeits-Abgabesystem in ein Spritzpressverfahren eingeführt, um die Anwendung von flüssigen Vergießmitteln an Stelle von festen Form-Zusammensetzungen zu ermöglichen. Das entstehende Flüssigkeits-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 Optoelektronik), für die Vergießmittel gegenwärtig nur in flüssiger Form verfügbar sind.
-
1 zeigt ein Boden-Druckstempel(Plungerkolben)-Formsystem mit einer oberen Formeinheit11 und einer unteren Formeinheit12 . Wenn die obere Formeinheit11 an die untere Formeinheit12 geklemmt wird, entstehen Form-Hohlräume13 . Ein Formkolben/Druckstempel (Plungerkolben)14 dient zum Drücken des flüssigen Vergiessmittels während des Formvorgangs aus einem Formtopf15 nach oben in die Form-Hohlräume13 . Während in1 nur ein einziger Formkolben14 gezeigt ist, kann das Boden-Kolben-Formsystem auch zwei oder mehr Kolben jeweils in einem gesonderten Formtopf umfassen. - Zum Einbringen bzw. Einsetzen von Substraten und Leitungsrahmen auf die untere Formeinheit
12 an den Stellen der Form-Hohlräume13 wird eine Substrat-Beschickungseinrichtung16 verwendet. Ein Flüssigkeits-Abgabesystem17 ersetzt eine Beschickungseinrichtung für pelletisierte Form-Zusammensetzungen, die in üblichen Spritzpressmaschinen vorhanden ist. Das Flüssigkeits- Abgabesystem17 umfasst einen Vorrat19 für ein flüssiges Vergießmittel, der mit einem solchen Mittel (Formmaterial) gefüllt ist. Das flüssige Vergießmittel ist zum Beispiel eine Mischung aus Kunstharz, Füllmaterial, Härtemittel, Katalysator, Russ usw. An einem einfahrbaren Arm20 ist ein Abgabekopf21 montiert. Eine automatisch mit einfahrbare Pfanne18 dient im Bedarfsfall zum Auffangen von Flüssigkeit, die von dem Abgabekopf21 heruntertropft. Auch wenn in1 nur ein einziger Abgabekopf21 gezeigt ist, ist im allgemeinen für jeden Kolben ein gesonderter Abgabekopf vorgesehen. - Das Flüssigkeits-Abgabesystem
17 ist zum Beispiel ein Pumpen- und Ventil-System, bei dem die Pumpe in dem Vorrat19 für flüssiges Vergießmittel liegt und sich in dem Abgabekopf21 ein Ventil befindet. Alternativ dazu kann das Flüssigkeits-Abgabesystem17 auch anderer Art sein und aus den zahlreichen anderen Flüssigkeits-Abgabeeinrichtungen ge wählt werden, die allgemein erhältlich sind. In das Flüssigkeits-Abgabesystem17 kann eine Kühleinheit integriert werden, um im Bedarfsfall die Verarbeitungszeit des flüssigen Vergießmittels zu verlängern. -
2 zeigt eine Substrat-Beschickungseinrichtung16 , mit der das Substrat und der Leitungsrahmen zugeführt werden. Während der Zuführung des Substrates und des Leitungsrahmens werden das Substrat und der Leitungsrahmen an den Stellen der Form-Hohlräume13 auf die untere Form-Einheit12 gesetzt. -
3 zeigt das Flüssigkeits-Abgabesystem17 , das zur Abgabe von flüssigem Vergießmittel aus dem Vorrat19 für flüssiges Vergießmittel verwendet wird. Der einfahrbare Arm20 fährt aus und bringt den Abgabekopf21 in eine Position zur Abgabe des flüssigen Vergießmittels in den Formtopf15 . - Wie in
4 durch Pfeile41 angedeutet ist, wird die untere Formeinheit12 an die obere Formeinheit11 geklemmt. - Wie in
5 dargestellt ist, wird der Formkolben14 dann nach oben bewegt, um flüssiges Vergießmittel aus dem Formtopf15 in die Hohlräume13 zu drücken. Dies ist durch einen Pfeil51 angedeutet. - Nachdem das flüssige Vergießmittel in die Hohlräume
13 eingebracht 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 (7)
- Vergießsystem zum Vergießen von Halbleiterprodukten mit: einer oberen Formeinheit (
11 ) und einer unteren Formeinheit (12 ) mit folgenden Merkmalen: – einem Formtopf (15 ) und – einem Formkolben (14 ), – einer Substrat-Beschickungseinrichtung (16 ) zum Einbringen eines Substrates in einen Hohlraum (13 ) in der unteren Formeinheit (12 ); und – einer Flüssigkeits-Abgabeeinrichtung (17 ) zur Abgabe von Vergießmittel in den Formtopf (15 ), wobei sich das Vergießmittel in einem nichtgehärteten flüssigen Zustand befindet, wenn es in den Formtopf (15 ) eingebracht wird, wobei die Flüssigkeits-Abgabeeinrichtung (17 ) folgende Merkmale 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. - Vergießsystem nach Anspruch 1, bei dem die obere Formeinheit (
11 ) einen Hohlraum (13 ) umfasst, der mit dem Hohlraum (13 ) in der unteren Formeinheit (12 ) ausgerichtet ist, wenn die untere Formeinheit (12 ) an die obere Formeinheit (11 ) geklemmt ist. - 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. - Vergießsystem nach Anspruch 1, bei dem das Vergießmittel ein Harz, ein Füllmaterial, ein Härtemittel, einen Katalysator und Ruß aufweist.
- Verfahren zum Vergießen von Halbleiterprodukten mit folgenden 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 Formeinheit (11 ); und d) Überführen des Vergießmittels in den Hohlraum (13 ) in der unteren Formeinheit (12 ) dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (b) ein Überführen des Vergießmittels aus einem Vorrat (19 ) umfasst, in dem das Vergießmittel bevorratet gehalten wird, und dass der Schritt (b) folgende Unterschritte umfasst: (b.1) Anwenden eines einfahrbaren Arms (20 ), um einen Abgabekopf (21 ) über den Formtopf (15 ) zu führen; und (b.2) Abgeben von Flüssigkeit aus dem Abgabekopf (21 ) in den Formtopf (15 ). - Verfahren nach Anspruch 5, bei dem Schritt (d) ein Ausfahren eines unter dem Formtopf (
15 ) liegenden Formkolbens (14 ) umfasst, um das Vergießmittel in den Hohlraum (13 ) in der unteren Formeinheit (12 ) zu überführen. - Verfahren nach Anspruch 5, 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.
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