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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung sowie eine integrierte Schaltung an sich.
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Im Stand der Technik sind integrierte Schaltungen bekannt, bei denen ein Halbleiterbauteil auf einem Leadframe-Abschnitt angebracht ist. Das Halbleiterbauteil und der Leadframe-Abschnitt sind von einem Kunststoffgehäuse umgeben. Der Leadframe-Abschnitt weist Leiterbahnen auf, die die äußere Oberfläche des Kunststoffgehäuses durchdringen.
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Verfahren zur Bearbeitung solcher Leadframes sind aus den Druckschriften
JP 04-157761 A und
JP 03-106063 A bekannt. Dabei wird Laserstrahlung eingesetzt, um Gehäuseteile zu entfernen.
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Die Leiterbahnen werden bei Leadless-Gehäusen nach dem Aufbringen des Kunststoffgehäuses auf den Leadframe-Abschnitt und auf das Halbleiterbauteil abgetrennt, so daß diese im wesentlichen plan mit der äußeren Oberfläche des Kunststoffgehäuses abschließen.
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Der Schritt des Abtrennens der Leiterbahnen im Bereich der äußeren Oberfläche des Kunststoffgehäuses wird auch als ”Singulieren” bezeichnet. Hierfür werden Stanzwerkzeuge verwendet, die so ausgebildet sind, daß die Leiterbahnen sehr nahe oder unmittelbar an der äußeren Oberfläche des Kunststoffgehäuses abgetrennt werden können. Bei einigen Verfahren des Standes der Technik wird sogar absichtlich durch Bereiche des Kunststoffgehäuses hindurch geschnitten, um die betreffenden integrierten Schaltungen zu Singulieren. Bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren ist von Nachteil, daß die hierfür verwendeten Schneidwerkzeuge in Form eines Schneidstempels und einer Schneidmatrize einem starken Verschleiß unterliegen. Außerdem können an dem Kunststoffgehäuse Ausbrüche aufgrund von ”Chipping” sowie Mikrorisse oder Mikrospalte auftreten. Durch solche Unregelmäßigkeiten kann Feuchtigkeit in die Innenseite des Kunststoffgehäuses eindringen, was zu unerwünschten Ausfällen gerade im Betrieb von Leadless-Gehäuse-Schaltungen führen kann. Außerdem ist gerade bei den mit bekannten Verfahren hergestellten Leadless-Gehäuse-Schaltungen von Nachteil, daß diese häufig im Betrieb ausfallen, weil unzuverlässige Lötstellen an den Leiterbahnabschnitten vorliegen können.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Leadless-Gehäuse-Schaltung anzugeben, bei dem sich die bekannten Fehler vermeiden lassen. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Leadless-Gehäuse-Schaltung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung ist vor dem Schritt des Durchtrennens der Leiterbahnen zum Singulieren der integrierten Leadless-Gehäuse-Schaltung ein Schritt des Beaufschlagens wenigstens eines Übergangsbereichs zwischen Kunststoffgehäuse und Leiterbahnen mit energiereicher Strahlung vorgesehen. Dieser Schritt wird so vorgenommen, daß im Übergangsbereich zwischen Kunststoffgehäuse und Leiterbahnen Teile des Kunststoffgehäuses entfernt werden.
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Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Leadless-Gehäuse-Schaltung bereitgestellt, die sich besonders vorteilhaft einsetzen läßt. Die Leadless-Gehäuse-Schaltung weist ein von einem Kunststoffgehäuse umgebenes Halbleiterbauteil auf, das über Leiterbahnen kontaktierbar ist. Die Leiterbahnen durchdringen dabei die äußere Oberfläche des Kunststoffgehäuses. Die Leiterbahnen haben je eine nach dem Anfertigen des Kunststoffgehäuses durch einen Trennprozeß angefertigte Trennfläche, wobei zwischen jeder Trennfläche und einem Bereich des die betreffende Trennfläche umgebenden Kunststoffgehäuses in der Draufsicht auf die Trennfläche gesehen ein vorbestimmter bzw. definierter Abstand vorgesehen ist. Unter der Bezeichnung ”definiert” ist dabei zu verstehen, daß der Abstand zwischen jeder Trennfläche und einem Bereich des die betreffende Trennfläche umgebenden Kunststoffgehäuses nicht zufällig beispielsweise durch Ausbrechen hergestellt ist, sondern durch bewußte Einflußnahme. Eine solche bewußte Einflußnahme läßt sich beispielsweise dadurch erkennen, daß im Bereich jeder Trennfläche der integrierten Schaltung ein Abstand zwischen der Trennfläche und des Bereichs des die betreffende Trennfläche umgebenden Kunststoffgehäuses vorgesehen ist, wenn die betreffende Trennfläche für eine spätere Kontaktierung vorgesehen ist.
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Die Größe des betreffenden Abstands zwischen der Trennfläche und dem Bereich des die betreffende Trennfläche umgebenden Kunststoffgehäuses richtet sich nach der Genauigkeit, mit der ein Schneidwerkzeug im Bereich der oberen Oberfläche des Kunststoffgehäuses geführt werden kann. Derzeit lassen sich sinnvolle Abstände in der Größenordnung von 1 μm bis 5 μm erzeugen.
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Die erfindungsgemäße Leadless-Gehäuse-Schaltung gewährleistet eine verschleißarme Fertigung mit geringem Ausschuß.
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Gemäß einem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken lassen sich die Nachteile in den im Stand der Technik bekannten Verfahren besonders dann vermeiden, wenn die mit einem Kunststoffgehäuse versehenen Leadframe-Abschnitte unmittelbar anschließend in einem Übergangsbereich zwischen den Leiterbahnen des jeweiligen Leadframe-Abschnitts und dem Kunststoffgehäuse mit energiereicher Strahlung beaufschlagt werden. Dabei werden Teile des Kunststoffgehäuses entfernt. Die dabei entfernten Teile sind bei den bekannten Verfahren in einem nachfolgenden Schritt des Durchtrennens der Leiterbahnen mit den Trennwerkzeugen in Kontakt gekommen. Dies war besonders von Nachteil, weil die in der Preßmasse zum Herstellen des Kunststoffgehäuses enthaltenen Füllstoffe den Verschleiß der Trennwerkzeuge fördern. Dies ist besonders dann der Fall, wenn beim Anfertigen des Kunststoffgehäuses Preßmasse im Bereich zwischen zwei nebeneinander liegenden Leiterbahnen gehalten wird. Diese Preßmasse steht systembedingt über die eigentliche äußere Oberfläche des Kunststoffgehäuses vor und erstreckt sich gerade bei Leadless-Gehäuse-Schaltungen in demjenigen Bereich, in dem das spätere Abtrennen der Leiterbahnen erfolgt. Durch das erfindungsgemäße Beaufschlagen desjenigen Übergangsbereichs zwischen Kunststoffgehäuse und Leiterbahnen, der sich zwischen zwei nebeneinander liegenden Leiterbahnen befindet, werden diese unerwünscht überstehenden Teile des Kunststoffgehäuses entfernt, so daß diese beim späteren Vereinzeln des Leadframe-Abschnitts nicht mehr mit den Trennwerkzeugen in Kontakt kommen. Dadurch wird deren Verschleiß vermindert.
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Ein weiterer der Erfindung zugrunde liegender Gedanke beruht auf der Erkenntnis, daß die bei dem bekannten Verfahren auftretenden Ausbrüche an den Gehäusekanten und Mikrorisse oder Mikrospalten an den Gehäuseübergängen auf mechanische Beanspruchungen der Leiterbahnen im Zusammenhang mit dem Auftrennen der Leiterbahnen zurückgehen. Es hat sich gezeigt, daß durch das Entfernen von Teilen des Kunststoffgehäuses im Übergangsbereich zwischen Leiterbahn und Kunststoffgehäuse diese mechanischen Beanspruchungen verringert werden können, so daß sich eine Verbesserung der Haltbarkeit des Kunststoffgehäuses bei der erfindungsgemäßen Leadless-Gehäuse-Schaltung erreichen läßt. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nämlich der Schneidstempel beim Durchtrennen je einer Leiterbahn so geführt, daß er daß Kunststoffgehäuse nicht berührt. Dadurch wird einem Verschleiß des Schneidstempels vorgebeugt.
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Bei der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung ist in Draufsicht auf die Trennfläche an jeder Leiterbahn zwischen der Trennfläche und einem Bereich des die betreffende Trennfläche umgebenen Kunststoffgehäuses in Draufsicht auf die Trennfläche gesehen ein Abstand von wenigstens 1 μm bis zu 5 μm vorgesehen. Bei dieser Ausgestaltung können die mechanischen Beanspruchungen des Kunststoffgehäuses beim Auftrennen der Leiterbahnen noch weiter verringert werden. Besonders bei Leadless-Gehäuse-Schaltungen, bei denen der Abstand zwischen der Trennfläche und dem die betreffende Trennfläche umgebene Kunststoffgehäuse in Draufsicht auf die Trennfläche gesehen im Bereich von ca. 1 bis ca. 5 μm liegt, ergibt sich eine besonders einfache und zuverlässige Verwendung in späteren Kontaktierprozessen. Es hat sich herausgestellt, daß gerade bei solchen Leadless-Gehäuse-Schaltungen besonders wenig unerwünschte Kunststoff- und Füllstoffpartikel auf dem zum Löten vorgesehenen Funktionsflächen auftreten. Dadurch ergeben sich besonders zuverlässige Lötungen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden das Spektrum und die Intensität der energiereichen Strahlung zum Beaufschlagen des Übergangsbereichs zwischen Kunststoffgehäuse und Leiterbahnen so gewählt, daß dabei im wesentlichen nur Teile des Kunststoffgehäuses entfernt werden, während die Leiterbahnen durch die energiereiche Strahlung im Wesentlichen nicht abgetragen werden. Dadurch wird vermieden, daß die Leiterbahnen geschwächt werden. Außerdem wird so vermieden, daß Material der Leiterbahn verdampft und sich im Bereich des Kunststoffgehäuses niederschlägt. Durch solches niedergeschlagenes Leiterbahnmaterial könnten Kurzschlüsse entstehen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Spektrum der energiereichen Strahlung ein Maximum im Bereich von ca. 1000 nm auf. Dies kann insbesondere durch einen roten Laser erzeugt werden, der typischerweise eine Wellenlänge von 1064 nm aufweist. Bei einem roten Laser ergibt sich der Vorteil, daß bei einer richtigen Einstellung der Intensität die metallischen Leiterbahnen des Leadframe-Abschnitts nicht angegriffen werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich zahlreiche Vorteile. Im Stand der Technik werden die gattungsgemäßen Bauteile mittels optischer Kontrolleinrichtungen überprüft. Dies kann beispielsweise nach dem Singulieren oder vor dem Verpacken erfolgen. Fehlerhafte wie beispielsweise ausgebrochene oder mit Partikeln behaftete Bauteile werden aussortiert.
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Es wurde daran gedacht, einen zusätzlichen Waschprozeß zwischen einem zweistufigen Singulierprozeß einzuführen. Bei diesem Waschprozeß sollten die hergestellten Bauteile von losen Partikeln und Ausbrüchen befreit werden. Beim sogenannten Leadlength-Cutting werden die Bauteile vorgeschnitten, so daß sie noch im Leadframe verbleiben. Erst anschließend werden sie einem Waschprozeß bzw. Deflash-Prozeß unterworfen. Danach werden die Bauteile beim endgültigen Singulierprozeß fertig singuliert. Die vorgeschnittenen Leadframe können nicht galvanisch verzinnt werden, so daß dieser Prozeßablauf nur mit sogenannten Preplated-Leadframes erfolgen können. Daraus ergeben sich hohe Materialkosten sowie eine schlechte Haftung der zum Herstellen des Kunststoffgehäuses verwendeten Preßmasse. Weiterhin sind die Bauteile einem sehr hohen Streß beim Stanzen ausgesetzt.
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Zum Vermeiden der der Aufgabe zugrunde liegenden Nachteile wurden aufwendige und kostenintensive Fertigungsverfahren wie zum Beispiel BCC oder MAP-Molding mit Vereinzelung der Bauteile durch Sägen vorgeschlagen. Diese Verfahren bringen jedoch eigene Probleme mit sich, die bei der Erfindung ebenfalls vermieden werden.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Qualität und Zuverlässigkeit des Singulierprozesses erhöht wird. Gerade beim Stanzen, wie es häufig zum Singulieren von integrierten Leadless-Gehäuse-Schaltungen angewendet wird, ist die Vermeidung von Abrasion an den Schneidmessern und der Schneidplatte der Stanzwerkzeuge von großer Bedeutung. Außerdem werden durch die Erfindung die am Kunststoffgehäuse über die Verbiegung der Leiterbahnen ausgeübten Schneidkräfte vermindert. Dabei wird gerade die Standzeit bzw. der Verschleiß der Schneidmesser und der Schnittplatte in hohem Maße erhöht. Auch die Qualität der Gehäusekante, die häufig durch Schneiden des metallischen Leadframes und dem aus Preßmasse bestehenden Gehäuse hergestellt wird, wird verbessert, denn die Güte der durch die Erfindung nicht mehr so stark beanspruchten Schneidmesser bleibt über einen langen Zeitraum erhalten. Schließlich wird auch das Auftreten von Mikrorissen und Ausbrüchen wie Chipping an den Kanten des Kunststoffgehäuses vermindert, denn diese werden durch die entstehenden Schneidkräfte verursacht, die wiederum mit abnehmender Güte der Schneidmesser größer werden. Außerdem werden durch die Erfindung nur wenige Partikel erzeugt, so daß die Qualität der hergestellten Lötverbindungen erhöht wird.
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Die Erfindung sieht im Einzelnen ein Entfernen der Preßmasse in dem Bereich der vorgesehenen Schnittlinie vor. Dies erfolgt mit einem Schneidlaser. Dabei wird die Preßmasse des Kunststoffgehäuses vorzugsweise dort entfernt, wo später das Abtrennen mit den Schneidwerkzeugen erfolgen soll. Die Stanzstempel schneiden beim Beschneiden der Gehäusekante des Kunststoffgehäuses somit im Wesentlichen nur noch die metallischen Anschlußkontakte. Durch den so erzeugten Freischnitt sind die Schneidkräfte, die auf das Kunstharz des Kunststoffgehäuses wirken, soweit reduziert, daß keine Mikrorisse an den Übergangsbereichen zwischen Kunststoffgehäuse und Leiterbahnen mehr auftreten.
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Die Wellenlänge des hierfür bevorzugt verwendeten Lasers ist entscheidend für die Qualität des Freischnitts. Vorzugsweise wird nur das Kunstharz des Kunststoffgehäuses beschnitten und nicht die metallischen Leiterbahnen des Leadframes. Gerade rote Laser haben die Eigenschaft, daß sie bei richtigen Einstellungen das metallische Leadframe nicht beeinträchtigen.
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Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte werden vorzugsweise unmittelbar nach dem Molding des Kunststoffgehäuses und vor einem Deflashing angewendet.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nach dem Laserfreischneiden die Bauteile galvanischen Prozessen zum Deflashing und Verzinnen unterworfen werden. Dabei werden beim Deflashing die Bauteile vorteilhafterweise gleich von Laserabrand und losen Bestandteilen befreit, so daß in nachfolgenden Verfahrensschritten keine losen Partikel mehr auf dem hergestellten Leadless-Gehäuse-Bauelement vorhanden sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß zur Herstellung kostengünstige Kupfer-Leadframes verwendet werden können, bei denen das Deflashing und die Anwendung von galvanischen Prozessen vor dem Leadlength-Cutting und Separieren stattfinden kann.
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Der zum Schneiden des Kunststoffgehäuses verwendete Laser kann in das Transfer-Moldequipment integriert werden. Die für das Ausführen der Erfindung benötigten Handlingeinrichtungen sind dann bereits vorhanden. Es ist auch ein ”stand alone” Equipment mit eigenem Leadframehandling denkbar.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht.
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1 zeigt einen Abschnitt eines Leadframe-Rahmens,
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2 zeigt einen Leadframe-Abschnitt des Leadframe-Rahmens aus 1,
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3 zeigt eine Einzelheit des Kunststoffgehäuses aus 2,
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4 zeigt eine weitere Einzelheit des Kunststoffgehäuses aus 2 nach einem Singulierschritt und
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5 zeigt eine Einzelheit eines weiteren Kunststoffgehäuses nach einem Singulierschritt.
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines Leadframe-Rahmens 1, der eine Vielzahl von Leadframe-Abschnitten aufweist, von denen in dieser Ansicht nur ein erster Leadframe-Abschnitt 2, ein zweiter Leadframe-Abschnitt 3, ein dritter Leadframe-Abschnitt 4 sowie ein vierter Leadframe-Abschnitt 5 zu sehen sind. Die Leadframe-Abschnitt 2, 3, 4 und 5 sind mit je einem in dieser Ansicht nicht gezeigten Halbleiterbauteil sowie mit je einem Kunststoffgehäuse 6 versehen.
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2 zeigt eine Draufsicht auf einen vergrößerten Ausschnitt von 1 im Bereich des dritten Leadframe-Abschnitt 4. In dieser Ansicht ist besonders gut zu erkennen, daß der dritte Leadframe-Abschnitt 4 eine Vielzahl von Leiterbahnen aufweist, von denen in dieser Ansicht der besseren Übersicht halber nur die obenstehende Reihe mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet ist. In der in 2 gezeigten Darstellung blickt man von oben auf den dritten Leadframe-Abschnitt 4. Auf der Oberseite ist ein in dieser Ansicht nicht gezeigtes Halbleiterbauelement vorgesehen, das von einem Kunststoffgehäuse 6 umgeben ist. Im Bereich des Kunststoffgehäuses 6 sind diejenigen Bereiche der Leiterbahnen 7, die sich im Inneren des Kunststoffgehäuses 6 befinden und die in dieser Ansicht nicht in der Draufsicht sichtbar sind, mit einer Kreuzschraffur versehen. Das Kunststoffgehäuse 6 umfaßt dabei die Leiterbahnen 7 so, daß diese auf der Unterseite des dritten Leadframe-Abschnitts 4 noch eine sichtbare Oberfläche aufweisen. Im Übrigen sind die Leiterbahnen 7 so von dem Material des Kunststoffgehäuses 6 umschlossen, daß diese fest miteinander verbunden sind.
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In 2 ist weiterhin eine Laserspur 8 gezeigt. Die Laserspur 8 veranschaulicht, wie nach dem Aufbringen des Kunststoffgehäuses 6 auf den Leadframe-Rahmen 1 mit einem roten Laser mit geeigneter Intensität die Konturen des Kunststoffgehäuses 6 nachbearbeitet werden. Dazu ist es möglich, sowohl von unten als auch von oben auf den dritten Leadframe-Abschnitt 4 einzuwirken. Durch die Nachbearbeitung mit einem Laser entlang der Laserspur 8 wird die Kontur des Kunststoffgehäuses 6 nachbearbeitet, wobei dessen Oberfläche geglättet wird. Außerdem werden Kunststoffreste, die von der Herstellung des Kunststoffgehäuses 6 her rühren im Bereich der Leiterbahnen 7 entfernt. Solche Kunststoffreste können sich insbesondere im Zwischenraum zwischen zwei nebeneinander liegenden Leiterbahnen 7 festsetzen.
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3 veranschaulicht die Wirkungsweise des auf der Laserspur 8 arbeitenden und in dieser Ansicht nicht gezeigten Lasers. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Kunststoffgehäuses 6 in Übergangsbereichen zwischen dem Kunststoffgehäuse 6 und den Leiterbahnen 7. Wie man in dieser Ansicht besonders gut sieht, bildet sich bei der Herstellung des Kunststoffgehäuses 6 zwischen den Leiterbahnen 7 ein Kunststoffrand 9. Dieser Kunststoffrand 9 rührt davon her, daß Kunststoffmasse bei einem Moldprozeß in den Bereich zwischen die Leiterbahnen 7 gedrückt wird. Diese Kunststoffmasse wandert unter dem Rand der Gußform für das Kunststoffgehäuse 6 entlang der Leiterbahnen 7 weiter, bis die Kunststoffmasse aushärtet.
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Die Laserspur 8 verläuft so, daß der Laser den Kunststoffrand 9 wegbrennt, so daß insbesondere im Bereich der Leiterbahnen 7 eine glatte Seitenfläche des Kunststoffgehäuses 6 entsteht.
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4 zeigt einen Bereich des Kunststoffgehäuses 5 nach dem Singulieren. Hierzu sind die Leiterbahnen 7 in der Nähe der Seitenkante des Kunststoffgehäuses 6 abgetrennt worden. Dadurch ergeben sich an den Leiterbahnen 7 Trennflächen 10, die in nachfolgenden Schritten zum Kontaktieren der Leiterbahnen 7 dienen können.
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Durch die vorhergehenden Bearbeitungsschritte mit einem Laser ist gewährleistet, daß in der Draufsicht auf die Trennflächen 10 ein Abstand zwischen der Trennfläche 10 und einem Bereich des die Trennfläche umgebenden Kunststoffgehäuses ein Abstand d von wenigstens 1 μm bis 5 μm vorgesehen ist.
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5 zeigt eine Einzelheit eines weiteren Kunststoffgehäuses 11 nach einem Singulierschritt, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt worden ist.
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Daß Kunststoffgehäuses 11 gliedert sich in eine Gehäuseoberteil 12, daß auf einem Gehäusesockel 13 angeordnet ist. Der Gehäusesockel 13 ist dabei so ausgebildet, daß er an der Unterseite des Kunststoffgehäuses 11 entlang der äußeren Oberfläche des Gehäuseoberteil 12 verläuft. Auf diese Weise wird an der Unterseite des Kunststoffgehäuses 11 eine stufenartige Verbreiterung ausgeführt, innerhalb der Leiterbahnen 14 angeordnet sind. In dieser Ansicht sind von den Leiterbahnen 14 nur zwei Leiterbahnen 14 zu sehen. Zwischen den Leiterbahnen 14 befindet sich jeweils ein Kunststoffrand 15, dessen seitliche Oberfläche mit Hilfe eines Lasers hergestellt worden ist. Die Abstand d zwischen der durch Abtrennen mit einem Schneidwerkzeuge hergestellten Oberfläche je einer Leiterbahnen 14 und der seitlichen Oberfläche je eines daneben liegenden Kunststoffrand 15 beträgt ca. 1 μm bis 5 μm Bei der Ausführungsform gemäß 5 ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer integrierten Schaltung. Durch das Vorsehen eines Gehäusesockels 13, der über das Gehäuseoberteil 12 hinaus ragt, ist nämlich gewährleistet, daß ein zum Ausführen der hier nicht gezeigten Laserspur verwendeter Laser nur wenig Gehäusematerial abtragen muß.
