DE102006003305B3

DE102006003305B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mittels Kunststoff-Formtechnik

Info

Publication number: DE102006003305B3
Application number: DE102006003305A
Authority: DE
Inventors: Edward Dipl.-Ing. Fürgut; Hai Guan Loh
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: US7481641B2; US20070178185A1

Abstract

Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen (Voids), beispielsweise bei der Einbettung von Halbleiterbauteilen (15) in eine Kunststoffgehäusemasse, sollen Prozessparameter beim Spritz- und Formpressen zeitnah geregelt werden. Dazu wird die Neigung zur Voidbildung anhand von Teststrukturen, die sich in Kontrollkavitäten (7), die nach außen gerichtete, kapillarähnliche Fortsätze der Kavität (3) bilden, beobachtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gegenstands aus einem Thermoplast oder einem Duroplast nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gegenstands und einen solchen Gegenstand.

Moldingtechniken wie Spritzgieß-, Formpress- oder Spritzpressverfahren sind zur Verarbeitung von Kunststoffen weit verbreitet. Mit ihnen lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Gegenstände, beispielsweise aus Thermoplasten oder Duroplasten herstellen. Besonders häufig angewandt werden die Techniken des Spritzpressens (Transfer molding) und des Formpressens (Compression molding).

Beim Formpressen wird das Molding-Material, dass beispielsweise als Paste oder als eine Menge von Pellets vorliegen kann und im allgemeinen vorgewärmt ist, in eine offene, meist geheizte Formpresskavität eingebracht, die anschließend verschlossen wird. Durch die Einwirkung eines Drucks wird das Molding-Material in die Pressform gepresst und füllt diese vollständig aus. Das Molding-Material verbleibt in der Form, bis es fertig ausgehärtet ist.

Beim Spritzpressen hingegen wird definierte Menge des Molding-Materials, typischerweise ein Duroplast, durch eine Angussöffnung in die ansonsten geschlossene Kavität gefüllt. Die Wände der Pressform sind während des Spritzpressens typischerweise auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Molding-Materials aufgeheizt, um gute Fließeigenschaften des Materials innerhalb der Kavität zu erhalten.

Sowohl für das Formpressen als auch für das Spritzpressen kommt eine Vielzahl verschiedener Thermoplaste und Duroplaste in Frage.

Es ist möglich, sowohl beim Kompressions- als auch beim Spritzpressen und beim Spritzgießen eine Vielzahl von meist gleichartigen Gegenständen gleichzeitig herzustellen, wenn die Pressform mehr als eine Kavität aufweist. Beim Spritzpressen wird dann üblicherweise das Molding-Material aus dem Vorhaltebehälter durch eine verzweigte Zuleitung (sprue und runner) in die einzelnen Kavitäten gleichzeitig eingebracht.

Besonders bei der Verwendung von Duroplasten, die mit zunehmender Fließstrecke durch den Kontakt mit der heißen Pressform immer stärker vernetzen, oder von hochviskosen Thermoplasten, insbesondere bei der Verwendung einer nicht geheizten Pressform, kann es durch die Bildung so genannter Voids oder Lunker (blasen- oder spaltähnlicher Luft- bzw. Gaseinschlüsse) zu Fehlern in den hergestellten Gegenständen kommen. Voids bilden sich vor allem in Bereichen innerhalb der Kavität, die besonders verwinkelt und kapillarähnlich sind, und bei der Herstellung besonders kleiner Gegenstände.

Voids können Schönheitsfehler darstellen, sie können aber auch zu Fehlfunktionen des hergestellten Gegenstands beispielsweise bei Halbleiterbauteilen führen. Es gibt daher verschiedene Bestrebungen, die Bildung von Voids zu verhindern.

So kann beispielsweise bei der Herstellung von Kunststoffgehäusen für Halbleiterbauteile mittels Spritzpressen oder Spritzgießen die in der Kavität vorhandene Luft während des Gießprozesses durch Entlüftungsöffnungen entfernt werden. Dabei wird in der Kavität ein Unterdruck von etwa 100 mbar erreicht. Besonders günstig ist es dabei, wenn die Entlüftungsöffnungen in der der Einspritzöffnung gegenüberliegenden Wand der Kavität angeordnet sind, weil in diesem Fall die Luft aus dem gesamten Fließweg des Molding-Materials entfernt werden kann.

Dieses sogenannte Vakuummolding verbessert zwar das Ergebnis des Gießprozesses und verringert die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Voids. Bei der Herstellung von Gegenständen mit besonders verwinkelter Geometrie und mit besonders kleinen, kapillarähnlichen Kavitäten wie beispielsweise Kunststoffgehäuse für Halbleiterbauteile ist die Gefahr der Bildung von Voids jedoch auch beim Vakuummolding so groß, dass Prozessparameter wie beispielsweise die Temperatur des Molding-Materials und der Kavität sowie das Vakuum sehr genau geregelt werden müssen. Problematisch ist dabei, dass zwar eine ständige Regelung der Prozessparameter notwendig ist, es jedoch keine einfache Möglichkeit zur kontinuierlichen Überwachung der Voidbildung in der Kavität gibt.

Innerhalb der Kavität werden im allgemeinen keine Vakuumsensoren eingesetzt. Eine Überwachung des Vakuums in der Kavität ist daher nicht möglich. Da jedoch schon kleine Lecks in den Leitungen zu einem verhältnismäßig großen Druckanstieg in der Kavität führen und damit eine große Auswirkung auf die Neigung zur Voidbildung haben können, muss ein gutes Vakuum jederzeit sichergestellt sein, wenn durch den Einsatz des Vakuums eine Verringerung der Voidbildung erreicht werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gegenstands aus einem Thermoplast oder einem Duroplast mittels Moldingtechnik anzugeben, die eine zeitnahe Kontrolle der Neigung zur Voidbildung in der Kavität erlaubt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gegenstands anzugeben, bei dem das Ausmaß der Voidbildung in der Kavität zeitnah überwacht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Gegenstands oder einer Anzahl von Gegenständen aus einem Thermoplast oder einem Duroplast mittels Spritzpressen weist eine Pressform mit Wänden, die mindestens eine Kavität umschließen, und für die oder jede Kavität einen Anguss zum Einbringen des Thermoplasts oder Duroplasts in die Kavität auf. Die Pressform weist in oder an ihren Wänden angeordnete Kontrollkavitäten auf, die kapillarähnliche Fortsätze der Kavität bilden.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die direkte Beobachtung des Molding-Materials gerade in verwinkelten, kapillarähnlichen Bereichen des herzustellenden Gegenstands einerseits besonders notwendig ist, da sich Voids in diesen Bereichen aufgrund der Fließeigenschaften des Molding-Materials bevorzugt bilden. Andererseits ist es aber besonders schwer oder sogar unmöglich, eine Untersuchung solcher Bereiche auf Voids durchzuführen, ohne den Gießprozess zu stören. Stattdessen sollten Kontrollkavitäten in den Wänden der Pressform vorgesehen sein, die durch ihre kapillarähnliche Geometrie besonders günstige Bedingungen für die Bildung von Voids bieten.

Unter "kapillarähnlich" wird hier und im folgenden ein Gebiet verstanden, das so eng oder verwinkelt ist, dass das Molding-Material es verhältnismäßig schwer erreicht und in ihm zur Voidbildung neigt. Was als "kapillarähnlich" gilt, ist also auch abhängig von der Viskosität des Molding-Materials, insbesondere im Verhältnis zu den Abmessungen des kapillarähnlichen Gebiets.

Das Molding-Material bildet in den Kontrollkavitäten Teststrukturen aus, die auf das Vorhandensein von Voids geprüft werden können. Da die Kontrollkavitäten eine für die Voidbildung besonders günstige Geometrie aufweisen, kann davon ausgegangen werden, dass die Wahrscheinlichkeit der Voidbildung in den Kontrollkavitäten mindestens so groß ist wie in den übrigen Bereichen der Pressform.

Tritt in den Kontrollkavitäten keine Voidbildung auf, weisen also die Teststrukturen keine Voids auf, so ist auch der hergestellte Gegenstand mit großer Wahrscheinlichkeit voidfrei und die Prozessbedingungen wie Temperatur der Pressform, Viskosität des Molding-Materials und Vakuum passend. Mit anderen Worten: Durch die Kontrollkavitäten lässt sich die Voidbildung unter „worst case"-Bedingungen simulieren. Man kann damit also eine pessimistische Abschätzung der Voidbildung in der Kavität erhalten.

Die Kontrollkavitäten umschließen somit keinen Teil des herzustellenden Gegenstands, sondern sind lediglich „Dummy-Kavitäten" zur Herstellung der Teststrukturen, die nach dem Gießprozess zwar mit dem hergestellten Gegenstand zusammenhängen, von diesem jedoch einfach getrennt werden können, wenn dies gewünscht ist. Die Kontrollkavitäten sind derart in oder an den Wänden der Pressform angeordnet, dass sie Fortsätze der Kavität bilden. Das heißt, die Kontrollkavitäten weisen jeweils mindestens eine Öffnung zur Kavität hin auf, durch die das Molding-Material in sie hineinfließen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie auf verhältnismäßig einfache Weise eine zeitnahe Überwachung der Prozessparameter beim Gießprozess, die für die Voidbildung verantwortlich sind, erlaubt. Die Teststrukturen können unmittelbar nach dem Aushärten des Molding-Materials auf Voids überprüft werden, so dass bei einem nicht zufriedenstellenden Ergebnis sofort eine Nachregelung der Prozessparameter und bei dem Einsatz von Vakuum insbesondere eine Überprüfung des Vakuumlevels in der Kavität erfolgen kann. Komplizierte Messtechniken und Messgeräte sind dazu nicht notwendig.

Das Molding-Material liegt beim Einbringen in die Pressform typischerweise als mehr oder weniger viskose Schmelze vor. Abhängig vom verwendeten Material und von der Temperatur der Pressform ist es möglich, dass das Material auf seinem Fließweg bis in alle Teile der Kavität zunehmend vernetzt und viskoser wird. Es neigt daher mit zunehmendem zurückgelegten Fließweg immer stärker zur Voidbildung.

Daher ist eine besonders geeignete Position zur Anordnung der Kontrollkavitäten die Wand der Pressform, die dem Anguss bezüglich der Kavität gegenüber liegt, da diese Stelle durch das Molding-Material zuletzt erreicht wird, wenn es sich schon in einem stark vernetzten Zustand befindet. Vorteil hafterweise sind daher zumindest an dieser Stelle Kontrollkavitäten angeordnet. Es kann aber auch von Interesse sein, entlang des Fließweges des Materials zusätzliche Kontrollkavitäten anzuordnen, um die Voidbildung bei immer stärker zunehmender Viskosität des Materials nachvollziehen zu können.

Das Entfernen von Luft bzw. Gas aus der Kavität ist ein bewährtes Mittel zur Reduzierung der Voidbildung. Es ist zudem besonders vorteilhaft, den Einsatz der Kontrollkavitäten mit der Technik des Vakuummolding zu kombinieren, weil sie eine besonders einfache und realistische Überwachung des Vakuumslevels in der Kavität erlauben.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung zur Herstellung eines Gegenstand mittels Spritzpressen daher eine Einrichtung zum Erzeugen eines Vakuums in der Kavität und zum Entfernen von Luft aus der Kavität vorgesehene Entlüftungsöffnungen auf. Zweckmäßigerweise sind diese Entlüftungsöffnungen in der dem Einguss gegenüberliegenden Wand der Pressform angeordnet, so dass der Fließweg des Molding-Materials durch die Entlüftung auf vorteilhafte Weise beeinflusst werden kann. Die Kontrollkavitäten können dann beispielsweise zwischen den oder in der Nähe der Entlüftungsöffnungen angeordnet sein.

Auch für die Herstellung eines Gegenstands mittels Formpressen ist der Einsatz der Kontrollkavitäten geeignet. Eine Vorrichtung zur Herstellung eines oder mehrerer Gegenstände mittels Formpressen weist ebenfalls eine Pressform mit Wänden, die mindestens eine Kavität umschließen, auf. Die Pressform kann zum Einbringen des Molding-Materials und zum Entnehmen des ausgehärteten Gegenstands geöffnet und für den Gießprozess geschlossen werden. Sie weist Kontrollkavitäten aus, die nach außen gerichtete, kapillarähnliche Fortsätze der oder jeder Kavität bilden.

Es sind verschiedene Geometrien für die Kontrollkavitäten denkbar. Um die Verhältnisse innerhalb der Kavität optimal zu simulieren und eine möglichst exakte Abschätzung der Voidbildung zu erlauben, sollte eine geeignete Form und geeignete Abmessungen für die Kontrollkavitäten gewählt werden.

Eine besonders einfache Form für die Kontrollkavitäten ist die Zylinderform. Die Kontrollkavitäten können aber auch L-förmig oder U-förmig gebogen sein. Dabei ist zu erwarten, dass bei gleichen Abmessungen der Kontrollkavitäten die Wahrscheinlichkeit für Voidbildung in U-förmig gebogenen Kontrollkavitäten, bei denen sich beide Schenkel des U in die Kavität hinein öffnen, am größten ist, weil das Molding-Material in beide Schenkel eindringen und jeweils um eine Biegung fließen muss, um den äußersten Winkel der Kontrollkavität auszufüllen. Es sind selbstverständlich auch weitere Geometrien für Kontrollstrukturen denkbar.

Außerdem können Kontrollkavitäten mit verschiedenen, unterschiedlich „voidgefährdeten" Geometrien und/oder Abmessungen in den Wänden einer Pressform angeordnet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der herzustellende Gegenstand eine komplizierte Geometrie aufweist oder wenn der Übergang zwischen voidfreiem und nicht voidfreiem Molding untersucht werden soll, beispielsweise, um die Prozessparameter optimal einzustellen.

Zudem ist es denkbar, die Kontrollkavitäten derart in oder an den Wänden der Pressform anzubringen, dass sie gegen Kontrollkavitäten mit anderen Geometrien und/oder Abmessungen austauschbar sind. Damit ist es möglich, auch bei veränderten Prozessbedingungen wie beispielsweise einer anderen Temperatur oder einer anderen Zusammensetzung des Molding-Materials möglichst exakt die in der Kavität herrschenden Bedingungen für die Voidbildung zu simulieren.

Insbesondere die geeigneten Abmessungen für die Kontrollkavitäten hängen sehr stark von den Abmessungen des herzustellenden Gegenstands ab. Da die Voidbildung vor allem bei verhältnismäßig kleinen Gegenständen auftritt, sind Kontrollkavitäten vorteilhaft, deren Querschnitt einen mittleren Durchmesser d aufweist mit 10 μm ≤ d ≤ 100 μm. Da die Kontrollkavitäten unregelmäßig geformt sein können, stellt d lediglich einen mittleren Durchmesser dar oder eine Abmessung, die für die betreffende Kontrollkavität charakteristisch ist.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich beispielsweise zur Einbettung von Halbleiterbauteilen in eine Kunststoffgehäusemasse. Halbleiterbauteile werden entweder einzeln oder in einem Nutzen mit der Kunststoffgehäusemasse umgeben.

Sie weisen eine Vielzahl von Ausnehmungen und Vorsprüngen auf wie beispielsweise Bonddrähte, Lotkugeln, schmale Spalte zwischen aufeinander gestapelten Chips, die mit Kunststoffgehäusemasse aufgefüllt werden sollen oder Teile mit einer verhältnismäßig großen Ausdehnung quer zur Fließrichtung, die von der Kunststoffgehäusemasse unter Umständen nicht vollständig umflossen werden, wenn diese zu früh zu viskos wird. Dies sind einige Beispiele für kapillarähnliche Bereiche, in denen es leicht zur Voidbildung kommt und die nach der Einbettung des Halbleiterbauteils in eine Kunststoffgehäusemasse nicht mehr auf eventuell vorhandene Voids untersucht werden können, ohne dass das Bauteil zerstört wird.

Der Einsatz von Kontrollkavitäten zur Ausbildung von Teststrukturen ist daher eine besonders einfache Möglichkeit, das Risiko einer Voidbildung bei der Einbettung von Halbleiterbauteilen in eine Kunststoffgehäusemasse abzuschätzen und kritische Prozessparameter wie besonders das Vakuumlevel in der Kavität zeitnah nachzuregeln, falls dies notwendig ist.

Halbleiterbauteile können entweder einzeln mit einer Kunststoffgehäusemasse umgeben werden, oder sie werden in einem Nutzen in die Kunststoffgehäusemasse eingebettet und erst nach dem Aushärten vereinzelt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für beide Methoden verwendet werden, wobei die Form und die Abmessungen der Kavität sich jeweils unterscheiden.

Nach der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands oder einer Anzahl von Gegenständen aus einem Thermoplast oder Duroplast mittels Spritzpressen das Bereitstellen einer Pressform mit Wänden, die mindestens eine Kavität mit der Form und den Abmessungen des herzustellenden Gegenstands umschließen, und mit in den Wänden angeordneten Kontrollkavitäten, die kapillarähnliche Fortsätze der Kavität bilden und das Bereitstellen eines thermoplastischen oder duroplastischen Materials in erweichtem Zustand. Dieses Material wird durch einen Anguss in die Kavität und in die Kontrollkavitäten eingebracht, wobei sich Teststrukturen in den Kontrollkavitäten ausbilden.

Der Druck innerhalb der Kavität wird gemessen und die Kavität solange mit thermoplastischem oder duroplastischem Material aufgefüllt, bis ein vorgegebener Druck, der eine ausreichende Füllung der Kavität anzeigt, erreicht ist. Anschließend wird das Molding-Material ausgehärtet oder es erstarrt und der fertige Gegenstand aus der Kavität entnommen. Die Prüfung der Teststrukturen auf Voids kann dann unmittelbar erfolgen, so dass eine anschließende Regelung von Prozessparametern ohne Verzögerung möglich ist. Zur besserer. Vermeidung der Voidbildung kann die Kavität vor und/oder während des Einbringens des Molding-Materials evakuiert werden, wobei ein Druck p mit 1 mbar ≤ p ≤ 200 mbar vorteilhaft ist. Bevorzugt wird ein Druck von 5 mbar ≤ p ≤ 20 mbar angestrebt. Ein deutlich niedrigerer Druck kann zum unerwünschten Ausgasen von Bestandteilen des Molding-Materials führen, ein deutlich höherer Druck hat keinen ausreichenden Einfluss auf die Verringerung der Voidbildung.

Wird der Gegenstand mittels Formpressen hergestellt, so wird das thermoplastische oder duroplastische Material in die geöffnete Pressform eingebracht. Die Pressform wird anschließend geschlossen und mit einem Druck beaufschlagt, so dass das Molding-Material die Kavität vollständig ausfüllt und sich Teststrukturen in den Kontrollkavitäten ausbilden. Nach dem Aushärten des Materials kann der Gegenstand entnommen werden und eine Prüfung der Teststrukturen auf Lufteinschlüsse erfolgen.

Durch die beschriebenen Verfahren zum Spritz- und Formpressen oder Spritzgießen können beispielsweise Halbleiterbauteile mit einer Kunststoffgehäusemasse umgeben werden. Dazu werden die „nackten" Halbleiterbauteile in die Pressform eingebracht und durch den Gießvorgang in die Kunststoffgehäusemasse eingebettet.

Die Prüfung der Teststrukturen kann beispielsweise optisch, durch das Scannen ihrer Oberfläche mittels Lasertriangulation, durch das Auswiegen der Teststrukturen oder durch Ultra schall erfolgen. Dazu können die Teststrukturen vor oder nach der Prüfung von dem hergestellten Gegenstand abgetrennt werden. Auf die Abtrennung kann aber je nach Prüfmethode auch verzichtet werden, wenn das Vorhandensein der Teststrukturen an dem hergestellten Gegenstand nicht störend ist.

Durch die Verwendung der Kontrollkavitäten und die Analyse der Teststrukturen wird eine extrem einfache Methode bereitgestellt, um die Voidbildungsneigung bei einem Gießprozess zu beobachten und sogar zu quantifizieren. Es sind dafür keine aufwändigen Änderungen am Design der Pressformen und keine teuren Sensoren notwendig. Die Methode ist daher auch nicht besonders anfällig für Fehler und hat darüber hinaus den Vorteil, dass sie sehr realistische Aussagen über die Voidbildungsneigung direkt und nicht über einen Proxy wie das Vakuumlevel oder die Viskosität des Materials erlaubt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Aufsicht eine Vorrichtung zum Vergießen eines Halbleiterbauteils mit einer Kunststoffgehäusemasse;
2 zeigt ein Detail dieser Vorrichtung und
3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch diese Vorrichtung.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Umhüllung von Halbleiterbauteilen mit einer Kunststoffgehäusemasse mittels Spritzpressen. Die Vorrichtung weist eine Pressform 1 mit Wänden 2 auf, die eine Kavität 3 umgeben. Den Boden der Kavität 3 bildet eine Unterlage 9. Die Kavität 3 kann über ein nicht dargestelltes Vakuumsystem durch eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen 5 evakuiert werden, wodurch die Unterlage 9 an die Pressform 1 angesaugt wird und dicht mit den Wänden 2 abschließt.
Während des Spritzpress-Prozesses wird durch eine oder mehrere Angussöffnungen 4 thermoplastisches oder duroplastisches Material im erweichten Zustand in die Kavität 3 eingebracht und fließt in Richtung des Pfeils 6 in die Kavität 3, bis diese ausreichend gefüllt ist. Die vollständige Füllung der Kavität 3 wird beispielsweise durch nicht dargestellte Drucksensoren angezeigt. Auch während des Gießvorgangs wird die Kavität 3 durch die Entlüftungsöffnungen 5 evakuiert. Auf diese Weise soll der Bildung von Voids vorgebeugt werden.
Voids treten auf, wenn es zu Lufteinschlüssen im verhältnismäßig viskosen Material kommt. Besonders wahrscheinlich ist die Voidbildung in Bereichen, in die das Material durch enge Öffnungen hindurch oder um scharfe Ecken herum fließen muss und außerdem in Bereichen der Kavität 3, in die das Material erst nach einem vergleichsweise langen Fließweg gelangt. Während des Fließens nehmen der Vernetzungsgrad des Materials und damit seine Viskosität nämlich typischerweise zu.
Es kann vorkommen, dass kleine Schwankungen des Vakuumlevels oder kleine Lecks in den Leitungen des Vakuumsystems nicht detektiert werden und zu einer verhältnismäßig starken Verschlechterung des Vakuums innerhalb der Kavität 3 führen.
Solche Schwankungen und Fehler sollten möglichst schnell entdeckt und behoben werden, da sie eine verstärkte Voidbildungsneigung zur Folge haben.
Um die Voidbildungsneigung direkt beobachten, quantifizieren und gegebenenfalls durch die Nachregelung von Prozessparametern senken zu können, weist die Pressform 1 in ihren Wänden 2 eine Anzahl von Kontrollkavitäten 7 auf. Diese Kontrollkavitäten 7 bilden Fortsätze der Kavität 3, sind also von dieser aus durch Öffnungen 13 zugänglich. Die Kontrollkavitäten 7 haben die Aufgabe, die „worst-case"-Bedingungen für die Voidbildung bereitzustellen. Sie sind kapillarähnlich, das heißt verhältnismäßig eng und gegebenenfalls auch verwinkelt, ausgeführt und entsprechen in ihren Abmessungen in etwa den Abmessungen besonders zur Voidbildung neigender Gebiete. Sie können in der Wand 2 angeordnet sein, die den Angussöffnungen 4 gegenüberliegt, sodass das Material bis zu ihnen einen möglichst weiten Fließweg zurückgelegt hat. Somit bieten die Kontrollkavitäten 7 eine möglichst realistische obere Abschätzung der Voidbildungsneigung in der Kavität 3.
Durch die Öffnungen 13 fließt während des Gießprozesses der Thermoplast oder Duroplast in die Kontrollkavitäten 7 und bildet in diesen Teststrukturen aus. Die Teststrukturen werden zusammen mit dem Kunststoffgehäuse des Halbleiterbauteils ausgehärtet oder sie erstarren und können anschließend zusammen mit diesem aus der Pressform 1 entnommen werden. Die Teststrukturen werden auf das Vorhandensein von Voids geprüft, wobei dafür eine Vielzahl von Methoden wie Auswiegen der Teststrukturen, Inspektion der Oberfläche mittels Lasertriangulation oder Ultraschall denkbar ist. Werden Voids in den Teststrukturen registriert, können sofort Prozessparameter wie das Vakuumlevel in der Kavität 3 nachgeregelt wer den, so dass im nächsten Durchgang die Voidbildung vermieden wird.
Für die Kontrollkavitäten 7 sind verschiedene Formen denkbar, von denen einige beispielhaft in 2 dargestellt sind. Die Kontrollkavitäten 7, die beispielsweise zwischen den Entlüftungsöffnungen 5 in den Wänden 2 der Pressform 1 angeordnet sein können, können nahezu zylinderförmig sein wie die Kontrollkavität 7a. Sie können aber auch L-förmig sein wie die Kontrollkavität 7b gemäß einer alternativen Ausführungsform. Auch U-förmige Kontrollkavitäten 7c oder noch kompliziertere Strukturen sind denkbar. Eine U-förmige Kontrollkavität 7c bietet dabei im allgemeinen günstigere Bedingungen für die Voidbildung als eine zylindrische Kontrollkavität 7a, da sie das Eindringen von Molding-Material in beide Schenkel 8 des U und das Fließen um zwei Biegungen erfordert. Durch die Wahl einer geeignet geformten Kontrollkavität 7 können die Bedingungen für die Voidbildung innerhalb der Kavität 3 besonders realistisch simuliert werden.
Den Abmessungen der Kontrollkavitäten 7 kommt eine besonders wichtige Rolle zu. Sie müssen in etwa den Abmessungen besonders durch Voidbildung gefährdeter Bereiche entsprechen. Die Kontrollkavitäten 7 weisen einen charakteristischen Durchmesser d auf, der bei der Herstellung von Kunststoffgehäusen für Halbleiterbauteile zwischen 10 μm und 100 μm liegen sollte. Es handelt sich bei dem Durchmesser d lediglich um eine mittlere, für die Geometrie der Kontrollkavitäten 7 charakteristische Größe, die die Kontrollkavitäten 7 in ihrem Querschnitt nicht rund und auch nicht über ihre gesamte Länge gleichmäßig dimensioniert sein müssen.
3 zeigt einen Querschnitt durch die Pressform 1, wobei auf die Unterlage 9 eine Anzahl von Halbleiterbauteilen 15 in Bauteilpositionen 10 mit mindestens einem Halbleiterchip 12 aufgebracht sind, die in eine Kunststoffgehäusemasse eingebettet werden sollen, die durch eine oder mehrere Angussöffnungen 4 in die Kavität 3 eingebracht wird. Als Material wird ein Thermoplast oder ein Duroplast im erweichten Zustand, beispielsweise in Form einer verhältnismäßig zähen Paste, verwendet, das in Richtung des Pfeils 6 in die Kavität gespritzt wird. Besonders die Bereiche 14 im „Windschatten" der Halbleiterbauteile 15 sind durch die Bildung von Voids gefährdet, da es vorkommen kann, dass das verhältnismäßig viskose Material die Halbleiterbauteile 15 nicht vollständig umschließt und hinter ihnen Lufteinschlüsse bildet. Aber auch andere, kapillarähnliche Bereiche in der Nähe der Halbleiterbauteile 15 können durch die Bildung von Voids gefährdet sein, wobei die Neigung zur Voidbildung mit dem bereits zurückgelegten Fließweg bzw. mit der bisherigen Dauer des Gießprozesses ansteigt.
In dem besonders gefährdeten Bereich der Wand 2, die den Angussöffnungen 4 gegenüber liegt, ist mindestens eine Kontrollkavität 7 angeordnet. Um bessere Aussagen über die Wahrscheinlichkeit der Voidbildung treffen zu können, ist es auch denkbar, eine Vielzahl von Kontrollkavitäten in den Wänden 2 der Pressform 1 anzuordnen, da der ohnehin zur Verfügung stehende Platz zwischen den Entlüftungsöffnungen 5 auf diese Weise genutzt werden kann.
Die Kontrollkavität 7 bildet eine Art Spalt zwischen der Pressform 1 und der Unterlage 9, sie wird also nach unten durch die Unterlage 9 und nach oben und zu den Seiten durch die Wände 2 der Pressform 1 begrenzt. Nach dem Aushärten kann somit die Pressform 1 durch Abheben von der Unterlage 9 leicht geöffnet und das oder die Halbleiterbauteile 15 mit den anhängenden Teststrukturen entnommen werden. Bei der Unterlage 9 kann es sich auch beispielsweise um ein Umverdrahtungssubstrat oder einen Flachleiterrahmen handeln.

1: Pressform
2: Wand
3: Kavität
4: Anguss
5: Entlüftungsöffnung
6: Pfeil
7: Kontrollkavität
7a: Kontrollkavität gemäß einer ersten Ausführungsform
7b: Kontrollkavität gemäß einer zweiten Ausführungsform
7c: Kontrollkavität gemäß einer dritten Ausführungsform
8: Schenkel
9: Unterlage
10: Bauteilposition
12: Halbleiterchip
13: Öffnung
14: Bereich
15: Halbleiterbauteil

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines Gegenstands oder einer Anzahl von Gegenständen aus einem Thermoplast oder einem Duroplast mittels Spritzgießen oder Spritzpressen, die eine Pressform (1) mit Wänden (2), die mindestens eine Kavität (3) umschließen, und für die oder jede Kavität (3) einen Anguss (4) zum Einbringen des Thermoplasts oder Duroplasts in die Kavität (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressform (1) Kontrollkavitäten (7) aufweist, die nach außen gerichtete, kapillarähnliche Fortsätze der oder jeder Kavität (3) bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in den dem Anguss (4) bezüglich der Kavität (3) gegenüberliegenden Wänden (2) der Pressform (1) eine oder mehrere Kontrollkavitäten (7) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung zum Erzeugen eines Vakuums in der Kavität (3) und zum Entfernen von Luft aus der Kavität (3) vorgesehene Entlüftungsöffnungen (5) aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Gegenstands oder einer Anzahl von Gegenständen aus einem Thermoplast oder einem Duroplast mittels Formpressen, die eine Pressform (1) mit Wänden, die mindestens eine Kavität (3) umschließen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressform (1) Kontrollkavitäten (7) aufweist, die nach außen gerichtete, kapillarähnliche Fortsätze der oder jeder Kavität (3) bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Anzahl von Kontrollkavitäten (7) die Form eines im Wesentlichen zylinderförmigen, schlauchähnlichen Fortsatzes der Kavität (3) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Anzahl von Kontrollkavitäten (7) die Form eines L-förmig gebogenen, schlauchähnlichen Fortsatzes der Kavität (3) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oder eine Anzahl von Kontrollkavitäten (7) die Form eines U-förmig gebogenen, schlauchähnlichen Fortsatzes der Kavität (3) aufweist, wobei sich die beiden Schenkel (8) der U-Form in die Kavität (3) hinein öffnen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wänden (2) der Pressform (1) eine Anzahl unterschiedlich geformter Kontrollkavitäten (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollkavitäten (7) austauschbar in den Wänden (2) der Pressform (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollkavitäten (7) in ihrem Querschnitt einen mittleren Durchmesser d aufweisen mit 10 μm ≤ d ≤ 100 μm.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Einbettung einzelner Halbleiterbauteile in eine Kunststoffgehäusemasse.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Einbettung von Halbleiterbauteilen in einem Nutzen in eine Kunststoffgehäusemasse.
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands oder einer Anzahl von Gegenständen aus einem Thermoplast oder Duroplast mittels Spritzgießen oder Spritzpressen, das folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen einer Pressform (1) mit Wänden, die mindestens eine Kavität (3) mit der Form und den Abmessungen des herzustellenden Gegenstands umschließen, und mit Kontrollkavitäten (7), die kapillarähnliche, nach außen gerichtete Fortsätze der Kavität (3) bilden; – Bereitstellen eines thermoplastischen oder duroplastischen Materials in erweichtem Zustand; – Einbringen des thermoplastischen oder duroplastischen Materials durch einen Anguss (4) in die Kavität (3) und in die Kontrollkavitäten (7) unter Ausbildung von Teststrukturen in den Kontrollkavitäten (7); – Messung des Druckes innerhalb der Kavität (3) und Auffüllen der Kavität (3) mit thermoplastischem oder du roplastischem Material, bis ein vorgegebener Druck, der eine ausreichende Füllung der Kavität (3) anzeigt, erreicht ist; – Erstarrenlassen des Thermoplasts oder Aushärten des Duroplasts und – Prüfung der Teststrukturen auf Lufteinschlüsse.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (3) vor und/oder während des Einbringens des thermoplastischen oder duroplastischen Materials durch eine Anzahl von Entlüftungsöffnungen (5) evakuiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (3) bis zu einem Druck p von 1 mbar ≤ p ≤ 200 mbar evakuiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (3) bis zu einem Druck p von 5 mbar ≤ p ≤ 20 mbar evakuiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands oder einer Anzahl von Gegenständen aus einem Thermoplast oder Duroplast mittels Formpressen, das folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen einer Pressform (1) mit Wänden (2), die mindestens eine Kavität (3) mit im Wesentlichen der Form und den Abmessungen des herzustellenden Gegenstands umschließen, und mit Kontrollkavitäten (7), die kapillarähnliche Fortsätze der Kavität (3) bilden; – Bereitstellen eines thermoplastischen oder duroplastischen Materials in erweichtem Zustand; – Einbringen des thermoplastischen oder duroplastischen Materials in die geöffnete Pressform (1); – Schließen der Pressform (1) und Komprimieren des Materials unter Ausbildung von Teststrukturen in den Kontrollkavitäten (7); – Erstarrenlassen des Thermoplasts oder Aushärten des Duroplasts und – Prüfung der Teststrukturen auf Lufteinschlüsse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung der Teststrukturen auf Lufteinschlüsse optisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung der Teststrukturen auf Lufteinschlüsse durch Scannen der Oberfläche der Teststrukturen mittels Lasertriangulation erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung der Teststrukturen auf Lufteinschlüsse durch Auswiegen der Teststrukturen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung der Teststrukturen auf Lufteinschlüsse durch Ultraschall erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Teststrukturen vor der Prüfung auf Lufteinschlüsse von dem hergestellten Gegenstand getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Teststrukturen nach der Prüfung auf Lufteinschlüsse von dem hergestellten Gegenstand getrennt werden.
Halbleiterbauteil (15) mit einem Kunststoffgehäuse, hergestellt durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines in ein Kunststoffgehäuse einzubettenden Halbleiterbauteils (15); – Einbringen des Halbleiterbauteils (15) in eine Kavität (3) einer Pressform (1), wobei die Pressform (1) Kontrollkavitäten (7) aufweist, die nach außen gerichtete, kapillarähnliche Fortsätze der Kavität (3) bilden; – Auffüllen der Kavität (3) mit einem Thermoplast oder Duroplast unter Umhüllung des Halbleiterbauteils (15) mit einem Kunststoffgehäuse und unter Ausbildung von Teststrukturen in den Kontrollkavitäten (7); – Entnehmen des Halbleiterbauteils (15) aus der Pressform (1); – Prüfen der Teststrukturen auf das Vorhandensein von Lufteinschlüssen.