DE102005055477A1 - Vorrichtung zur Verpackung eines Bauelements, Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung und Verwendung der Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur Verpackung eines Bauelements, Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung und Verwendung der Vorrichtung Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Verpackung eines Bauelements, ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung und eine Verwendung der Vorrichtung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, wobei das Bauelement eine Bauelementfläche aufweist, wobei das Gehäuse ein mit dem Bauelement über eine Flächenverbindung verbundenes Hauptanschlusselement (exposed die pad) aufweist, wobei das Hauptanschlusselement eine Hauptanschlussfläche zur äußeren Kontaktierung aufweist, wobei die Hauptanschlussfläche kleiner als die Bauelementfläche vorgesehen ist und/oder wobei die Hauptanschlussfläche zur Verbindung mit einer flächenmäßig kleiner als die Bauelementfläche vorgesehenen Verbindungsfläche vorgesehen ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Verpackung eines Bauelements nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 18 501 A1 ist ein Chipaufbau in einem Premold-Gehäuse bekannt, wobei die Verpackung des Bauelements einen teilweise metallischen Gehäuseboden aufweist, auf dem das Halbleiterbauelement direkt montiert bzw. geklebt ist. Hierdurch kann eine gute thermische Ankopplung des Bauelementes an eine unterhalb des metallischen Bereichs des Gehäusebodens befindliche Leiterplatte realisiert werden. Hierbei wird zur Realisierung einer solchen guten thermischen Anbindung der metallische Bereich des Gehäusebodens auf eine Leiterplatte aufgelötet. Es ist hierbei nachteilig, dass bei einer thermischen Belastung des Gesamtaufbaus aus Leiterplatte und Bauelement eine Verbiegung des Bauelements auftritt, was insbesondere dann der Fall ist, wenn es sich um eine Gehäuseform handelt, bei der keine Anschlusspins („Beinchen") aus dem Gehäuse austreten und auf der Leiterplatte festgelötet werden, sondern bei der auf der Unterseite des Gehäuses lediglich eine Mehrzahl von vergleichsweisen kleinen Anschlussflächen vorhanden ist, wie dies beispielsweise bei den sogenannten QFN-Gehäusen (Quad flat no-Leads) der Fall ist. Die Durchbiegung des gesamten Gehäuses des Bauelementes wirkt sich dann negativ auf das Verhalten der Bauelemente aus, insbesondere dann, wenn es sich bei dem verpackten Bauelement um ein Sensorbauelement handelt.
    •
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verpackung eines Bauelementes, das Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung und die Verwendung der Vorrichtung gemäß den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Durchbiegung des gesamten Gehäuses trotz einer Verwendung eines festgelöteten Diepads vermieden wird. Erfindungsgemäß kann damit die wirksame Fläche zur Verbindung der Vorrichtung mit etwa einer Leiterplatte derart variiert und angepasst werden, dass trotz eines großen spezifizierbaren Temperaturbereich eine Durchbiegung des Bauelementes bzw. der kompletten Vorrichtung weitgehend vermieden wird. Unter der wirksamen bzw. effektiven Verbindungsfläche zwischen dem Hauptanschlusselement der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer Leiterplatte wird diejenige kleinste Fläche bzw. Querschnittfläche verstanden, mittels der die erfindungsgemäße Vorrichtung mittels des Hauptanschlusselements an der Leiterplatte befestigt ist. Erfindungsgemäß wesentlich ist, das diese effektive Verbindungsfläche kleiner ist als die Fläche des mittels der Vorrichtung zu verpackenden Bauelements. Dies kann erfindungsgemäß beispielsweise derart realisiert werden, dass die Hauptanschlussfläche unterhalb des Hauptanschlusselements kleiner ist als die Bauelementfläche, wobei in diesem Fall die auf der Leiterplatte vorgesehene Verbindungsfläche im Wesentlichen gleich groß mit der Hauptanschlussfläche sein kann. Oder aber es kann auch lediglich durch eine Verkleinerung der Verbindungsfläche auf der Leiterplatte eine Verkleinerung der effektiven Verbindungsfläche realisiert werden.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin bevorzugt, dass die Hauptanschlussfläche oder die Verbindungsfläche wenigstens 10% kleiner als die Bauelementfläche vorgesehen ist, bevorzugt wenigstens 20% kleiner, besonders bevorzugt wenigstens 40% kleiner vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, einen effektiven Schutz vor Verbiegung des Bauelementes über den gesamten relevanten Temperaturbereich zu erzielen, (welcher insbesondere weit größer als 100 K sein kann) wobei für diesen Temperaturbereich die minimale Einsatztemperatur und die Löterstarrungstemperatur zur Befestigung der Vorrichtung auf der Leiterplatte heranzuziehen sind.
  • Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass das Gehäuse eine Mehrzahl von mit dem Bauelement über Drahtverbindungen verbundenen Nebenanschlusselementen aufweist, wobei die Nebenanschlusselemente jeweils eine Nebenanschlussfläche aufweisen, wobei die Nebenanschlussflächen bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene mit der Hauptanschlussfläche vorgesehen sind. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, mittels der sogenannten SMD-Technologie (Surface mounted device) eine einfache und sichere Verbindung der Vorrichtung und damit des Bauelementes mit einer Leiterplatte zu bewerkstelligen. Besonders bevorzugt ist ferner, dass die Nebenanschlusselemente bis auf die Nebenanschlussflächen im Wesentlichen vollständig von Verpackungsmaterial des Gehäuses der Vorrichtung umgeben sind. Hierdurch ist eine besonders kompakte Realisierung der Vorrichtung möglich, so dass eine große Packungsdichte auf einer Leiterplatte erzielt werden kann. Aufgrund der Tatsache, dass die Nebenanschlusselemente mit ihren Nebenanschlussflächen lediglich auf der Unterseite der Vorrichtung als Kontaktflächen vorgesehen sind, dass also keine Pins („Beinchen") aus dem Gehäuse der Vorrichtung seitlich herausragen, wird die erfindungsgemäße Anpassung der effektiven Verbindungsfläche noch wichtiger, weil solchermaßen vorgesehene Nebenanschlusselemente mit lediglich nach unten weisenden Nebenanschlussflächen im Wesentlichen keinen Ausgleich der thermischen Ausdehnung, wie dies etwa durch Pins realisierbar wäre ermöglichen.
  • Bevorzugt ist ferner, dass das Hauptanschlusselement und die Nebenanschlusselemente aus einem Trägerstreifen (Leadframe) hergestellt vorgesehen sind. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Vorrichtung zur Verpackung des Bauelementes mit einfachen und gut beherrschten Technologien kostengünstig und mit verhältnismäßig geringem Aufwand hergestellt werden kann.
  • Besonders ist bevorzugt, dass die Vorrichtung außer dem Hauptanschlusselement und den Nebenanschlusselementen ein Verpackungsmaterial, insbesondere eine Spritzgussmasse, aufweist. Hierdurch kann in bekannter Weise das Gehäuse der Vorrichtung vorwiegend aus einem spritzpressfähigen Material (Transfermolden) hergestellt werden. Nach einer Verbindung des Bauelementes, welches im Folgenden auch als Chip bezeichnet wird, mit dem Hauptanschlusselement und einer elektrischen Kontaktierung, bevorzugt mittels sogenannten Bond-Drahtverbindungen, des Bauelements mit den Nebenanschlusselementen ist es damit möglich, ein abgeschlossenes und passiviertes Gehäuse zu realisieren, in dem die Spritzgussmasse den Großteil des Gehäuses der Vorrichtung ausmacht.
  • Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass das Hauptanschlusselement zur Realisierung der Flächenverbindung mit dem Bauelement eine der Hauptanschlussfläche gegenüberliegende Innenseite aufweist, wobei das Hauptanschlusselement zwischen der Innenseite und der Hauptanschlussfläche zur Flächenreduktion stufenförmig oder pyramidenstumpfförmig geformt vorgesehen ist.
  • Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, die effektive Verbindungsfläche gegenüber der Bauelementfläche zur reduzieren.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Hauptanschlusselement derart geformt wird, insbesondere mittels eines Ätzverfahrens geformt wird, dass nach der Fertigstellung des Gehäuses die Hauptanschlussfläche kleiner als die Bauelementfläche vorgesehen ist. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kontaktierung des Bauelementes mit einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte die Verbindungsfläche aufweist. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, die effektive Verbindungsfläche zwischen dem Hauptanschlusselement und der Leiterplatte derart anzupassen, dass die effektive Verbindungsfläche kleiner ist als die Bauelementfläche.
    •
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine perspektivische Darstellung von unten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verpackung,
  • 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verpackung,
  • 4 eine erste Ausführungsform der Anbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an eine Leiterplatte,
  • 5 eine zweite Ausführungsform der Anbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an eine Leiterplatte und
  • 6 eine schematische Ausführungsform eines auf einer Mehrzahl von Hauptanschlusselementen befestigten Bauelements.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Verpackung eines Bauelementes 20 dargestellt. Das Bauelement 20 ist in 1 nicht sichtbar, weil es von der Vorrichtung 10 vollständig umschlossen und damit passiviert ist. Die Vorrichtung 10 weist ferner ein Gehäuse 30, ein Hauptanschlusselement mit einer Hauptanschlussfläche 31' und eine Mehrzahl von Nebenanschlusselementen mit jeweils einer Nebenanschlussfläche 32' auf.
  • In den 2 und 3 ist eine Schnittdarstellung durch eine erste bzw. eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Verpackung des Bauelementes 20 dargestellt, welche zunächst gemeinsam beschrieben werden. Bei dem Bauelement 20 handelt es sich insbesondere um ein mikromechanisches Sensorbauelement. Das Hauptanschlusselement 31 ist mittels einer Flächenverbindung 21 mit dem Bauelement 20 verbunden. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Lötverbindung oder um eine Verbindung mit einem Klebstoff handeln, wobei es sich bei dem Verbindungsmaterial 29 insbesondere um ein elektrisch und/oder thermisch leitfähiges Material handelt, um insbesondere die vergleichsweise große Anbindungsfläche der Flächenverbindung 21 für eine elektrische und/oder thermische Ankopplung des Bauelements 20 an das Hauptanschlusselement 31 und letzlich an die Leiterplatte zu verwenden, wobei die Leiterplatte erst in den 4 und 5 dargestellt ist. An der Flächenverbindung 21 zwischen dem Hauptanschlusselement 31 und dem Bauelement 20 weist das Hauptanschlusselement 35 eine sogenannte Innenseite 35 auf. Dieser Innenseite 35 gegenüberliegend weist das Hauptanschlusselement 31 die Hauptanschlussfläche 31' auf. Mittels Kontaktierungsleitungen 28, welche insbesondere als Drahtband und Verbindungsleitungen vorgesehen sind, ist das Bauelement 20 mit einer Mehrzahl von Nebenanschlusselementen 32 verbunden. Diese Nebenschlusselemente 32 weisen die Nebenanschlussflächen 32', welche sich bevorzugt in eine gemeinsame Ebene 33 mit der Hauptanschlussfläche 31' befinden. Der restliche Teil des Gehäuses 30 der Vorrichtung 10 wird im Wesentlichen durch ein Verpackungsmaterial 15 gebildet, welches insbesondere als eine Spritzpressmasse (Moldmasse, Moldcompound) vorgesehen ist. In den 2 und 3 dargestellt bei dem genau ein Bauelement 20 auf genau einem Hauptanschlusselement 31 mittels des Gehäuses 30 bzw. der Spritzgussmasse 15 gemeinsam verpackt vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, dass entweder eine Mehrzahl von Bauelementen 20 auf einem einzigen Hauptanschlusselement 31 befestigt vorgesehen und miteinander verpackt sind oder dass ein einziges Bauelement auf einer Mehrzahl von Hauptanschlusselementen 31 befestigt ist (vgl. 6). In einer weiteren Ausführungsform kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Bauelement eine Mehrzahl von insbesondere übereinander angeordneten Chips bzw. Substratabschnitten umfasst.
  • Bei der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist das Hauptanschlusselement 31 zwischen seiner Innenseite 35 und der Hauptanschlussfläche 31' mittels einer Stufe 39 gestuft vorgesehen, so dass die Hauptanschlussfläche 31 kleiner ist als die Flächenverbindung 21 zwischen den Hauptanschlusselement 31 und dem Bauelement 20.
  • Bei der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist lediglich die stufenförmige Formgebung des Hauptanschlusselements im Bereich der Hauptanschlussfläche 31' durch eine pyramidenstumpfförmige Formgebung 38 bzw. eine konische Form 38 ersetzt, die jedoch ebenfalls der Verkleinerung der Hauptanschlussfläche 31' dient.
  • In den 4 und 5 ist eine erste und zweite Ausführungsform einer Anbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 an eine Leiterplatte 40 dargestellt. Die Leiterplatte 40 weist eine Verbindungsfläche 40' auf, welche beispielsweise durch die Größe einer Metallisierungsregion 41, beispielsweise als Lötbereich, realisiert ist. Bei der Leiterplatte 40 kann es sich erfindungsgemäß selbstverständlich auch um ein keramisches Substrat oder um eine sonstige Form eines Trägersubstrates handeln. Weitere Metallisierungsregionen 42 sind zur Bindung der Nebenanschlusselemente 32 auf der Leiterplatte 40 vorgesehen. Zwischen der Hauptanschlussfläche 31` und der Verbindungsfläche 40' ist ein Verbindungsmittel 49 vorgesehen, welches insbesondere als ein Lot vorgesehen ist. Ein solches Verbindungsmittel 49 weist in der Regel aufgrund seiner Oberflächenspannung einen Miniskus 48 auf, so dass als effektive Verbindungsfläche zwischen der Hauptanschlussfläche 31' und der Verbindungsfläche 40' im Wesentlichen der kleinste Querschnitt des Verbindungsmaterials 49 anzusehen ist. Bei der in 4 dargestellten ersten Ausführungsform einer Anbindung der Vorrichtung 10 an die Leiterplatte 40 ist die Hauptanschlussfläche 31' etwa gleich groß wie die Verbindungsfläche 40' vorgesehen (und beide kleiner als die Bauelementfläche 20' ausgeführt).
  • Bei der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Anbindung der Vorrichtung 10 an die Leiterplatte 40 ist die Hauptanschlussfläche 31' nicht kleiner als die Bauelementfläche 20' ausgeführt, jedoch ist die Verbindungsfläche 40' kleiner als die Bauelementfläche 20' vorgesehen, so dass sich durch die Ausbildung des Miniskus 48 des Verbindungsmaterials 49 eine effektive Erfindungsfläche ergibt, die im Wesentlichen der Verbindungsfläche 40' auf der Leiterplatte 40 entspricht. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verpackung des Bauelements 20 wird vermieden, dass sich bei Temperaturschwankungen eine Durchbiegung des Bauelements 20 ergibt.
  • In 6 ist am Beispiel der zweiten Ausführungsform eine Ausführungsform eines auf einer Mehrzahl von Hauptanschlusselementen 31 befestigten Bauelements 20 schematisch dargestellt. Gleiche Bezugszeichen aus 5 bezeichnen gleiche Teile bzw. Komponenten der Vorrichtung 10.

Claims (9)

  1. Vorrichtung (10) zur Verpackung eines Bauelements (20) mit einem Gehäuse (30), wobei das Bauelement (20) eine Bauelementfläche (20') aufweist, wobei das Gehäuse (30) ein mit dem Bauelement (20) über eine Flächenverbindung (21) verbundenes Hauptanschlusselement (exposed die pad) (31) aufweist, wobei das Hauptanschlusselement (31) eine Hauptanschlussfläche (31') zur äußeren Kontaktierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptanschlussfläche (31') kleiner als die Bauelementfläche (20') vorgesehen ist und/oder dass die Hauptanschlussfläche (31') zur Verbindung mit einer flächenmäßig kleiner als die Bauelementfläche (20') vorgesehenen Verbindungsfläche (40') vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptanschlussfläche (31') oder die Verbindungsfläche (40') wenigstens 10% kleiner als die Bauelementfläche (20') vorgesehen ist, bevorzugt wenigstens 20% kleiner, besonders bevorzugt wenigstens 40% kleiner vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) eine Mehrzahl von mit dem Bauelement (20) über Drahtverbindungen (22) verbundenen Nebenanschlusselementen (32) aufweist, wobei die Nebenanschlusselemente (32) jeweils eine Nebenanschlussfläche (32') aufweisen, wobei die Nebenanschlussflächen (32') bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene (33) mit der Hauptanschlussfläche (31') vorgesehen sind.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptanschlusselement (31) und die Nebenanschlusselemente (32) aus einem Trägerstreifen (Leadframe) (35) hergestellt vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) außer dem Hauptanschlusselement (31) und den Nebenanschlusselementen (32) ein Verpackungsmaterial (15), insbesondere eine Spritzgussmasse (15), aufweist.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenanschlusselemente (32) bis auf die Nebenanschlussflächen (32') im wesentlichen vollständig von Verpackungsmaterial (15) umgeben vorgesehen sind.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptanschlusselement (31) zur Realisierung der Flächenverbindung (21) mit dem Bauelement (20) eine der Hauptanschlussfläche (31') gegenüberliegende Innenseite (35) aufweist, wobei das Hauptanschlusselement (31) zwischen der Innenseite (35) und der Hauptanschlussfläche (31') zur Flächenreduktion stufenförmig oder pyramidenstumpfförmig geformt vorgesehen ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptanschlusselement (31) derart geformt wird, insbesondere mittels eines Ätzverfahrens geformt wird, dass nach der Fertigstellung des Gehäuses (30) die Hauptanschlussfläche (31') kleiner als die Bauelementfläche (20') vorgesehen ist.
  9. Verwendung einer Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Kontaktierung des Bauelements (20) mit einer Leiterplatte (40), dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (40) die Verbindungsfläche (40') aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102008002391A1 (de) 2008-06-12 2009-12-17 Robert Bosch Gmbh Gehäuse zur Verpackung eines Bauelements und Herstellungsverfahren für ein Gehäuse

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