DE102004056449A1

DE102004056449A1 - Integriertes Bauelement

Info

Publication number: DE102004056449A1
Application number: DE102004056449A
Authority: DE
Inventors: Andre F. L. Goossens
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2005-08-25

Abstract

Ein integriertes Bauelement (1), das sich aus einer Anzahl von Innenkomponenten, einer Anzahl von Anschlusskontakten (2) und einem die Innenkomponenten umgebenden Schutzmedium (3) zusammensetzt, das sich unmittelbar an diese anschließt, soll eine hohe mechanische und thermische Belastungsfähigkeit aufweisen. Dazu weist das Schutzmedium (3) erfindungsgemäß eine kanten- und eckenfreie Oberfläche auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein integriertes Bauelement, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit einer Anzahl von Innenkomponenten, mit einer Anzahl von Anschlusskontakten und mit einem die Innenkomponenten umgebenden Schutzmedium.
Als integriertes Bauelement bezeichnete integrierte Bauteile sind gewöhnlich derart aufgebaut, dass eine Anzahl von elektronisch integrierten Schaltungen in Form von Chips oder allgemein Innenkomponenten in einem Gehäuse angeordnet sind. Dabei werden in der Regel bei der Herstellung auf einem sogenannten Wafer mit verschiedenen Prozessschritten mehrere meist identische integrierte Schaltungen erzeugt. Ein Wafer ist dabei meist eine kreisrunde Halbleiterscheibe, bei der bekanntesten Integriertes Bauelementtechnologie, der Silizium-Technologie beispielsweise eine kreisrunde Silizium-Kristallscheibe. Anschließen wird der Wafer entsprechend der einzelnen erzeugten Chips auseinander gebrochen bzw. zerteilt. Dieses Verfahren wird auch Wafer-stepping genannt.
Nach dem Zerteilen des Wafers werden die entstehenden Wafer-Stücke bzw. Chips in Gehäuse verpackt bzw. mit einem Gehäuse umschlossen. Dabei können mehrere integrierten Schaltungen mit dünnen Bonddrähten untereinander verbunden sein. Außerdem können mit den Bonddrähten die metallischen Anschlusskontakte des Chips mit dem oder den IC's verbunden werden.
Die Bonddrähte werden dazu an metallischen Anschlusskontakten, den sogenannten Pad's, auf der integrierten Bauelementoberfläche befestigt. Um den Chip vor äußeren und insbesondere auch vor mechanischen Einflüssen zu schützen, wird der sogenannte Lead Frame für die Herstellung des Gehäuses mit sämtlichen Komponenten mit Gießharz wie beispielsweise Epoxidharz oder anderen Materialien umgossen. Dabei werden lediglich Teile der Anschlusskontakte ausgespart bzw. diese nach außen geführt, so dass sich der Chip an diesen anschließen lässt.
Für den Gießprozess werden dabei in der Regel Gießwerkzeuge eingesetzt. Durch die Verwendung eines wärmeleitenden Gießwerkstoffs wie Epoxidharz als Schutzmedium kann auch eine entsprechende Wärmeableitung der umschlossenen Komponenten sichergestellt werden. Die Form des Chips wird dabei üblicherweise möglichst einfach als Balkenform gewählt, wobei meistens ein rechteckiger Querschnitt vorliegt. In anderen Ausgestaltungsformen kann von dieser rechteckigen Form abgesehen werden, wobei zumeist ein balkenförmiges Volumen mit einem gleichmäßigen Querschnitt vorliegt.
Im allgemeinen kommt bei der Entwicklung von Mikrochips der Zuverlässigkeit eine immer höhere Bedeutung zu, da sich nach dem sogenannten „Moore's Law" die Anzahl der auf einem Chip positionierten Schaltkreise, insbesondere Transistoren, alle 18 Monate verdoppelt. Der Zuverlässigkeit wird in diesem Zusammenhang eine tendenziell wachsende Bedeutung zubemessen, da man einerseits durch das Mooresche Gesetz an die Technologiegrenzen vorstößt, so dass immer neue Zuverlässigkeitsprobleme auftreten, und andererseits bei steigender Anzahl von realisierten Schaltkreisen in integrierten Schaltungen sich die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen einzelner Schalt kreise erhöht, was zu einem Ausfall ganzer IC's führen kann. Um die Probleme der Zuverlässigkeit zu lösen, wird bei allen beteiligten Prozessschritten bei der Herstellung von Chips und allen verwenden Komponenten der Zuverlässigkeit anhand von Tests und Prognosemodellen Rechnung getragen, um die Qualität und damit eine ausreichend hohe Zuverlässigkeit zu garantieren.
Dabei kommt insbesondere auch dem Gehäuseentwurf, dem sogenannten „Package Design^" und der Gehäusetechnologie, der „Package Technology" eine immer höhere Bedeutung zu, da insbesondere das Chip-Gehäuse und das Gehäuse-Board immer mehr auch die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Chips limitieren. Dabei ist generell insbesondere die durch das Gehäuse vorgegebene Wärmeableitungsmenge bedeutsam.

Bei spezielleren Anwendungen von Chips, wie beispielsweise bei der Verwendung von IC's als Geschwindigkeitssensor beim ABS (Anti-Blockiersystem) eines Kraftfahrzeugs, ist es üblich, den Chip mit thermoplastischem Kunststoff zu umspritzen. Dies geschieht in einer Spritzform bei vergleichsweise relativ hohen Temperaturen von 300° Celsius und mehr.

Nachteilig bezüglich der Zuverlässigkeit des oben beschriebenen Chips ist, dass diese für Temperaturschwankungen vergleichsweise anfällig sind. So treten beim Erstarrungs- und Abkühlungsprozess durch die Schrumpfung des Umspritzwerkstoffs thermomechanische Belastungen auf. Diese thermomechanischen Belastungen können auch durch die Dehnung oder Schrumpfung des Umspritzwerkstoffs bei hohen Temperaturänderungen auftreten, denen der Chip ausgesetzt wird oder die durch den Betrieb des innen gelagerten integrierten Schaltung entstehen und sich auf das Schutzmedium übertragen. Die thermomechanischen Belastungen können derart stark sein, dass der Chip zerstört wird, indem sich beispielsweise Kontakte im Inneren des integrierten Bauelements lösen oder andere Beschädigungen auftreten. Ein weiterer Nachteil besteht in möglicherweise vorhandenen Oberflächenstrukturen des Chips, die als Ansatzpunkte für von außen einwirkende Kräfte dienen könnten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein integriertes Bauelement der oben genannten Art anzugeben, das eine besonders hohe mechanische und thermische Belastungsfähigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das integrierte Bauelement gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei das Schutzmedium des integrierten Bauelements eine kanten- und eckenfrei gehaltene Oberfläche aufweist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass insbesondere bei Spritzgussteilen Kanten und Ecken in der Oberflächenstruktur bei mechanischer oder thermischer Belastung zu erhöhten mechanischen Spannungskonzentrationen führen können. Daher gilt bei Spritzgussteilen im Allgemeinen die Empfehlung, möglichst fließende Übergänge mit einer einheitlichen Wandstärke zu verwenden. Bei der nunmehr vorgesehenen Vermeidung von Ecken und Kanten an der Oberfläche des Schutzmediums eines integriertes Bauelements wird diesen Vorgaben in besonderem Maße Rechnung getragen.

Für eine besonders einfach gehaltene Gestaltung der Formwahl des Schutzmediums weist diese vorteilhafterweise eine im Wesentlichen quaderförmige Oberfläche mit verrundeten Ecken und Kanten auf. Bei dieser Formwahl sind sämtliche Kanten und E cken des Quaders abgerundet, so dass auftretende mechanische Spannungen dort nicht übermäßig konzentriert werden.

Um die Angriffsfläche für mechanische Kräfte von außen zu verkleinern, weist das Schutzmedium zweckmäßigerweise eine perlenförmige Oberfläche auf. Dabei entstehen im Wesentlichen glatte Flächen, die keine erhöhte Angriffsfläche für mechanische Kräfte von außen darstellen würden.

Für eine weitere Optimierung hinsichtlich der Belastungsfähigkeit gegenüber von außen auftretenden mechanischen Kräften weist die Oberfläche des Schutzmediums vorzugsweise eine Kugelform auf. Eine Kugelform stellt die stabilste geometrische Formwahl dar, weil auftretende Kräfte optimal innerhalb des Schutzmediums und des gesamten Chips verteilt werden können.

Für eine gleichmäßige Wandstärke des Schutzmediums ist die Oberfläche des Schutzmediums vorteilhafterweise unter Einhaltung von fließenden Übergängen mit einer vorgegebenen Distanz von den jeweils lotförmig unterhalb der Oberfläche befindlichen Innenkomponenten beabstandet. Dabei lässt sich eine annähernd gleiche Wandstärke des Schutzmediums erreichen, die bei Temperaturspannungen eine gleichmäßige Dehnung bzw. Schrumpfung gewährleistet, so dass thermische Spannungen innerhalb des integriertes Bauelements minimiert werden. Die notwendigen Übergänge des Schutzmediums bei unterschiedlich großen Innenkomponenten sind zweckmäßigerweise fließend gestaltet, so dass keine Kanten auftreten.

Die mit der Erfindung erzielen Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das oben beschriebene integriertes Bauelement eine hohe mechanische und thermische Belastungsfähigkeit aufweist. Dies wird durch kanten- und eckenfreie Oberfläche gewährleistet. Gleichzeitig fällt bei den vorgeschlagenen Formen des integriertes Bauelements die Wandstärke gleichmäßiger aus, was insbesondere die thermische Belastungsfähigkeit erhöht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die vorgeschlagenen Formen für das Gehäuse des integriertes Bauelements mit vergleichsweise einfachen Spritzgießwerkzeugen realisiert werden können.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 ein quaderförmiges integriertes Bauelement mit verrundeten Ecken und Kanten, und
2 ein perlenförmiges integriertes Bauelement.
Gleiche Teile sind beiden Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.
Das in 1 dargestellte integriertes Bauelement 1 umfasst nicht näher dargestellte Innenkomponenten, Anschlusskontakte 2 sowie ein Schutzmedium 3, das die Innenkomponenten umgibt. Das integriertes Bauelement 1 ist insbesondere so ausgelegt, dass er eine besonders hohe mechanische und thermische Belastungsfähigkeit aufweist. Dazu ist die Oberfläche des Schutzmediums 3 derart ausgeführt, dass keine Kanten und Ecken auftreten. Dies wird durch die in der 1 dargestellten Verrundungen erreicht.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform des integrierten Bauelements 1 dargestellt, die insbesondere eine hohe Belastungsfähigkeit gegenüber den von außen auftretenden mechani schen Kräften aufweist. Dazu ist das integrierte Bauelement 1 in dieser Ausführungsform durch die Formwahl des Schutzmediums 3 perlenförmig ausgeführt. Dadurch werden gerade Flächen, die eine große Angriffsfläche für derartige Kräfte darstellen könnten, sicher vermieden.

1: Integriertes Bauelement
2: Anschlusskontakt
3: Schutzmedium

Claims

Integriertes Bauelement (1) mit einer Anzahl von Innenkomponenten, mit einer Anzahl von Anschlusskontakten (2) und mit einem die Innenkomponenten umgebenden Schutzmedium (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmedium (3) eine kanten- und eckenfrei gehaltene Oberfläche aufweist.
Integriertes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dessen Schutzmedium (3) eine im wesentlichen quaderförmige Oberfläche mit verrundeten Ecken und Kanten aufweist.
Integriertes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dessen Schutzmedium (3) eine perlenförmige Oberfläche aufweist.
Integriertes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dessen Schutzmedium (3) eine kugelförmige Oberfläche aufweist.
Integriertes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dessen Oberfläche unter Einhaltung von fließenden Übergängen mit einer vorgegebenen Distanz von den jeweils lotförmig unterhalb der Oberfläche befindlichen Innenkomponenten beabstandet ist.