DE102006030038A1

DE102006030038A1 - Versiegelungsschicht zum Versiegeln gegenüber einer Umgebung

Info

Publication number: DE102006030038A1
Application number: DE200610030038
Authority: DE
Inventors: Jürgen Grafe; Martin Reiss; Kerstin Nocke; Teresa Ramos
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Versiegelungsschicht zum Versiegeln gegenüber einer Umgebung, insbesondere zum Versiegeln einer integrierten Schaltung 20, wobei die Versiegelungsschicht einen hydrophilen Bereich 11 an einer der Umgebung zugewandten Seite und einen hydrophoben Bereich 10 an der der Umgebung abgewandten Seite aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Versiegelungsschicht zum Versiegeln gegenüber einer Umgebung, insbesondere zum Versiegeln einer integrierten Schaltung. Die Erfindung betrifft ferner ein Gehäuse für eine integrierte Schaltung sowie ein Versiegelungsmaterial zur Herstellung einer Versiegelungsschicht.
Die moderne integrierte Schaltungstechnik erfolgt heutzutage fast ausschließlich auf der Basis von Substraten, wie beispielsweise Halbleiter-, Kunststoff- oder Glassubstraten. Die funktionalen Elemente werden dabei oft mithilfe lithografischer Methoden in und auf dem Substrat realisiert und eine fertige integrierte Schaltung umfasst dann ein oder mehrere Substrate, im Falle von mehreren Substraten einen sog. Substratstapel. Die integrierte Schaltung weist in diesem Stadium in der Regel noch keine Mittel zur Versiegelung oder zum Schutz gegenüber einer Umgebung auf. Gehäuse übernehmen dabei nicht nur die Aufgabe die integrierte Schaltung gegenüber der Umgebung abzuschließen sondern auch die Aufgabe einer elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltung. Die integrierte Schaltung wird auf eine Basisplatte, beispielsweise einem so genannten Chip-Carrier, oder direkt auf eine Schaltungsplatte, wie etwa einer gedruckten PCB-Schaltung, aufgebracht und nach erfolgter Kontaktierung mit einem Versiegelungsmaterial versiegelt.
Das Spektrum möglicher Basisplatten und Versiegelungsmaterialien ist dabei breit und übliche Materialien umfassen beispielsweise Keramiken oder Polymerplastiken. Während Keramikmaterialien sehr gute mechanische und physikalische Eigen schaften aufweisen, sind diese jedoch in der Herstellung aufwändig und damit teuer. Ferner können integrierte Schaltungen, die direkt auf eine Leiterplatte angeordnet werden, nur schwer mit Keramikmaterialien versiegelt werden. Auf der anderen Seite sind Plastikmaterialien vielseitig verwendbar und auch preisgünstig. Plastikmaterialien haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie durch ein Erhitzen verflüssigt werden können und sie erstarren durch einfaches Abkühlen. So wird die integrierte Schaltung innerhalb einer Spritzgussform angeordnet, die daraufhin mit dem flüssigen Plastikmaterial ausgefüllt wird. Nach dem Erstarren des Plastikmaterials in der Spritzgussform wird die fertig verpackte integrierte Schaltung aus der Spritzgussform ausgeworfen.
Während Plastikmaterialien zwar einfach verarbeitet werden können und auch preisgünstig sind, sind diese jedoch nicht unanfällig gegen Umgebungsfeuchte. So nehmen Plastikgehäuse in einer gewissen Zeitspanne immer eine gewisse Menge an Feuchtigkeit auf. Diese Feuchtigkeit führt beim folgenden Lötvorgang zu Problemen, da die Feuchtigkeit bei den hohen Temperaturen von verwendeten Lötbädern schlagartig expandiert, und das Gehäuse aufplatzt. Dies führt zu einer nicht mehr zuverlässig gegebenen Verkapselung der integrierten Schaltung oder kann auch zu einem Totalausfall der Schaltung führen.
Eine übliche Abhilfe dieser Problematik ist die Verwendung optimierter Plastikmaterialien, die einerseits möglichst wenig Feuchtigkeit aufnehmen und andererseits gerade noch hinsichtlich der übrigen Prozessparameter verarbeitbar sind. Oft sind aber die Feuchtigkeitsaufnahme und etwa die Hafteigenschaften des ausgehärteten Plastikmaterials widersprüchliche Ziele, da das verwendete Material einerseits wenig Feuchtig keit aufnimmt, jedoch stark an der Spritzgussform kleben bleibt.
Ferner ist es üblich, die Lagerzeit fertig in Gehäuse eingebettete integrierte Schaltungen seit dem Zeitpunkt der Versiegelung zu verfolgen und die integrierten Schaltungen rechtzeitig, d.h. bevor die Gehäuse zu viel Feuchtigkeit aufgenommen haben, der Weiterbearbeitung mit Hochtemperaturschritten zuzuführen. Dies schränkt im Wesentlichen eine effiziente Gestaltung des Herstellungsprozesses ein, und führt bei Überschreiten der maximalen Lagerzeit zu erhöhtem Ausschuss oder auch zu einer Unmöglichkeit der Weiterverarbeitung von an sich intakten integrierten Schaltungen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Versiegelungsschicht zum Versiegeln gegenüber einer Umgebung, insbesondere zum Versiegeln einer integrierten Schaltung, bereitzustellen. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gehäuse für eine integrierte Schaltung mit einer Abdeckung aus einer Versiegelungsschicht bereitzustellen. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Versiegelungsmaterial zur Herstellung einer Versiegelungsschicht bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch die Versiegelungsschicht gemäß Anspruch 1, dem Gehäuse gemäß Anspruch 7 und dem Versiegelungsmaterial gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Versiegelungsschicht zum Versiegeln gegenüber einer Umgebung, insbesondere zum Versiegeln einer integrierten Schal tung, vorgesehen. Dabei weist die Versiegelungsschicht einen hydrophilen Bereich an einer der Umgebung zugewandten Seite und einen hydrophoben Bereich an der der Umgebung abgewandten Seite auf.
Die erfindungsgemäße Versiegelungsschicht ist daher auf der Seite der Umgebung, gegenüber der die Versiegelungsschicht versiegeln soll, hydrophiler als an der der Umgebung abgewandten Seite. Ebendort weist die Versiegelungsschicht einen hydrophoben Bereich auf. Dringt Feuchtigkeit in die Versiegelungsschicht ein, so werden die Wassermoleküle von dem hydrophoben Bereich abgestoßen und von dem hydrophilen Bereich angezogen. Es besteht daher eine Vorzugsdiffusionsrichtung für Wassermoleküle innerhalb der Versiegelungsschicht, die die Wassermoleküle in Richtung der Umgebung, d.h. aus der Versiegelung, treibt. Eindringende Feuchtigkeit wird dadurch von der erfindungsgemäßen Versiegelungsschicht von selbst nach außen transportiert. Innerhalb der Versiegelungsschicht sammelt sich daher möglichst wenig Feuchtigkeit an, sodass die Versiegelungsschicht auch nach nahezu unbegrenzter Lagerzeit aufgeheizt werden kann, etwa durch ein Eintauchen in ein Lötbad, ohne dass enthaltene Feuchtigkeit expandiert und die Versiegelungsschicht beschädigt oder zerstört.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der hydrophile Bereich angrenzend an den hydrophoben Bereich angeordnet. In vorteilhafter Weise sind dadurch nur zwei verschiedene Bereiche und der Diffusionsweg für Wassermoleküle möglichst kurz.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt die hydrophile Eigenschaft der Schicht, ausgehend von der der Umgebung zugewandten Seite, ab. Damit kann inner halb der Versiegelungsschicht ein Gradient der hydrophilen Eigenschaft vorgesehen sein, der die Diffusion von eingedrungenen Wassermolekülen in vorteilhafter Weise nach außen gewährleistet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke der Schicht mehr als 100 μm und weniger als 1 mm. Dieser Schichtdickenbereich stellt einerseits eine zuverlässige Versiegelung gegenüber einer Umgebung dar, und benötigt andererseits möglichst wenig Platz. Gerade hinsichtlich des Versiegelns einer integrierten Schaltung ist die räumliche Effizienz der verwendeten Gehäuse von großer Bedeutung, da oft eine Vielzahl von integrierten Schaltungen dicht aneinander angeordnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Schicht verformbar, vorzugsweise verflüssigbar. Damit kann die Versiegelungsschicht in vorteilhafter Weise an die Kontur der zu versiegelnden Einheit, insbesondere an eine integrierte Schaltung, angepasst werden. Vorzugsweise kann die verflüssigbare Schicht in einem Gussverfahren über die zu versiegelnde Einheit einfach gegossen werden. Im Falle des Versiegelns einer integrierten Schaltung lässt sich dadurch auch eine einfache und zuverlässige Versiegelung von gegebenenfalls bestehenden Drahtkontaktierungen realisieren.
Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäuse für eine integrierte Schaltung mit einer Bodenplatte und einer Abdeckung vorgesehen. Die Abdeckung besteht aus einer Versiegelungsschicht gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung. Der hydrophobe Bereich der Versiegelungsschicht ist dabei der integrierten Schaltung zugewandt. Somit wird in vorteilhafter Weise einge drungene Feuchtigkeit durch entsprechende Diffusion nach außen von der integrierten Schaltung in Richtung der Umgebung abtransportiert, und das erfindungsgemäße Gehäuse nimmt dadurch möglichst wenig Feuchtigkeit auf. Dadurch kann das erfindungsgemäße Gehäuse auch nach prinzipiell unbegrenzter Lagerzeit erhitzt werden, beispielsweise durch ein Lötbad, ohne dass das Gehäuse aufplatzt oder beschädigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Außenseite des Gehäuses Kontaktflächen zur Kontaktierung der integrierten Schaltung auf.
Gemäß eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Versiegelungsmaterial zur Herstellung einer Versiegelungsschicht gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Dabei umfasst das Material eine erste Komponente mit einem basisaffinen Element, mit einem hydrophoben Element und mit einem ersten Element einer Paargruppe und eine zweite Komponente mit einem zweiten Element der Paargruppe und mit einem hydrophilen Element. Die Komponenten in einem flüssigen Zustand sind dabei beweglich, so dass sich das basisaffine Element der ersten Komponente gegenüber einer Basis anordnet, sich die beiden Elemente der Paargruppe der ersten und der zweiten Komponente gegenüber anordnen und sich das hydrophile Element der zweiten Komponente gegenüber der Umgebung anordnet.
Das erfindungsgemäße Versiegelungsmaterial kann in vorteilhafter Weise zunächst in einem flüssigen Zustand auf die zu versiegelnde Einheit aufgetragen werden, beispielsweise innerhalb einer Spritzgussform. Solange das Versiegelungsmaterial flüssig ist, sind die enthaltenen Komponenten darin beweglich. Da die Komponenten des erfindungsgemäßen Versiege lungsmaterials mit den basisaffinen Elementen und den Elementen der Paargruppen versehen sind, erfolgt die Ausrichtung der Komponenten erfindungsgemäß, sodass sich die Komponenten mit hydrophoben Elementen gegenüber einer Basis anordnen, wohingegen sich die Komponenten mit hydrophilen Elementen gegenüber der Umgebung anordnen. Die erste Komponente mit dem basisaffinen Element ordnet sich auf Seite der Basis an. Somit ist eine Vorzugsposition der ersten Komponente innerhalb der Versiegelungsschicht gegeben. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen einer Paargruppe mit einem ersten Element an der ersten Komponente und einem zweiten Element an der zweiten Komponente ist auch eine Vorzugsposition der zweiten Komponente innerhalb der Versiegelungsschicht gegeben. Da die erste Komponente ein hydrophobes Element aufweist und die zweite Komponente ein hydrophiles Element aufweist, ist nach Anordnung der Komponenten ein Gradient der hydrophoben Eigenschaft innerhalb der Versiegelungsschicht gegeben. Somit wird in der erstarrten erfindungsgemäßen Versiegelungsschicht Feuchtigkeit durch entsprechende Diffusion von der Basis weg in Richtung der Umgebung transportiert. Die Versiegelungsschicht bleibt dabei in vorteilhafter Weise möglichst feuchtigkeitsfrei. Ein Aufplatzen oder eine Beschädigung der Versiegelungsschicht durch ein Aufwärmen ist auch nach nahezu unbegrenzter Lagerzeit somit wirksam unterdrückt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eine Zwischenkomponente vorgesehen, wobei die wenigstens eine Zwischenkomponente Paargruppenelemente aufweist, sodass sich die Zwischenkomponente zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente anordnet.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Zwischenkomponenten kann in vorteilhafter Weise einerseits der Gradient der hyd rophoben Eigenschaft innerhalb der Versiegelungsschicht weiter optimiert werden und andererseits die Dicke der Versiegelungsschicht bei Aufrechterhaltung des Gradienten erhöht werden. Die Anzahl der vorgesehenen Zwischenkomponenten ist dabei prinzipiell nicht begrenzt, und das erfindungsgemäße Vorsehen eines Gradienten einer hydrophoben Eigenschaft innerhalb einer Versiegelungsschicht kann auch bei beliebiger Dicke der Schicht erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die wenigstens eine Zwischenkomponente ein hydrophobes Element auf. Somit kann in vorteilhafter Weise die hydrophobe Eigenschaft auch innerhalb der Zwischenschicht fortgesetzt werden. Eingedrungene Feuchtigkeit kann sich so auch nicht in der Zwischenschicht ansammeln und wird durch entsprechende Diffusion nach Außen befördert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versiegelt das Material eine Basis einer integrierten Schaltung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die hydrophobe Eigenschaft des hydrophoben Elements der ersten Komponente stärker als die hydrophobe Eigenschaft des hydrophoben Elements der Zwischenkomponente.
Damit ist in vorteilhafter Weise ein Gradient in der hydrophoben Eigenschaft festgelegt und die Wassermoleküle werden durch entsprechende Diffusion von der ersten Komponente weg, also von der zu versiegelnden Einheit, weggeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Komponente mehrere hydrophobe Elemente mit unterschiedlichen hydrophoben Eigenschaften auf.
Somit kann auch innerhalb einer Komponente ein Gradient in der hydrophoben Eigenschaft realisiert werden. Ferner reduziert sich bei dem Einsatz von genügend langen Komponenten die Anzahl der zu verwendenden Komponenten, um einerseits eine gegebenen Schichtdicke zu erreichen und andererseits den Gradienten in der hydrophoben Eigenschaft zu gewährleisten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke des Materials mit den ausgerichteten Komponenten mehr als 100 μm und weniger als 1 mm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Komponenten Polymere auf, an deren Ende die Elemente der Paargruppen, die hydrophoben Elemente, die hydrophilen Elemente und die basisaffinen Elemente angeordnet sind.
Durch die Verwendung von Polymeren lassen sich durch verstandene und gut reproduzierbare chemische Prozesse die Komponenten in einfacher Weise mit den erforderlichen Elementen herstellen. Polymere haben darüber hinaus vorteilhafte Eigenschaften in Hinblick auf ein Aufschmelzen und ein Erstarren in einer Spritzgussform. Die Verarbeitung in Spritzgusseinrichtungen mit Polymeren ist sowohl wirtschaftlich als auch zuverlässig. Vorteilhafterweise sind die Polymere Epoxidharzpolymere oder Phenylharzpolymere.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die hydrophoben Elemente Siloxangruppen, Alkylgruppen oder aromatische Gruppen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die hydrophilen Elemente Hydroxylgruppen oder Carboxylgruppen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die basisaffinen Elemente halbleiteraffine Elemente, vorzugsweise siliziumoxidaffine Elemente. Ferner können die basisaffinen Elemente spezifisch mit Siliziumdioxid (SiO₂) reagieren und sind vorzugsweise Siloxanderivate.
Durch die Verwendung derartiger basisaffinen Elemente kann sich die erste Komponente mit dem basisaffinen Element zuverlässig gegenüber einer halbleiterbasierten integrierten Schaltung oder einem Substrat anordnen. Oft sind derartige integrierte Schaltungen auf Basis eines Siliziumsubstrats hergestellt, das zur Passivierung eine obere Schicht aus Siliziumdioxid aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A bis 1D eine schematische Darstellung eines Gehäuses für eine integrierte Schaltung gemäß einer ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A bis 2C schematisch die Herstellung eines Gehäuses für eine integrierte Schaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A bis 3C schematisch die Herstellung eines Gehäuses für eine integrierte Schaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A bis 4C eine schematische Darstellung einer Versiegelungsschicht gemäß einer siebten, achten und neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A und 5B schematisch die Herstellung einer Versiegelungsschicht mit einem Versiegelungsmaterial gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5C eine schematische Darstellung einer Versiegelungsschicht mit einem Versiegelungsmaterial gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1A zeigt schematisch ein Gehäuse 1 für eine integrierte Schaltung 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das erste Gehäuse 1 umfasst eine Bodenplatte 30 mit Kontaktflächen 31, auf der eine integrierte Schaltung 20 angeordnet ist. Die integrierte Schaltung 20 ist mit einer Abdeckung, die aus einer Versiegelungsschicht besteht, abgedeckt. Die Versiegelungsschicht weist dabei einen hydrophoben Bereich 10 in einer Umgebung der integrierten Schaltung 20 und einen hydrophilen Bereich 11 gegenüber einer Umgebung auf. Dringt Feuchtigkeit in das erste Gehäuse 1 ein, so werden die Wassermoleküle von dem hydrophoben Bereich 10 zu dem hydrophilen Bereich 11 diffundieren. Da der hydrophile Bereich 11 gegenüber der Umgebung angeordnet ist, kann sich innerhalb des ersten Gehäuses 1 keine Feuchtigkeit ansammeln. Das erste Gehäuse 1 kann somit prinzipiell für eine beliebig lange Zeit einer beliebigen Feuchtigkeit ausgesetzt sein, oder anderen Feuchtigkeitsquellen, und in vorteilhafter Weise ohne schädliche Folgen aufgeheizt werden. Das Aufheizen erfolgt oft im Rahmen eines Lötvorgangs, bei dem die integrierte Schaltung 20 in dem ersten Gehäuse 1 mit einer externen Beschaltung auf einer Leiterplatte verbunden wird und die Kontaktflächen 31 mit entsprechenden Kontaktflächen der Leiterplatte durch ein Lotmaterial elektrisch verbunden werden. Das Lotmaterial muss zur Verflüssigung und zur Bildung einer Lotverbindung aufgeheizt werden, und übliche Lotverfahren umfassen das Tauchen des gesamten Gehäuses 1 in das Lotbad, bzw. umfassen ein Erhitzen des gesamten ersten Gehäuses 1 auf die erforderliche Lottemperatur.
1B zeigt schematisch ein zweites Gehäuse 2 für eine integrierte Schaltung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das zweite Gehäuse 2 umfasst dabei lediglich eine Abdeckung aus einer Versiegelungsschicht mit einem hydrophoben Bereich 10 und einem hydrophilen Bereich 11. Die Kontaktflächen 31 sind hier direkt auf der integrierten Schaltung 20 angeordnet. Das zweite Gehäuse 2 kann somit direkt auf eine gedruckte Schaltung aufgebracht und mit dieser verbunden werden.
1C zeigt schematisch ein drittes Gehäuse 3 für eine integrierte Schaltung 20 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die integrierte Schaltung 20 direkt auf einer Schaltungsplatte 40, etwa einer gedruckten Leiterplatte, angeordnet. Die integrierte Schaltung 20 auf der Schaltungsplatte 40 wird durch eine Abdeckung aus einer Versiegelungsschicht mit einem hydrophoben Bereich 10 und einem hydrophilen Bereich 11 abgedeckt. In vorteilhafter Weise kann die integrierte Schaltung 20 direkt auf die Schaltungsplatte 40 aufgebracht, kontaktiert und dann mit einer Abdeckung eines erfindungsgemäßen Gehäuses versiegelt werden.
1D zeigt schematisch ein viertes Gehäuse 4 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die integrierte Schaltung 20 direkt auf einer Schaltungsplatte 40 angeordnet. Eine elektrische Kontaktierung der integrierten Schaltung 20 mit der Schaltungsplatte 40 kann über Kontaktflächen oder beispielsweise über Bonddrähte erfolgen. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Abdeckung mit einer Versiegelungsschicht mit einem hydrophoben Bereich 10, auf dem ein hydrophiler Bereich 11 angeordnet ist, versehen. Die Abdeckung kann gemäß dieser Ausführungsform in Form eines Bandes oder einer Folie vorliegen und wird in einfacher Weise auf die integrierte Schaltung 20 und die Schaltungsplatte 40 aufgebracht. Dabei kann die Abdeckung eine oder mehrere integrierte Schaltungen 20 gleichzeitig abdecken. Die Anordnung des hydrophilen Bereichs 11 direkt über dem hydrophoben Bereich 10 erlaubt hier eine möglichst einfache Anbringung der Abdeckung zur Bildung eines vierten Gehäuses 4 für eine integrierte Schaltung 20. Die Abdeckung kann ferner in Form eines Klebebandes vorliegen, d.h. eine Klebeschicht zwischen dem hydrophoben Bereich 10 und der integrierten Schaltung 20 bzw. der Schaltungsplatte 40 aufweisen, und so einfach aufgeklebt werden.
Die 2A bis 2C zeigen die Herstellung eines Gehäuses für eine integrierte Schaltung 20 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zunächst wird, wie in 2A schematisch dargestellt, eine integrierte Schaltung 20 auf einer Platte 300 aufgebracht. Die Platte 300 kann da bei ein Chip-Carrier oder etwa eine gedruckte Leiterplatte (PCB) sein. Eine Kontaktierung erfolgt mithilfe Kontaktpads oder mithilfe von Bonddrähten. Die Platte 300 kann ferner weitere Mittel zur Kontaktierung, beispielsweise die einer Schaltungsplatte, aufweisen. In einem zweiten Schritt, wie in 2B gezeigt, wird der hydrophobe Bereich 10 einer Abdeckung eines Gehäuses auf die Platte 300 und die integrierte Schaltung 20 aufgebracht. Auf diese wird, wie in 2C gezeigt, der hydrophile Bereich 11 aufgebracht. 2C zeigt dann das fertige Gehäuse für eine integrierte Schaltung mit einer Platte.
3A bis 3C zeigen schematisch die Herstellung eines Gehäuses für eine integrierte Schaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 3A gezeigt, wird die integrierte Schaltung 20 wieder auf einer Platte 300 angeordnet. Die Platte 300 kann eine Bodenplatte eines Gehäuses oder eine Schaltungsplatte, wie etwa eine gedruckte Leiterplatte sein. Gemäß dieser Ausführungsform wird, wie in 3B gezeigt, ein Versiegelungsmaterial 100 auf die integrierte Schaltung 20 und die Platte 300 aufgebracht. Das Versiegelungsmaterial 100 kann in einem flüssigen Zustand sein und kann mithilfe eines Spritzgussverfahrens in eine Form gepresst werden, in der das Versiegelungsmaterial 100 an die integrierte Schaltung 20 und an die Platte 300 angrenzt. In dem flüssigen Zustand des Versiegelungsmaterials 100 kann sich ein hydrophober Bereich 10 um die integrierte Schaltung 20 und ein hydrophiler Bereich 11 auf dem hydrophoben Bereich 10 gegenüber der Umgebung ausbilden. Wie in 3C gezeigt, kann das Versiegelungsmaterial 100 erstarren und so den hydrophoben Bereich 10 und den hydrophilen Bereich 11 stabil bilden.
Die 4A bis 4C zeigen allgemein Versiegelungsschichten gemäß einer siebten, achten und neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zunächst zeigt 4A einen hydrophoben Bereich 10 auf einer Basis 200. Die Basis 200 kann dabei eine integrierte Schaltung, ein Substrat, ein Halbleitersubstrat, eine Bodenplatte, oder eine Schaltungsplatte, wie etwa eine gedruckte Leiterplatte sein.
Wie in 4B gezeigt, kann zwischen dem hydrophoben Bereich 10 und dem hydrophilen Bereich 11 ein Zwischenmaterial 101 angeordnet sein. Das Zwischenmaterial 101 kann ebenfalls hydrophobe Eigenschaften haben, oder dient lediglich zur Überbrückung der Diffusion von Wassermolekülen zur Erhöhung der Gesamtdicke der Versiegelungsschicht 10, 101 und 11.
4C zeigt einen Mehrschichtenaufbau einer erfindungsgemäßen Versiegelungsschicht gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zunächst ist wieder ein hydrophober Bereich 10 auf einer Basis 200 angeordnet. Zwischen dem hydrophoben Bereich 10 und dem hydrophilen Bereich 11 ist gemäß dieser Ausführungsform wenigstens eine Zwischenschicht 102 angeordnet. Neben der Zwischenschicht 102 können weitere Zwischenschichten, wie etwa wenigstens eine erste weitere Zwischenschicht 103 bis zu einer letzten weiteren Zwischenschicht 199 angeordnet sein. Die Zwischenschichten 102, 103, 199 weisen dabei entweder ebenfalls hydrophobe Eigenschaften auf oder dienen lediglich zur Durchdiffusion von Wassermolekülen zur Erhöhung einer Gesamtschichtdicke. In vorteilhafter Weise können die Zwischenschichten 102, 103, 199 unterschiedliche hydrophobe Eigenschaften zum hydrophoben Bereich 10 und zum hydrophilen Bereich 11 aufweisen. Damit ist es möglich, innerhalb des Schichtenstapels 10, 102, 103, 199, 11 einen wohldefinierte Gradient in der hydrophoben Eigenschaft auszu bilden und Wassermoleküle werden einer Diffusion in Richtung des hydrophilen Bereichs 11 bzw. der Umgebung ausgesetzt. Die Versiegelungsschicht transportiert daher aufgenommene Feuchtigkeit automatisch nach Außen von der zu versiegelnden Einheit, wie etwa der Basis 200, weg.
Die 5A und 5B zeigen schematisch das Ausbilden einer Versiegelungsschicht mit einem Versiegelungsmaterial gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 5A gezeigt wird, wird ein Versiegelungsmaterial mit einer ersten Komponente 50 und mit einer zweiten Komponente 51 in einem flüssigen Zustand auf eine Basis 200 aufgebracht. Die Komponenten 50 und 51 sind in einem flüssigen Zustand des Versiegelungsmaterials beweglich und können sich entsprechend anordnen und ausrichten. Hierfür sind an einem ersten Gerüst 590 und an einem zweiten Gerüst 591 der Komponenten 50 und 51 mehrere Elemente angeordnet. Eine erste Komponente 50 weist dabei ein erstes Gerüst 590 auf, an dem ein basisaffines Element 501, ein erstes Element einer Paargruppe 510 und ein hydrophobes Element 502 angeordnet ist. Die zweite Komponente 51 umfasst ein zweites Gerüst 591, an dem ein zweites Element der Paargruppe 511, und hydrophile Elemente 503 angeordnet sind.
Wie in 5B gezeigt, ordnen sich die Komponenten 50 und 51 durch das Vorsehen der entsprechenden Elemente so an, dass sich die basisaffinen Elemente 501 der ersten Komponenten 50 gegenüber der Basis 200 anordnen. Dies legt dann die Anordnung der zweiten Komponenten 51, durch die entsprechende Anordnung des ersten Elements einer Paargruppe und des zweiten Elements der Paargruppe 510 bzw. 511 fest. Durch das Vorsehen eines hydrophoben Elements 502 an der ersten Komponente 50 und eines hydrophilen Elements 503 an der zweiten Komponente 51 bildet sich ein hydrophober Bereich gegenüber der Basis 200 und ein hydrophiler Bereich gegenüber der Umgebung aus. Damit ist wieder eine Diffusionsrichtung für Wassermoleküle innerhalb der Versiegelungsschicht vorgegeben und Feuchtigkeit wird durch die erfindungsgemäße Versiegelungsschicht von der Basis 200 weg in Richtung Umgebung abgeführt. Sind die ersten und die zweiten Komponenten 50, 51 in dem Versiegelungsmaterial entsprechend ausgerichtet, kann das Versiegelungsmaterial erstarren, und die Position und Ausrichtung der Komponenten bleibt stabil erhalten.
Die Komponenten lassen sich dabei durch Gerüste 590, 591 aus Polymeren, beispielsweise Epoxidharzpolymeren oder Phenylharzpolymeren, darstellen. An die entsprechenden Enden der Polymerketten werden dann basisaffine Elemente 501, hydrophobe Elemente 502, erste und zweite Elemente einer Paargruppe 510 bzw. 511 und hydrophile Elemente 503 angeordnet. Basisaffine Elemente 501 sind vorzugsweise halbleiteraffine Elemente und besonders vorzugsweise siliziumoxidaffine Elemente. Diese können spezifisch mit Siliziumdioxid (SiO₂) reagieren und vorzugsweise Siloxanderivate sein. Integrierte Schaltungen und verwandte Anordnungen werden heutzutage oft auf Basis von Halbleitersubstraten, insbesondere Siliziumsubstraten, hergestellt, und oft abschließend durch eine Siliziumoxidschicht passiviert. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines halbleiteraffinen Elements bzw. siliziumoxidaffinen Elements, wird die erste Komponente des Versiegelungsmaterials entsprechend angeordnet und ausgerichtet.
Die hydrophoben Elemente 502 können beispielsweise durch Siloxangruppen, Alkylgruppen oder aromatische Gruppen dargestellt werden. Die hydrophilen Elemente 503 können ferner durch Hydroxylgruppen oder Carboxylgruppen dargestellt wer den. Das Versiegelungsmaterial kann dann ferner aus einer entsprechenden Komponentenmischung in aufschmelzbarer granularer Form vorliegen, aufgeschmolzen werden und mit einer Druckvorrichtung in einem Spritzgussverfahren auf die zu versiegelnde Einheit aufgebracht werden. Solange das Versiegelungsmaterial sich in einem flüssigen Zustand befindet, können sich die enthaltenen Komponenten entsprechend der Basis ordnen und orientieren, um dann im erfindungsgemäßen Zustand, also nach Ausbildung eines hydrophoben Bereichs in der Nähe der zu versiegelnden Einheit und eines hydrophilen Bereichs gegenüber einer Umgebung, durch Abkühlung zu erstarren.
5C zeigt eine Versiegelungsschicht aus einem Versiegelungsmaterial gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei weist das Versiegelungsmaterial eine erste Komponente 50, eine erste Zwischenkomponente 52, eine zweite Zwischenkomponente 53, eine dritte Zwischenkomponente 54 und eine weitere Komponente 55 auf.
Die erste Komponente 50 weist ein basisaffines Element 501 auf, das sich gegenüber einer Basis 200 anordnet. Die Elemente 520 und 521 einer ersten weiteren Paargruppe sorgen dafür, dass sich die erste Zwischenkomponente 52 entsprechend auf der ersten Komponente 50 anordnet. Ein erstes und ein zweites Element 530, 531 einer zweiten weiteren Paargruppe sorgen dafür, dass sich die zweite Zwischenkomponente 53 entsprechend auf der ersten Zwischenkomponente 52 anordnet. Ein erstes und ein zweites Element 540, 541 einer dritten weiteren Paargruppe sorgen dafür, dass sich die dritte Zwischenkomponente 54 entsprechend auf der zweiten Zwischenkomponente 53 anordnet. Abschließend weist die dritte Zwischenkomponente 54 ein erstes Element 550 einer vierten weiteren Paargruppe und die weitere Komponente 55 ein zweites Element 551 der vierten weiteren Paargruppe auf, sodass sich die weitere Komponente 55 entsprechend über der dritten Zwischenkomponente 54 anordnet. Die weitere Komponente 55 weist ferner hydrophile Elemente 503 auf. Es kann weiter vorgesehen sein, die hydrophobe Eigenschaft der hydrophoben Elemente 502 der ersten Komponente 50, der ersten Zwischenkomponente 52, der zweiten Zwischenkomponente 53 und der dritten Zwischenkomponente 54 mit unterschiedlichen hydrophoben Eigenschaften auszustatten.
Damit ist ein Gradient der hydrophoben Eigenschaften innerhalb der Versiegelungsschicht realisiert, und eine klare Diffusionsrichtung für Wassermoleküle innerhalb der Versiegelungsschicht vorgegeben. Ferner kann auch eine der Komponenten mehrere hydrophobe Elemente aufweisen, mit unterschiedlichen hydrophoben Eigenschaften, sodass auch innerhalb einer Komponente ein Gradient der hydrophoben Eigenschaft realisiert werden kann. Es ist ferner möglich, sowohl die Länge der Gerüste 590, 591, oder auch insgesamt die Anzahl der Zwischenkomponenten zu erhöhen bzw. zu verringern, um eine gewünschte Gesamtschichtdicke zu erzielen. Ferner kann das Mischungsverhältnis der Komponenten innerhalb des erfindungsgemäßen Versiegelungsmaterials der entsprechenden Form der Oberfläche der Basis 200 und der Oberfläche des fertigen Gehäuses angepasst werden. So ist in der Regel die innere Oberfläche gegenüber der Basis 200 kleiner als eine äußere Oberfläche der Versiegelungsschicht gegenüber der Umgebung. Somit kann beispielsweise die weitere Komponente 55 in einem höheren Anteil als die erste Komponente 50 in dem Versiegelungsmaterial vorgesehen sein. Der Anteil der dazwischen liegenden Zwischenkomponenten wird dann entsprechend angepasst.

1: erstes Gehäuse
2: zweites Gehäuse
3: drittes Gehäuse
4: viertes Gehäuse
10: hydrophober Bereich
11: hydrophiler Bereich
20: integrierte Schaltung
30: Bodenplatte
31: Kontaktfläche
40: Schaltungsplatte
50: erste Komponente
51: zweite Komponente
52: erste Zwischenkomponente
53: zweite Zwischenkomponente
54: dritte Zwischenkomponente
55: weitere Komponente
100: Versiegelungsmaterial
101: Zwischenmaterial
102: Zwischenschicht
103: erste weitere Zwischenschicht
199: letzte weitere Zwischenschicht
200: Basis
300: Platte
501: basisaffines Element
502: hydrophobes Element
503: hydrophiles Element
510: erstes Element einer Paargruppe
511: zweites Element der einer Paargruppe
520: erstes Element einer ersten weiteren Paargruppe
521: zweites Element einer ersten weiteren Paargruppe
530: erstes Element einer zweiten weiteren Paargruppe
531: zweites Element einer zweiten weiteren Paargruppe
540: erstes Element einer dritten weiteren Paargruppe
541: zweites Element einer dritten weiteren Paargruppe
550: erstes Element einer vierten weiteren Paargruppe
551: zweites Element einer vierten weiteren Paargruppe
590: erstes Gerüst
591: zweites Gerüst

Claims

Versiegelungsschicht zum Versiegeln gegenüber einer Umgebung, insbesondere zum Versiegeln einer integrierten Schaltung (20), wobei die Versiegelungsschicht einen hydrophilen Bereich (11) an einer der Umgebung zugewandten Seite und einen hydrophoben Bereich (10) an der der Umgebung abgewandten Seite aufweist.
Versiegelungsschicht nach Anspruch 1, wobei der hydrophile Bereich (11) angrenzend an den hydrophoben Bereich (10) angeordnet ist.
Versiegelungsschicht nach Anspruch 1 oder 2, wobei die hydrophile Eigenschaft der Schicht, ausgehend von der der Umgebung zugewandten Seite, abnimmt.
Versiegelungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke der Schicht mehr als 100 μm und weniger als 1 mm beträgt.
Versiegelungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schicht verformbar ist.
Versiegelungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht verflüssigbar ist.
Gehäuse (1, 2, 3, 4) für eine integrierte Schaltung (20) mit einer Bodenplatte (30, 300) und einer Abdeckung, die aus einer Versiegelungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6 besteht, und wobei der hydrophobe Bereich (10) der Versiegelungsschicht der integrierten Schaltung (20) zugewandt ist.
Gehäuse nach Anspruch 7, wobei die Bodenplatte (30, 300) an einer Außenseite des Gehäuses Kontaktflächen (31) zur Kontaktierung der integrierten Schaltung (20) aufweist.
Versiegelungsmaterial (100) zur Herstellung einer Versiegelungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Material umfasst: – eine erste Komponente (50) mit einem basisaffinen Element (501), mit einem hydrophoben Element (502) und mit einem ersten Element (510) einer Paargruppe, und – eine zweite Komponente (51, 55) mit einem zweiten Element der Paargruppe (511) und mit einem hydrophilen Element (503), wobei die Komponenten (50, 51) in einem flüssigen Zustand beweglich sind, sodass sich das basisaffine Element (501) der ersten Komponente (50) gegenüber einer Basis (20, 200) anordnet, sich die beiden Elemente (510, 511) der Paargruppe der ersten und der zweiten Komponente (50, 51) gegenüber anordnen und sich das hydrophile Element (503) der zweiten Komponente (51, 55) gegenüber der Umgebung anordnet.
Versiegelungsmaterial nach Anspruch 9, wobei wenigstens eine Zwischenkomponente (52, 53, 54) vorgesehen ist und wobei die wenigstens eine Zwischenkomponente (52, 53, 54) Paargruppenelemente (521, 530, 531, 540, 541, 550) aufweist, sodass sich die Zwischenkomponente (52, 53, 54) zwischen der ersten Komponente (50) und der zweiten Komponente (51, 55) anordnet.
Versiegelungsmaterial nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine Zwischenkomponente (52, 53, 54) ein hydrophobes Element (502) aufweist.
Versiegelungsmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Material eine Basis (200) einer integrierten Schaltung (20) versiegelt.
Versiegelungsmaterial nach Anspruch 11 oder 12, wobei die hydrophobe Eigenschaft des hydrophoben Elements (502) der ersten Komponente (50) stärker ist als die hydrophobe Eigenschaft des hydrophoben Elements (502) der Zwischenkomponente (52, 53, 54).
Versiegelungsmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei eine Komponente (50, 51, 52, 53, 54, 55) mehrere hydrophobe Elemente (502) mit unterschiedlichen hydrophoben Eigenschaften aufweist.
Versiegelungsmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Dicke des Materials mit den ausgerichteten Komponenten (50, 51, 52, 53, 54, 55) mehr als 100 μm und weniger als 1 mm beträgt.
Versiegelungsmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Komponenten (50, 51, 52, 53, 54, 55) Polymere aufweisen, an deren Ende die Elemente der Paargruppen (510, 511, 520, 521, 530, 531, 540, 541, 550, 551), die hydrophoben Elemente (502), die hydrophilen Elemente (503) und die basisaffinen Elemente (501) angeordnet sind.
Versiegelungsmaterial nach Anspruch 16, wobei die Polymere Epoxidharzpolymere sind.
Versiegelungsmaterial nach Anspruch 16, wobei die Polymere Phenylharzpolymere sind.
Versiegelungsmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 18, wobei die hydrophoben Elemente (502) Siloxangruppen, Alkylgruppen oder aromatische Gruppen sind.
Versiegelungsmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 19, wobei die hydrophilen Elemente (303) Hydroxylgruppen oder Carboxylgruppen sind.
Versiegelungsmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 20, wobei die basisaffinen Elemente (501) halbleiteraffine Elemente sind, vorzugsweise siliziumoxidaffine Elemente.
Versiegelungsmaterial nach Anspruch 21, wobei die basisaffinen Elemente (501) spezifisch mit Siliziumdioxid reagieren und vorzugsweise Siloxanderivate sind.