DE102004041598A1

DE102004041598A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung der Krümmung von Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE102004041598A1
Application number: DE200410041598
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dr. Uhlmann; Ingolf Dipl.-Phys. Rau
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Krümmung von Halbleiteranordnungen, insbesondere von solchen, die aus einem großflächigen Verdrahtungsträger aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, auf dem mehrere Chips matrixartig nebeneinander montiert und jeweils mit einem Umhüllmaterial umhüllt sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu realisierendes Verfahren zur Reduzierung der Krümmung von Halbleiteranordnungen, insbesondere solchen, die aus einem großflächigen Verdrahtungsträger aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, auf dem mehrere Chips matrixartig nebeneinander montiert und jeweils mit einem Umhüllmaterial umhüllt sind, zu schaffen. Verfahrensgemäß wird das dadurch erreicht, die im Verdrahtungsträger vor dem Umhüllen und/oder dem Montieren der Chips vorhandenen verdampfbaren Substanzen durch eine Temperaturbehandlung desorptiert werden. Entsprechend der Vorrichtung ist zwischen der Eingabestation und dem Handhabungssystem eine Temperstation angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Krümmung von Halbleiteranordnungen, insbesondere von solchen, die aus einem großflächigen Verdrahtungsträger aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, auf dem mehrere Chips matrixartig nebeneinander montiert sind.
Die Montage der Chips, z.B. Siliziumchips, auf den Verdrahtungsträgern und das Umhüllen der Chips mit einem Umhüllmaterial mit bevorzugt duroplastischen Eigenschaften erfolgt normaler Weise bei höheren Temperaturen, um ein ausreichendes Aushärten des duroplastischen Materials zu bewirken. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verdrahtungsträgers in der Regel deutlich größer ist, als der des Chips aus Silizium und auch des duroplastischen Umhüllmaterials, ergibt sich nach der Abkühlung des fest miteinander verbundenen Verbandes eine mehr oder weniger deutlich gekrümmte Form. Diese Krümmung kann unter Umständen so groß sein, dass eine Weiterverarbeitung in nachfolgenden Prozessen nicht möglich ist.
Grundsätzlich kann die nicht vermeidbare Krümmung des umhüllten Verdrahtungsträgers verringert werden, wenn dünnere Chips eingesetzt werden und wenn das Ausdehnungsverhalten des Umhüllmateriales besser and anderen verwendeten Materialien angepasst wird. Diesen Maßnahmen sind jedoch Grenzen gesetzt, weil die Chips nicht beliebig abgedünnt werden können. Eine deutliche Verstärkung dieses Problems entsteht jedoch durch die zunehmende Verwendung größerer Verdrahtungs träger.

Es wurde herausgefunden, dass das thermische Ausdehnungsverhalten von weiteren Effekten überlagert wird. So führt die Lagerung des Verdrahtungsträgers in Luft zu einer allmählichen Aufnahme von Feuchtigkeit und anderen Luftbestandteilen, was infolge von Quellung zu einer, wenn auch geringen, Zunahme der Abmessungen führt. Diese aufgenommenen verdampfbaren Substanzen führen bei höherer Temperatur, die beim Montieren der Chips und insbesondere beim Umhüllen mit der Vergussmasse auftreten, außerdem zu einem höheren Dampfdruck innerhalb des Materiales des Verdrahtungsträgers, wodurch sich dieser zusätzlich ausdehnt.

Die beschriebenen Effekte bewirken, dass beim Umhüllen und/oder Montieren der Chips zusätzlich in ihren Abmessungen vergrößerte, insbesondere verlängerte, Verdrahtungsträger verarbeitet werden. Bei beiden Prozessen, also bei der Chipmontage und beim Umhüllen, werden die Verdrahtungsträger zwangsweise in ebener planarer Lage gehalten. Infolge der relativ kurzen Prozesszeiten werden die im Verdrahtungsträger enthaltenen verdampfbaren Substanzen nur teilweise ausgetrieben. Das erfolgt erst später in einem nachfolgenden länger dauernden Aushärteschritt. Bei diesem Aushärteschritt besteht allerdings keine Möglichkeit, die ebene Zwangslage der Verdrahtungsträger aufrecht zu erhalten. Dadurch verkürzt sich der Verdrahtungsträger zusätzlich mit dem Ergebnis einer zusätzlichen Verkrümmung des fertig gestellten Verbundes.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu realisierendes Verfahren zur Reduzierung der Krümmung von Halbleiteranordnungen, insbesondere solchen, die aus einem großflächigen Verdrahtungsträger aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, auf dem mehrere Chips matrixartig nebeneinander montiert und jeweils mit einem Umhüllmaterial umhüllt sind, zu schaffen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der eine sichere und ausreichende Reduzierung der Krümmung von Halbleiteranordnungen erreicht werden kann.

Verfahrensseitig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die im Verdrahtungsträger vor dem Umhüllen und/oder dem Montieren der Chips vorhandenen verdampfbaren Substanzen durch eine Temperaturbehandlung desorptiert werden, dass also die Verdrahtungsträger von den verdampfbaren Substanzen weitgehend befreit werden.

Die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger kann beispielsweise in einer Wärmekammer mit relativ niedriger Temperatur über eine relativ lange Zeit erfolgen, wobei die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger in großen Chargen erfolgt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperaturbehandlung in einer Wärmekammer bei einer Temperatur um 190°C über ca. 30 Minuten vorgenommen wird.

Eine Variante der Erfindung besteht darin, dass die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger mit relativ hoher Temperatur über eine kurze Zeit erfolgt. In diesem Fall sollte die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger einzeln, oder in kleinen Chargen vorgenommen werden.

Für den Fall, dass das Molden unmittelbar nach dem Tempern erfolgt, z.B. innerhalb von einer Minute, sollte die Temperaturbehandlung mindestens drei mal so lange vorgenommen werden, wie ein Umhüllzyklus dauert, mindestens jedoch 5 min, um eine ausreichende Entgasung der Verdrahtungsträger zu bewirken.

Um sicher zu stellen, dass möglichst keine oder nur geringe erneute Aufnahme von Luftfeuchtigkeit erfolgt, sollte die Zeit zwischen der Temperaturbehandlung und dem Umhüllen mit einem Umhüllmaterial bei Lagerung in Luft so gering wie möglich sein und nicht länger als 2 Stunden betragen.

Zusätzlich ist vorgesehen, die Lagerung der Verdrahtungsträger nach der Temperaturbehandlung bis zum Umhüllen in einer trockenen Atmosphäre vorzunehmen. Dadurch kann die Lagerzeit auf mehrere Tage verlängert werden.

Vorrichtungsseitig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen der Eingabestation und dem Handhabungssystem in der Umhüllmaschine eine Temperstation angeordnet ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sämtliche Verdrahtungsträger in der Temperstation gleichmäßig der gleichen Temperatur ausgesetzt werden.

Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur in der Temperstation bei Störungen in der Umhüllmaschine reduziert ist und normaler Weise 120°C beträgt.

Schließlich ist vorgesehen, dass die Temperstation ein Schlitzmagazin zur Aufnahme einer vorgegebenen Anzahl von Verdrahtungsträgern enthält.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperstation eine Heizkammer zur Aufnahme der Schlitzmagazine aufweist, wobei die Temperierung des Schlitzmagazins durch Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlungstrahlung erfolgt.

In einer weiteren Fortführung der Erfindung ist die Temperstation mit einem Hubsystem für das Schlitzmagazin ausgestattet, derart dass jeder Schlitz in Position zur vorgelagerten Eingabestation, als auch zum nachgelagerten Handhabungssystem bringbar ist.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Aus der zugehörigen Zeichnungsfigur ist eine schematische Darstellung einer Temperstation als Bestandteil einer nicht dargestellten Umhüllmaschine ersichtlich.
Für die Umhüllung von Verdrahtungsträgern 1 wird eine Umhüllmaschine verwendet, die z.B. eine Eingabestation 2 für die Verdrahtungsträger 1 sowie ein Handhabungssystem 3 zur Beladung der Umhüllformen mit Verdrahtungsträgern 1 aufweist. Zwischen der Eingabestation 2 und den Umhüllformen ist erfindungsgemäß eine Temperstation 4 angeordnet.
Diese Temperstation 4 enthält ein Schlitzmagazin 5 zur Aufnahme einer vorgegebenen Anzahl von Verdrahtungsträgern 1, z.B. 20 Verdrahtungsträger, mit kleinem Abstand zueinander. Weiterhin enthält die Temperstation 4 eine Heizkammer 6 mit Heizelementen 7, in der das Schlitzmagazin 5 einschließlich der Verdrahtungsträger 1 durch Konvektion, Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung auf einer vorgegebenen Temperatur, z.B. 190°C, gehalten wird. Zusätzlich ist eine um die Heizkammer 6 angeordnete Wärmeisolation vorgesehen.
Schließlich ist ein Hubsystem 8 für das Schlitzmagazin 5 vorgesehen, mit dem jeweils ein Schlitz in Position zur vorgelagerten Eingabestation 2 sowie zum nachgelagerten Handhabungssystem 3 zur Beladung der zum Umhüllen erforderlichen Umhüllformen gebracht wird, so dass dieser Schlitz entladen und danach wieder beladen werden kann.
Die Arbeitsweise erfolgt derart, dass zuerst das aufgeheizte Schlitzmagazin 5 im Umhülltakt mit Verdrahtungsträgern 1 gefüllt wird. Danach wird zu jedem Umhülltakt die erforderliche Anzahl getemperter Verdrahtungsträger 1 vom Handhabungssystem 3 entnommen, in nicht dargestellte Umhüllformen weiter geleitet und dort umhüllt. In gleichen Takt wird das Schlitzmagazin 5 wieder mit noch zu tempernden Verdrahtungsträgern 1 aufgefüllt.
Tritt an der Umhüllmaschine eine Störung auf, z.B. über 5 Minuten, wird die Temperatur der Heizkammer 6 auf z.B. 120°C reduziert, bis die Störung beseitigt ist.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Verdrahtungsträger 1 vor dem Umhüllen in der Temperstation 4 einer Temperaturbehandlung unterzogen. Die Temperatur und die Dauer sind dabei so bemessen, dass wenigstens ein wesentlicher Teil der verdampfbaren Substanzen desorptiert wird. Beispielsweise sollte die Temperatur der Verdrahtungsträger bei 190°C liegen und wenigstens über 5 min beibehalten werden, d.h. wenigstens drei mal so lange vorgenommen werden, wie ein Umhüllzyklus dauert. Die nachfolgende Wartezeit bis zum Umhüllen ist sehr gering, weil die Temperstation Bestandteil der Umhüllmaschine ist und jeder Verdrahtungsträger innerhalb weniger Maschinentakte automatisch von der Temperstation zum Umhüllen transportiert wird. In der sich ergebenden kurzen Wartezeit zwischen Temperstation und Umhüllen in der Größenordnung von einer Minute können die Verdrahtungsträger praktisch keine Luftfeuchtigkeit erneut aufnehmen.
Die Folge ist, dass sich der Verdrahtungsträger 1 bei einer Erwärmung beim Umhüllen auf Umhülltemperatur weniger stark ausdehnt. Während der Umhüllung verbindet sich der Verdrahtungsträger 1 mit dem Umhüllmaterial, wobei der Verbund krümmungsfrei bleibt. Beim nachfolgenden Abkühlen zieht sich der temperaturbehandelte Verdrahtungsträger 1 weniger stark zusammen, wodurch eine geringere Krümmung des Verbundes erreicht wird.

1: Verdrahtungsträger
2: Eingabestation
3: Handhabungssystem
4: Temperstation
5: Schlitzmagazin
6: Heizkammer
7: Heizelement
8: Hubsystem

Claims

Verfahren zur Reduzierung der Krümmung von Halbleiteranordnungen, insbesondere solchen, die aus einem großflächigen Verdrahtungsträger aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen, auf dem mehrere Chips matrixartig nebeneinander montiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die im Verdrahtungsträger (1) vor dem Umhüllen und/oder dem Montieren der Chips vorhandenen verdampfbaren Substanzen durch eine Temperaturbehandlung desorptiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger in einer Wärmekammer (4) mit vergleichsweise niedriger Temperatur über eine vergleichsweise lange Zeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbehandlung bei einer Temperatur um 190°C über 30 min. vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger (1) in der Wärmekammer in großen Chargen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger (1) mit vergleichsweise hoher Temperatur über eine kurze Zeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger (1) einzeln, oder in kleinen Chargen vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbehandlung der Verdrahtungsträger (1) mindestens drei mal so lange vorgenommen wird, wie ein Umhüllzyklus in der Umhüllmaschine dauert, mindestens jedoch 5 min.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit zwischen der Temperaturbehandlung und dem Umhüllen mit einem Umhüllmaterial bei Lagerung in Luft auf maximal etwa 2 Stunden begrenzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Verdrahtungsträger (1) nach der Temperaturbehandlung bis zum Umhüllen in einer trockenen Atmosphäre erfolgt.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus Umhüllmaschine zum Spritzpressen, die im Eingangsbereich eine Eingabestation für bestückte Verdrahtungsträger und ein Handhabungssystem zur Beladung von Umhüllformen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Eingabestation (2) und dem Handhabungssystem (3) eine Temperstation (4) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Verdrahtungsträger in der Temperstation (4) gleichmäßig der gleichen Temperatur ausgesetzt sind.
Anordnung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Temperstation (4) bei Störungen in der Umhüllmaschine reduziert ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Temperstation (4) 120°C beträgt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperstation (4) ein Schlitzmagazin (5) zur Aufnahme einer vorgegebenen Anzahl von Verdrahtungsträgern (1) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperstation (4) eine Heizkammer (6) zur Aufnahme der Schlitzmagazine (5) enthält, wobei die Temperierung des Schlitzmagazins (5) mittels Heizelemente (7) durch Konvektion, Wärmeleitung und -strahlung erfolgt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperstation (4) mit einem Hubsystem (8) für das Schlitzmagazin (5) ausgestattet ist, derart dass jeder Schlitz im Schlitzmagazin (5) in Position zur vorgelagerten Eingabestation (2), als auch zum nachgelagerten Handhabungssystem (3) bringbar ist.