DE102014112406A1 - Einbettung additiver Partikel in einer Verkapselung einer elektronischen Vorrichtung - Google Patents

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Poh Cheng LIM
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Abstract

Eine elektronische Vorrichtung (100), die einen Träger (102) mit einer Befestigungsfläche (104), mindestens einen elektronischen Chip (108), montiert auf der Befestigungsfläche (104), eine Verkapselung (110), die mindestens teilweise den Träger (102) und den mindestens einen elektronischen Chip (108) einkapselt, und eine Mehrzahl von Kapseln (500) in der Verkapselung (110) umfasst, wobei die Kapseln (500) einen Kern (600) umfassen, der ein Additiv und eine Hülle (602) umfasst, insbesondere eine zerberstbare Hülle (602), die den Kern (600) einschließt.

Description

  • Hintergrund
  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf elektronische Vorrichtungen, ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung, eine Substanz und ein Anwendungsverfahren.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Gehäuse können als verkapselte elektronische Chips mit Leitungen bezeichnet werden, die sich aus der Verkapselung heraus erstrecken und an eine elektronische Peripherie montiert werden können, zum Beispiel auf einer Leiterplatte.
  • Dennoch gibt es noch potentiell Raum, die Gehäusestabilität zu verbessern, während die Produzierbarkeit einfach gehalten wird.
  • Zusammenfassung
  • Potentiell besteht Bedarf, eine Möglichkeit zur Herstellung von elektronischen Vorrichtungen bereitzustellen, die robust sind und mit zumutbarem Aufwand hergestellt werden können.
  • Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung einen Träger mit einer Befestigungsfläche, mindestens einen auf der Befestigungsfläche montierten elektronischen Chip, eine Verkapselung, die mindestens teilweise den Träger und den mindestens einen elektronischen Chip verkapselt, und eine Mehrzahl von Inseln in der Verkapselung umfasst, wobei die Inseln ein haftungsförderndes Material umfassen.
  • Entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wird eine elektronische Vorrichtung oder die Vor-Form einer elektronischen Vorrichtung) bereitgestellt, wobei das Gerät einen Träger mit einer Befestigungsfläche, mindestens einen elektronischen Chip, der auf der Befestigungsfläche montiert ist, eine Verkapselung, die mindestens teilweise den Träger und den mindestens einen elektronischen Chip verkapselt, und eine Mehrzahl von Kapseln in der Verkapselung, wobei jede der Kapseln einen Kern umfasst, der ein Additiv umfasst, und eine Hülle, die den Kern umschließt, umfasst.
  • Entsprechend einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren das Montieren von mindestens einem elektronischen Chip auf der Befestigungsfläche eines Trägers, wobei der Träger und der mindestens eine elektronischen Chip mindestens teilweise durch eine Verkapselung verkapselt wird, und die Einbettung einer Mehrzahl von Kapseln in die Verkapselung, wobei die Kapseln einen Kern umfassen, der ein Additiv und eine Hülle umfasst, die den Kern einschließt, umfasst.
  • Entsprechend noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird eine Substanz zur Förderung der Haftung zwischen verkapselten Komponenten einer elektronischen Vorrichtung bereitgestellt, wobei die Substanz eine Mehrzahl von Kapseln umfasst, die in einer Verkapselung der elektronischen Vorrichtung eingebettet werden können, wobei die Kapseln einen Kern und eine Hülle, die den Kern einschließt, umfassen, wobei der Kern ein haftungsförderndes Material umfasst und wobei die Hülle so gestaltet ist, dass sie als Reaktion auf eine äußere Einwirkung bersten (oder brechen) kann (insbesondere bei einer Stärke, die einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet, um dadurch das Bersten oder Brechen der Hülle auszulösen).
  • Entsprechend noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird eine Substanz zur Anpassung der Bedingungen (wie physikalische und/oder chemische Bedingungen, zum Beispiel Haftungseigenschaften und/oder Härte) in einer Verkapselung, die Komponenten einer elektronischen Vorrichtung verkapselt, bereitgestellt, wobei die Substanz eine Mehrzahl von in einer Verkapselung der elektronischen Vorrichtung eingebetteten Kapseln umfasst, wobei die Kapseln einen Kern und eine den Kern umschließende Hülle umfassen, wobei der Kern ein Additiv umfasst, das in der Lage ist, die Bedingungen in der Verkapselung anzupassen, und wobei die Hülle so gestaltet ist, dass sie als Reaktion auf eine äußere Einwirkung bersten kann.
  • Entsprechend noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Nutzung einer Substanz bereitgestellt, die die oben erwähnten Eigenschaften aufweist – wobei das Additiv ein haftungsförderndes Material umfasst – um die Haftung zwischen verkapselten Komponenten einer elektronischen Vorrichtung zu fördern, wobei das Verfahren die Einbettung der Substanz in die Verkapselung umfasst und bei äußerer Einwirkung ein Bersten der Hülle der Substanz in der Verkapselung hervorruft, um damit das haftungsfördernde Material zur Interaktion mit den verkapselten Komponenten freizusetzen.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform hat den Vorteil, dass Kapseln, die ein Additiv (wie einen Haftvermittler) zur Förderung erwünschter Charakteristika, Eigenschaften oder Bedingungen eines Elektrogeräts beinhalten, in eine Verkapselung integriert oder eingebettet werden können. Solch eine Kapsel kann einen Kern haben, der das Additiv und eine zerberstbare Hülle einschließt und das Additiv davor schützt, vor einer nutzerdefinierten Aktivierung des Berstens freigesetzt zu werden. Solch ein Bersten kann ein definierbarer und reproduzierbarer Vorgang sein, der die das Additiv einschließende Hülle zerstört. Nach Bersten der Hülle kann das Additiv des Kerns Inseln innerhalb der Verkapselung bilden. Dies erlaubt es, intrinsische Eigenschaften der elektronischen Vorrichtung präzise zu definieren, insbesondere um die Robustheit der elektronischen Vorrichtung zu verbessern (wie z. B. eines Gehäuses). Insbesondere kann die Ablösung zwischen Komponenten der elektronischen Vorrichtung effektiv unterdrückt werden, wenn das Additiv ein Haftvermittler ist. Darüber hinaus können unerwünschte Lücken (wie z. B. Luftspalten) in einem Inneren der elektronischen Vorrichtung mit dem Material der Kapseln/Inseln gefüllt werden, wobei sie die mechanischen Eigenschaften der elektronischen Vorrichtung verbessern.
  • Beschreibung weiterer beispielhafter Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen der Verfahren, der Geräte und der Substanz erklärt.
  • In einer Ausführungsform ist die Hülle zerberstbar oder zerstörbar, d. h. sie kann insbesondere unter dem Einfluss von Hitze und/oder Ultraschall und/oder mechanischem Druck bersten, um dabei das Kernmaterial in seine Umgebung im Gehäuse-Inneren abzugeben oder freizusetzen, um eine Interaktion zwischen dem Kernmaterial und der Umgebung zu aktivieren. Die Aktivierung der Funktion des Additivs im Inneren der elektronischen Vorrichtung kann deshalb präzise von einem Nutzer ausgelöst werden, indem der Vorgang des Berstens ausgelöst wird. Obwohl es innerhalb der Verkapselung platziert ist, kann die Aktivierung der Freilassung des Additivs präzise von einem Nutzer ausgelöst werden.
  • In einer Ausführungsform ist ein volumetrischer Gehalt der Inseln (insbesondere eine Dichte der Anzahl der Inseln pro Volumen der Verkapselung) an einer Schnittstelle zwischen der Verkapselung und mindestens einem des Trägers und dem mindestens einen elektronischen Chip im Vergleich zum volumetrischen Gehalt der Inseln in einem Inneren der Verkapselung (zum Beispiel gemittelt über das ganze Volumen der Verkapselung) höher. Deshalb kann die Funktion des haftungsfördernden Materials oder eines anderen additiven Materials der Inseln präzise an den Schnittstellen als potentieller mechanischer Schwachpunkt innerhalb des Geräts auftreten. Zu diesem Zweck ist es möglich, die chemischen Eigenschaften der Kapseln anzupassen, um so die Ansammlung oder Konzentration der Kapseln an gewünschten Orten der elektronischen Vorrichtung mechanisch auszulösen.
  • In einer Ausführungsform ist die Verkapselung eine Formmasse, in welcher die Inseln eingebettet sind. Insbesondere können die Inseln in der Verkapselung mindestens teilweise ohne direkten Kontakt zueinander eingebettet sein. Solch eine Formmasse kann auf der Grundlage von geformten Kügelchen, Partikeln oder Granulat gebildet werden. Die Inseln (oder Kapseln als Vor-Form davon) können in einer Matrix von Formmaterial (zum Beispiel Plastikmaterial) eingebettet sein. Somit können die Kapseln vor dem Verkapselungsvorgang innerhalb der geformten Kügelchen platziert sein. In einer Ausführungsform kann die Mehrzahl von Kapseln durch einen Mold-Fluss in der Verkapselung eingebettet sein.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist die Verkapselung ein Laminat aus einem Stapel von Folien, in und/oder zwischen denen die Inseln eingebettet sind. Insbesondere können die Inseln als mindestens eine Schicht zwischen anliegenden Folien angeordnet sein. In solch einer Ausführungsform können Kapseln in und/oder zwischen Folien oder Schichten oder anderen Strukturen der laminatartigen Verkapselung angeordnet sein. Dies ermöglicht bereits eine Bereitstellung der Kapseln an gewünschten, zum Beispiel mechanisch kritischen Stellen innerhalb der elektronischen Vorrichtung. In solch einer Ausführungsform kann das Verfahren des Weiteren das Bersten der Kapseln durch Pressen der Folie(n) und/oder des Laminats (der Laminate) zwischen den Folien, in denen die Kapseln eingebettet sind, umfassen. Somit löst der Pressvorgang die Freisetzung des Additivs aus.
  • Somit kann die Verkapselung ein Laminat und/oder eine Folie oder eine Mischung aus Laminat und Folie umfassen. In und/oder zwischen Laminat(en)/Folie(n) können die Inseln/Kapseln eingebettet sein, die insbesondere als ein oder mehrere Schnittstellenschichten oder Strukturen an Laminat(en)/Folie(n) angeordnet sind.
  • Zum Beispiel können die Kapseln eine kugelförmige oder im Wesentlichen kugelförmige Form haben.
  • In einer Ausführungsform kann die Anzahl an Kapseln oder Inseln in der Verkapselung größer als zehn, insbesondere größer als einhundert, noch mehr im Besonderen mehr als eintausend sein.
  • In einer Ausführungsform haben mindestens ein Teil der Kapseln oder Inseln eine Abmessung in mindestens einer räumlichen Richtung in einem Bereich zwischen 100 nm und 200 μm, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 μm und 50 μm, noch mehr im Besonderen in einem Bereich zwischen 5 μm und 20 μm. Wenn sie eine Abmessung in einem Größenbereich von Mikrometern haben, können die Inseln oder Kapseln als Mikroinseln oder Mikrokapseln bezeichnet werden. In den beschriebenen Bereichen ist die Abmessung der Inseln oder Kapseln klein genug, um makroskopische Einschlüsse in der elektronischen Vorrichtung zu vermeiden, die die Gerätefunktion verschlechtern könnten. Gleichzeitig sind die angegebenen Bereiche der Abmessungen groß genug, sodass sie in der Lage sind, die Eigenschaften im Inneren der elektronischen Vorrichtung örtlich effektiv zu beeinflussen und insbesondere die Haftung an mechanischen Schwachpunkten an den Schnittstellen lokal zu begünstigen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Gerät des Weiteren eine haftende Struktur, zum Beispiel mindestens eine aus Klebstoff und Lötzinn, zwischen dem Träger und mindestens einem elektronischen Chip. Zum Beispiel kann der Klebstoff ein Epoxid-Klebstoff sein. Zum Beispiel kann das Lötzinn ein Metall oder eine Legierung umfassen. Eine Schnittstelle zwischen der beschriebenen haftenden Struktur, dem Träger und dem elektronischen Chip ist innerhalb eines Gehäuses oder einer elektronischen Vorrichtung in Hinblick auf Ablösung oder mechanische Instabilität eine potentiell kritische Stelle. Durch Bereitstellung von Kapseln/Inseln an oder nahe solcher Schnittstellen kann die mechanische Robustheit dort verstärkt werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Gerät des Weiteren mindestens einen Drahtbond, der mindestens einen elektronischen Chip mit dem Träger elektrisch verbindet. Die verbindenden Stellen zwischen solchen Drahtbonds und dem Chip/Träger sind ein weiterer potentieller Schwachpunkt in Hinblick auf mechanische Stabilität. Die mechanische Robustheit der elektronischen Vorrichtung kann dadurch verstärkt werden, dass Kapseln/Inseln an oder nahe bei solchen verbundenen Bereichen angeordnet werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Gerät des Weiteren mindestens einen Film eines haftungsfördernden Materials an einer Schnittstelle zwischen der Verkapselung und mindestens einem der Träger und dem mindestens einen elektronischen Chip. Solch ein Film kann durch eine Schicht von Kapseln gebildet werden, die speziell nahe an der beschriebenen Schnittstelle platziert sind, wo ein konventionelles Gehäuse zur Ablösung neigt. Die Kapselschicht kann aktiviert werden (zum Beispiel durch Hitze) und wird dann in den Film umgewandelt (der eine Schicht oder auch eine Anzahl von verbundenen Inseln sein kann).
  • In einer Ausführungsform sind mindestens einige der Inseln mit anderen Inseln nicht verbunden. Deshalb können die Inseln in Bezug zueinander insbesondere durch Material der Verkapselung angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform sind mindestens einige der Inseln mit anderen Inseln verbunden. Deshalb können mindestens einige der Inseln eine fortlaufende Struktur bilden. Solch eine fortlaufende Struktur kann eine ebene Schicht oder eine ungeordnete dreidimensionale Struktur sein.
  • In einer Ausführungsform ist ein volumetrischer Gehalt der Kapseln an einer Schnittstelle zwischen der Verkapselung und mindestens einem des Trägers und des mindestens einen elektronischen Chips höher im Vergleich zum Inneren der Verkapselung. Das kann zum Beispiel erreicht werden, indem die Kapseln mit einer hydrophobischen Außenfläche ausgestattet werden, und dabei wird die Anhäufung der Kapseln an den Schnittstellen-Abschnitten gefördert.
  • In einer Ausführungsform kann das Verhältnis zwischen dem Volumen der Kapseln oder Inseln auf der einen und dem Volumen des Verkapselungsmaterials auf der anderen Seite weniger als 10% sein, insbesondere in einem Bereich zwischen 1% und 10%. Deshalb können schon sehr kleine Beträge von Kapsel-/Insel-Material ausreichen, das gewünschte Resultat einer verbesserten mechanischen Robustheit des Gehäuses oder der elektronischen Vorrichtung zu erzielen. Dies gilt insbesondere, wenn die Kapseln/Inseln an kritischen mechanischen Stellen angehäuft werden, insbesondere an Schnittstellen zwischen verschiedenen Materialien.
  • In einer Ausführungsform sind die Kapseln so gestaltet, dass sie bei Anwendung einer äußeren Einwirkung mit einem Wert (zum Beispiel einem Temperaturwert), einer Kraft (zum Beispiel mechanischer Druck) oder Intensität (zum Beispiel von Ultraschall) über einem jeweiligen Schwellenwert zerbersten können. In anderen Worten kann das Bersten dann verhindert werden, wenn der Schwellenwert nicht erreicht oder überschritten wird. Dadurch kann eine präzise Kontrolle der Aktivierung des Additivs erreicht werden.
  • In einer Ausführungsform sind die Kapseln so gestaltet, dass sie bei mindestens einer Anwendung von thermischer Energie, Druck und Ultraschall zerbersten können. Zum Beispiel können die Kapseln so gestaltet sein, dass die Hüllen nur bei Überschreitung einer Schwellentemperatur bersten oder brechen. Zusätzlich oder alternativ können die Kapseln so gestaltet sein, dass die Hüllen nur bei Überschreitung einer Schwellenintensität von Ultraschallwellen bersten oder brechen. Des Weiteren können zusätzlich oder alternativ die Kapseln so gestaltet sein, dass die Hüllen nur bei Überschreitung eines Schwellendruckwerts oder einer mechanischen Last bersten oder brechen. Die beschriebenen Mechanismen ermöglichen alle eine präzise Kontrolle der Aktivierung des Freisetzens von Additiven aus den Kapseln heraus.
  • In einer Ausführungsform haben die Hüllen eine hydrophobe Außenfläche. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „hydrophob” insbesondere die physikalische Eigenschaft der Außenflächen der Kapseln bezeichnen, dass sie wasserabstoßend sind. Äußere hydrophobe Kapseln können unpolar sein, andere neutrale Moleküle und nichtpolare Materie bevorzugen. Beispiele hydrophober Moleküle beinhalten Alkane, Öle und Lipide, die die Außenfläche der Kapseln bilden können. Wenn die Außenfläche der Hüllen eine hydrophobe Beschaffenheit hat, hat dies den signifikanten Vorteil, dass die Kapseln in Hinblick auf das chemische Verhalten der äußeren hydrophoben Kapseln dazu neigen, sich an Schnittstellen zwischen Materialien anzuhäufen, wo eine mechanische Instabilität, wie die Gefahr der Ablösung, vermutlich auftreten würde, wenn von den Kapseln kein Additiv bereitgestellt würde. So kann durch äußere hydrophobe Kapseln der Betrag des Additivs, welches in einer Verkapselung benötigt wird, und somit die Störung der elektronischen Vorrichtung sehr gering gehalten werden.
  • Insbesondere kann die hydrophobe Außenfläche der Kapseln durch eine Einzelschicht (zum Beispiel eine Graphen-Einzelschicht) gebildet werden, sodass die Kapseln mit dem gewünschten äußeren chemischen Verhalten bereitgestellt werden können, ohne die Größe der Kapseln und somit der elektronischen Vorrichtung zu vergrößern.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Hülle Polymilchsäure (PLA), die mit Graphenoxid und/oder einem thermoplastischen Polymer beschichtet sind. Obwohl andere Materialien als PLA für die Hüllen möglich sind, tendiert PLA dazu, in Abwesenheit von exzessiver Hitze und exzessivem Ultraschall und exzessivem Druck mechanisch stabil zu sein. In Anwesenheit von signifikanter Hitze und/oder signifikantem Ultraschall wird PLA dennoch reproduzierbar zerborsten oder zerstört, um dabei das Additiv in seinem Inneren freizusetzen. Die Hüllen können deshalb als extern kontrollierbare vorbestimmte Bruchstellen zum Freisetzen des Additivs innerhalb der Verkapselung agieren.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Additiv mindestens einen aus der Gruppe, die aus einem Haftvermittler (insbesondere aus beschichteten Füllstoffpartikeln wie einem Silika-Füllstoff), ein thermoplastisches Harz, einem Katalysator, einem Mittel zur Spannungsentlastung, einem Gummi, einem hydrophoben Material und einem Härter besteht. Zum Beispiel können 3-Isocyanatpropyltriethoxysilan, N-2-(Aminoethyl)-3-Aminopropyltrimethoxysilan als Haftvermittler eingesetzt werden. Obwohl der Gebrauch eines Haftvermittlers als Additiv vorzuziehen ist, ist es zusätzlich oder alternativ auch möglich, eine andere Art von Additiven für die Inseln und/oder die Kapseln zu nutzen, zum Beispiel um die Robustheit des Elektrogeräts oder seiner dielektrischen Eigenschaften weiter zu verbessern etc.
  • Additive mit hydrophoben Eigenschaften können zu dem Zweck bereitgestellt werden, die Feuchtigkeitsabsorption an der Oberfläche (zum Beispiel Teflon, Polytetrafluoroethylen) zu reduzieren. Additive können auch bereitgestellt werden, um Wärmeabfuhr-Eigenschaften zu verbessern etc. Zum Beispiel können Organophosphin, Imidazol als Katalysator genutzt werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Additiv ein thermoplastisches Material, das unter Anwendung von thermischer Energie fließfähig wird. Entsprechend können auch die Inseln aus thermoplastischem Material gemacht sein. Solche Additive mit thermoplastischer Eigenschaft fließen nach Anwendung von Hitze wieder, sodass es diese Materialeigenschaft ermöglicht, dass Lücken mit dem wieder fließenden thermoplastischen Material aufgefüllt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die elektronische Vorrichtung als Flip-Chip-Gehäuse gestaltet sein. Insbesondere kann ein solches Flip-Chip-Gehäuse eine Zusammenschaltung des/der elektronische(n) Chip(s) mit einer externen Beschaltung mit Lötzinn-Erhebungen haben, die auf der Chip-Kontaktstelle abgelagert wurden. Andere Konfigurationen von elektronischen Vorrichtungen in Flip-Chip-Technik mit den oben erwähnten Inseln und/oder Kapseln sind dennoch ebenso möglich.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren des Weiteren ein Bersten der Kapseln durch die Anwendung von mindestens einer der Möglichkeiten von thermischer Energie, Druck und Ultraschall, um dabei das Additiv in direkte Interaktion mit mindestens der Verkapselung, dem Träger, dem mindestens einen elektronischen Chip und einem verbindenden System, wie einem Bonddraht, zu bringen. Somit können die Kapseln zuerst in Richtung der gewünschten Stellen innerhalb der elektronischen Vorrichtung bewegt werden (zum Beispiel als Konsequenz ihrer Außenflächen-Eigenschaften, denen entsprechend sie in Richtung bestimmter Material-Schnittstellen gezwungen werden können, während sie eine niedrigere Tendenz haben, sich an oder in anderen Materialien anzuhäufen), und sie können in der Folge angeregt werden, ihr Additiv (z. B. einen Haftvermittler) insbesondere durch exzessive Zufuhr von Energie freizusetzen. Indem diese Maßnahme ergriffen wird, können Inseln gebildet werden, die aus Material (insbesondere Kernmaterial) gebildet werden, das aus den Kapseln fließt.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren des Weiteren das Bersten der Kapseln durch Ausführung (d. h. während und ausgelöst durch) eines (einen) Reflow-Lötvorgang(s). Wenn der Reflow-Lötvorgang durchgeführt wird, kann das (zum Beispiel zuvor flüssige, halbflüssige oder viskose) Material der Verkapselung bereits vollständig ausgehärtet oder vollständig fest sein. Bei einem Bersten während des Reflow-Lötvorgangs ist kein gesonderter Vorgang des Berstens nötig, was das Verfahren hochgradig effizient und schnell macht. Sogar wenn ein separater Vorgang des Berstens bereits bei Start des Reflow-Lötvorgangs ausgeführt worden ist, können potentiell übrig gebliebene Kapseln, die während des Berst-Vorgangs noch nicht zerbrochen worden sind, während des Reflow-Lötvorgangs zerbrochen werden, wobei sie die Berst-Effizienz bis zu einem Wert von zum Beispiel sehr nahe an 100% steigern.
  • In einer Ausführungsform wird das Bersten vor einem Aushärtungsprozess nach der Verkapselung ausgeführt. Zum Beispiel können die Kapseln zerbrochen werden, während das Material der Verkapselung noch in einem fließfähigen, viskosen, flüssigen oder halbfesten (d. h. noch nicht vollständig ausgehärteten) Phasenzustand ist. Insbesondere ist unter solchen Bedingungen das Additiv in den Kapseln innerhalb der noch nicht vollständig festen Verkapselung noch ein wenig fließfähig, wodurch es eine Diffusion des Additivmaterials an die gewünschten Schnittstellen im Inneren der elektronischen Vorrichtung ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren des Weiteren das Anhäufen der Kapseln um mindestens einen aus einer Gruppe bestehend aus dem mindestens einen elektronischen Chip, dem Träger, einem Bonddraht und einer haftenden Struktur. Insbesondere sind die Schnittstellen zwischen den erwähnten Komponenten der elektronischen Vorrichtung normalerweise anfällig für eine Ablösung, die Bildung unerwünschter Luftspalten und mechanische Instabilität und können durch die Bereitstellung von Kapseln/Inseln mit den beschriebenen Eigenschaften signifikant stabiler gemacht werden. Durch solch eine beabsichtigte Anhäufung von Kapseln speziell in kritischen Volumen der Verkapselung, während Kapseln bei weniger kritischen Volumen der Verkapselung dezimiert werden, können die Kapseln effizient genutzt werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Verkapselung elektrisch isolierendes Material oder dielektrisches Material sein. Zum Beispiel kann eine solche Verkapselung eine Gussmasse oder eine Silikonmasse oder eine Sprühbeschichtung auf Polyimid-Basis oder ein Laminat auf Grundlage eines Blech-Stapels sein. Die Verkapselung kann aus einem wärmehärtenden Material oder einem thermoplastischen Material bestehen. Die Verkapselung kann durch Spritzpressen, Spritzguss usw. ausgebildet werden. Die Verkapselung kann auch ein Laminat oder ein Folienstapel (zum Beispiel aus einem Polymermaterial) sein. Für die Gehäuse, Formteile oder Verkapselung kann ein Kunststoffmaterial oder ein keramisches Material verwendet werden.
  • In einer Anwendungsform kann der Träger ein Leadframe sein oder einen Leadframe umfassen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Träger eine elektrisch isolierende (und vorzugsweise wärmeleitende) Struktur und eine elektrisch leitende Struktur darauf und/oder darin. Insbesondere kann der Träger als eine der Gruppen konfiguriert sein, die aus einem Direct-Bonded-Copper(DCB)-Substrat und einem Direct-Bonded-Aluminium(DAB)-Substrat bestehen.
  • Der eine oder mehrere elektronische Chips können Halbleiter-Chips sein, insbesondere Dies. In einer Ausführungsform ist der mindestens eine elektronische Chip als Leistungshalbleiter-Chip konfiguriert, der insbesondere mindestens eine der Gruppen umfasst, die aus einer Diode und einem Transistor bestehen, insbesondere einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode. Entsprechend kann das Gerät als Leistungsmodul konfiguriert sein. Zum Beispiel kann der eine oder mehrere elektronischen Chips als Halbleiter-Chips für Leistungsanwendungen verwendet werden, zum Beispiel im Automobilbereich.
  • Dennoch ist es auch möglich, andere Arten von elektronischen Chips in die Verkapselung einzubetten, wie logische Chips, Speichergeräte oder ähnliche. In einer Ausführungsform kann mindestens ein elektronischer Chip ein Logik-IC oder ein elektronischer Chip für RF-Leistungsanwendungen sein. Jeder der Chips kann einen Mikroprozessor, ein mikroelektromechanisches System (MEMS), einen Sensor (zum Beispiel einen Drucksensor oder Beschleunigungssensor) etc. umfassen.
  • Als Substrat oder Wafer für die elektronischen Chips kann ein Halbleiter-Substrat, vorzugsweise ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ kann ein Siliziumoxid oder ein anderes Isoliersubstrat vorgesehen sein. Es ist auch möglich, ein Germanium-Substrat oder ein III-V-Halbleiter-Material zu implementieren. Zum Beispiel können beispielhafte Ausführungsformen in der GaN- oder SiC-Technologie umgesetzt werden.
  • Die oben genannten und andere Objekte, Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Teile oder Elemente die gleichen Referenznummern aufweisen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die zugehörigen Zeichnungen, die für ein weitergehendes Verständnis der beispielhaften Ausführungsformen hinzugefügt wurden und einen Teil der Patentschrift darstellen, veranschaulichen die beispielhaften Ausführungsformen.
  • In den Zeichnungen:
  • zeigt 1 einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • zeigt 1A ein Detail eines Teils der elektronischen Vorrichtung aus 1.
  • zeigt 2 eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen elektronischen Vorrichtung.
  • zeigt 3 eine Explosionsdarstellung der elektronischen Vorrichtung aus 2.
  • zeigt 4 einen Ablaufplan, der ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung in Übereinstimmung mit einem Halbleitergehäuse-Prozessablauf entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • zeigt 5 einen Mechanismus zur Lieferung von Mikrokapseln in eine Form-Verkapselung der elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • zeigt 6 eine Querschnittsansicht einer Kapsel einer Substanz zur Förderung der Haftung innerhalb der elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • zeigt 7 eine Querschnittsansicht der elektronischen Vorrichtung, die Kapseln an einer Schnittstelle zwischen einer Gussmassen-Verkapselung auf der einen Seite und einem Leadframe-Träger oder einem elektronischen Chip/Die auf der anderen Seite umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform vor und nach der Anwendung von Ultraschall.
  • zeigt 8 eine Querschnittsansicht der elektronischen Vorrichtung, die Kapseln innerhalb einer Gussmassen-Verkapselung, gemischt mit Füllstoffen der elektronischen Vorrichtung, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform vor und nach der Anwendung von Ultraschall umfasst.
  • zeigt 9 einen Mechanismus zur Lieferung von Mikrokapseln in eine Schicht-Verkapselung einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die Abbildung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • Bevor die beispielhaften Ausführungsformen Bezug nehmend auf die Figuren detaillierter beschrieben werden, werden einige generelle Überlegungen auf der Grundlage der entwickelten beispielhaften Ausführungsformen zusammengefasst.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform bezieht sich auf eine Halbleiter-Gehäusetechnologie, die eine intelligente Verschluss-Verkapselung nutzt. Indem ein Ablösungs-Inhibitor zur Verfügung gestellt wird, wir es ermöglicht, Ablösungsprobleme im Inneren eines Gehäuses zu lösen. Potentielle Positionen oder Bereiche innerhalb einer elektronischen Vorrichtung (wie einem Gehäuse), an oder in welchen es normalerweise ein Risiko einer Ablösung gibt, sind Schnittstellen zwischen Verkapselung (zum Beispiel Formmasse) und elektronischem Chip (zum Beispiel Die), Verkapselung (wie einer Formmasse) und einem Träger (wie einem Leadframe), Verkapselung (wie einer Formmasse) und einem Klebstoff etc. Entsprechend kann eine exemplarische Ausführungsform eine signifikante Unterdrückung oder sogar Eliminierung der Ablösung durch die Verbesserung der Haftung und des Spannungsabbaus durch ein mit Haftvermittler beschichtetes Siliziumoxid als Additiv, das als Inseln/Kapseln in der Verkapselung bereitgestellt wird, erreicht werden. Das kann am Ende in einer signifikanten Verbesserung der Gehäusestabilität resultieren.
  • Insbesondere ist es möglich, eine verbesserte Gehäusestabilität über Mikrokapseln mit Additiven, die insbesondere in einer oder mehreren der folgenden Bereiche verteilt sein können, zu erreichen:
    • – der Grenzfläche zwischen Formmasse und Leadframe
    • – der Grenzfläche zwischen Die und Formmasse
    • – der Grenzfläche zwischen Klebstoff und Formmasse
    • – der Grenzfläche zwischen Draht und Formmasse
    • – innerhalb der Formmasse selbst
  • Die dadurch verbesserte Gehäusestabilität kann durch Mikrokapseln, die Additive enthalten, die auf die beschriebenen und/oder andere Bereiche innerhalb der Verkapselung verteilt sind, erhalten werden.
  • Somit können intelligente Mikrokapseln bereitgestellt werden, die Additive mit der Fähigkeit oder Eigenschaft enthalten, sich in einer Formmasse gut zu verteilen. Darüber hinaus können solche Kapseln die Eigenschaft haben, dass induzierte Hitze und/oder Ultraschall die Mikrokapseln zerbrechen und dadurch das Additiv an einer oder mehreren der angrenzenden Oberflächen freisetzen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Verhalten der Mikrokapsel-Oberfläche hydrophob und sie wird deshalb durch oder mit dem Mold-Fluss an die angrenzende Oberfläche geführt. Additive können dann über Ultraschallenergie und/oder Hitze freigesetzt werden. Die Anwendung von Hitze kann zum Beispiel das Erwärmen der elektronischen Vorrichtung auf mindestens 180°C, zum Beispiel für ein Zeitintervall zwischen 15 Minuten und 30 Minuten, mit einbeziehen. Die Anwendung von Ultraschallenergie kann zum Beispiel eine Behandlung mit Ultraschall für ein Zeitintervall zwischen 1 Minute und 5 Minuten mit einbeziehen. In einer Ausführungsform können temperaturempfindliche Mikrokapseln während des Reflow-Lötens (zum Beispiel bei Temperaturen von 260°C) zerbrochen werden, um Luftspalten im Inneren der elektronischen Vorrichtung zu schließen.
  • Die Robustheit des Halbleiter-Gehäuses kann durch entsprechende Anpassung oder Modifizierung der Additivzusammenstellung in der Mikrokapsel verbessert werden, ohne die Form-Fließfähigkeit, die Gelierzeit und die Entgratbarkeit der Form zu beeinflussen. Die chemische Resistenz an Materialschnittstellen kann durch Anheben der Härtbarkeit von Harz durch einen Katalysator oder einen Härter ohne einen Anstieg des Modulus der Massenverbindung verbessert werden. Somit kann ein großer Bereich von Hochleistungs-Additiven wie Haftvermittler in Mikrokapseln etc. genutzt werden, ohne die Formbarkeit und Freisetzbarkeit zu beeinflussen.
  • Mit den Mikrokapseln ist es möglich, den Gehalt von Haftvermittlern/verkapseltem Additiv in einer Formmasse signifikant zu reduzieren. Somit ist nicht länger ein hochgradig übermäßiger Einsatz eines Haftvermittlers für eine Nebenreaktion notwendig (dies kann konventionell von einem negativen Effekt auf die Verbundstoff-Eigenschaften begleitet sein). Dies ist zum Beispiel für Schwefel-basierte Inhaltsstoffe mit einer geringeren Einwirkung auf die Metallzersetzung wichtig.
  • In einer Ausführungsform ist es möglich, Kapseln des beschriebenen Typs vorteilhaft nicht nur für die Formmassen-Bauweise, sondern auch für Schichtbleche (für Gehäuse mit eingebetteten Chips) zu nutzen. Hier können die Kapseln als eigene Schicht oder Blech am Boden oder oben am Laminat laminiert/angebracht werden. Das Zerbrechen der Kapseln kann durch mechanischen Druck während des Laminierungsprozesses ausgelöst werden, besonders wenn dies von einer ausreichend hohen Temperatur (z. B. über 175°) begleitet wird.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 oder eines Gehäuses gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Die elektronische Vorrichtung 100 ist als eine Halbleiterchip-Vorrichtung in einem Gehäuse konfiguriert. Die elektronische Vorrichtung 100 umfasst einen Träger 102, verkörpert als Leadframe aus Kupfermaterial, das eine Befestigungsfläche 104 hat. Ein elektronischer Chip 108 (alternativ eine Mehrzahl von elektronischen Chips 108), die zum Beispiel als Halbleiter-Leistungschip gestaltet sein können, ist mechanisch mit einer haftenden Struktur 112, wie einem Klebstoff (zum Beispiel einem elektrisch leitenden Klebstoff) oder Weichlot, auf der Befestigungsfläche 104 montiert. Durch die gleiche Verbindung ist/sind einer oder mehrere Bondpads (nicht dargestellt) an der unteren Hauptoberfläche des elektronischen Chips 108 elektrisch an dem Träger 102 gekoppelt. Die Bonddrähte 114 verbinden elektrisch einen oder mehrere Bondpads (nicht dargestellt) an der oberen Hauptoberfläche des elektronischen Chips 108 mit den jeweiligen Abschnitten des Trägers 102.
  • Eine Verkapselung 110, die hier als Formmasse aus Plastikmaterial gestaltet ist, verkapselt nur teilweise den Träger 102, sodass exponierte Verbindungsabschnitte des Trägers 102 zur elektrischen Verbindung der elektronischen Vorrichtung 100 mit einem peripheren Gerät, wie einer Leiterplatte (nicht dargestellt) sich aus der Verkapselung 110 heraus erstreckt. Die Verkapselung 110 verkapselt des Weiteren vollständige den elektronischen Chip 108, die Bonddrähte 114, die haftende Struktur 112 und eine Mehrzahl von Inseln 106 in der Verkapselung 110.
  • Zum Beispiel kann die Anzahl von Inseln 106 in der Verkapselung größer als 10, insbesondere größer als 100, und im Besonderen größer als 1000 sein. Die Inseln 106 umfassen ein haftungsförderndes Material oder ein anderes Additiv, das die Eigenschaften der elektronischen Vorrichtung 100 anpasst. Die Inseln 106 sind innerhalb der Verkapselung 110 ohne direkten Kontakt zueinander eingebettet, d. h. sie sind räumlich getrennte Strukturen. Die zum Beispiel perlenförmigen Inseln 106 können Abmessungen in einem Bereich zwischen 5 μm und 20 μm in alle räumlichen Richtungen haben.
  • Die elektronische Vorrichtung 100 umfasst des Weiteren Schichten 116 an Schnittstellen zwischen der Verkapselung 110 auf der einen und dem Träger 102 und dem elektronischen Chip 108 auf der anderen Seite. In der dargestellten Ausführungsform umfassen auch die Schichten 116 das haftungsfördernde Material, das auch die Inseln 106 umfassen. Wie 7 zu entnehmen ist, können die Schichten 116 aus entsprechend behandelten Kapseln 500 gebildet werden, wie unten stehend beschrieben wird.
  • Somit verbessert die Anwesenheit der haftungsfördernden Inseln 106 auf der einen Seite innerhalb der Verkapselung 110 die interne Robustheit der Verkapselung 110, wohingegen die Anwesenheit der haftungsfördernden Schichten 116 die interne Robustheit der Verkapselung 110 und des elektronischen Chips 108, des Trägers 102, der haftenden Struktur 112 und optional auch der Bonddrähte 114 auf der anderen Seite verbessert. Dies ist insbesondere im Detail 150 in 1A gut dargestellt.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen elektronischen Vorrichtung 200. Die elektronische Vorrichtung 200 hat einen Träger 202, eine haftende Struktur 212, einen elektronischen Chip 208, eine Verkapselung 210 und Bonddrähte 214.
  • 3 zeigt eine Explosionsansicht der elektronischen Vorrichtung 200 aus 2. Die Punkte 300 zeigen kritische Positionen und Schnittstellen des Gehäuses, an welchen konventionell eine Ablösung oder schlechte Haftung zwischen und/oder in den Komponenten auftreten kann.
  • Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform werden das haftungsfördernde Material der Inseln 106 und die Schichten 116 speziell an einer oder mehreren der Positionen entsprechend den Punkten 300 zur Verfügung gestellt, um Schnittstellen zwischen verschiedenen Materialien der Komponenten der elektronischen Vorrichtung 200 anzuzeigen. Dies erhöht die Gehäusestabilität entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform signifikant.
  • 4 zeigt einen Ablaufplan 400, der ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einem Halbleitergehäuse-Prozessablauf entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
  • In einem Vorgang 402 wird ein Diebonding durchgeführt, d. h. der elektronische Chip 108 wird durch die haftende Struktur 112 mit der Hauptoberfläche 104 am Träger 102 verbunden.
  • In einem nachfolgenden Vorgang 404 wird das Drahtbonding durchgeführt, d. h. die Bonddrähte 114 werden bereitgestellt, um den elektronischen Chip 108 mit dem Träger 102 elektrisch zu verbinden.
  • In einem weiteren nachfolgenden formenden Vorgang 406 wird eine Formung durchgeführt, d. h. die Verkapselung 110, die als Formmasse verkörpert ist, die Kapseln enthält (vergleiche die Beschreibungen aus 5 bis 8) ist so geformt, dass sie teilweise den Träger 102 und komplett die haftende Struktur 112, den elektronischen Chip 108 und die Bonddrähte 114 einkapselt.
  • Direkt nach dem formenden Vorgang 406 wird das Bersten einer Kapselhülle durchgeführt, wie durch Referenznummer 408 angegeben. Dadurch werden die oben angegebenen Kapseln zerbrochen, sodass haftungsförderndes Material aus den Kapseln freigegeben wird, um dabei insbesondere die Inseln 106 und/oder die Schichten 116 zu bilden. Die Maßnahme zum Bersten der Kapselhülle kann durch die Anwendung von Ultraschall und/oder die Anwendung von Hitze verkörpert werden.
  • Nach der Maßnahme zum Bersten der Kapselhülle kann ein Spritzguss-Härtungsverfahren 410 ausgeführt werden, um das Material der Verkapselung 110 zu härten. Zum Beispiel kann eine zuvor halbfeste Verkapselung 110 im Spritzguss-Härtungsverfahren 410 komplett gefestigt werden.
  • Wenn zum Bersten der Kapseln nach dem Formen und vor dem Spritzguss-Härten Ultraschall und/oder Hitze an der elektronischen Vorrichtung 100 oder ihrer Vorform angewendet werden, kann die Verkapselung 110 in einem halbfesten Zustand sein, d. h. in einem Zustand zwischen einem flüssigen und einem festen Zustand. Alternativ kann die Verkapselung 110 zum Zeitpunkt des Berstens noch in einem flüssigen Zustand oder bereits in einem festen Zustand sein.
  • Nach dem Spritzguss-Härtungsverfahren 410 ist die elektronische Vorrichtung 100 oder das Gehäuse komplett gehärtet.
  • 5 zeigt einen Mechanismus zur Lieferung von Mikrokapseln 500 in eine Verkapselung 110 einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Genauer gesagt stellt 5 Details eines Mikrokapsel-Verfahrensmechanismus eines Liefersystems entsprechend einer exemplarische Ausführungsform dar.
  • Wie der Darstellung A zu entnehmen ist, umfasst die beschriebenes Verfahren zur Herstellung der elektronischen Vorrichtung 100 die Einbettung einer Mehrzahl von Kapseln 500 in der Verkapselung 110. Wie in der unten beschriebenen 6 gezeigt, umfasst jede der Kapseln 500 einen Kern 600, der ein Additiv und eine den Kern 600 einschließende Hülle 602 umfasst. Die Hüllen 602 haben eine hydrophobe Außenfläche 604. Die Hüllen 602 umfassen zum Beispiel mit einer Einzelschicht von Graphenoxid beschichtete Polymilchsäure. Das Additiv kann ein haftungsförderndes Material umfassen oder aus einem solchen bestehen.
  • Wie der Darstellung A zu entnehmen ist, sind die Kapseln 600 in einem nicht gehärteten Formmasse-Pellet 550 gut verteilt. In anderen Worten können Formmasse-Pellets 550, welche die Kapseln 600 in einer Matrix des Verkapselungsmaterials (wie einem Formmasse-Material) einschließen, der Ausgangspunkt für eine Verkapselung (insbesondere Formung) sein, siehe Referenz Nummer 110. Die Mehrzahl der Kapseln 500 kann in einem Mold-Fluss in der Verkapselung 110 eingebettet sein.
  • Wie der Darstellung B zu entnehmen ist, kann das Verfahren des Weiteren das Befestigen des elektronischen Chips 108 an der Befestigungsfläche 104 des Trägers 102 umfassen, wobei die Bonddrähte 114 gebildet werden, und die teilweise Verkapselung des Trägers 102 sowie die vollständige Verkapselung des elektronischen Chip 108 und der Bonddrähte 114 durch die Verkapselung 110 einschließlich der Kapseln 500. Wie der Darstellung B des Weiteren zu entnehmen ist, umfasst das Verfahren darüber hinaus das Anhäufen oder örtliche Konzentrieren der Kapseln 500 um Materialschnittstellen zwischen der Verkapselung 110, dem elektronischen Chip 108, dem Träger 102, dem Bonddraht 114 und der haftenden Struktur 112 (nicht dargestellt in 5). Dies kann durch das Konfigurieren der Kapseln 500 vervollständigt werden, sodass diese eine hydrophobe Außenfläche 604 haben. Die Darstellung B zeigt auch, dass die Verteilung der Kapseln 500 innerhalb der Verkapselung 110 uneinheitlich ist. Als Resultat der Anhäufung ist der volumetrische Anteil oder die Dichte (in Hinblick auf Anzahl oder Volumen der Kapseln 500 pro Volumen der Verkapselung 110) des haftungsfördernden Materials in Form der Kapseln 500 im Inneren der Verkapselung 110 im Vergleich zu anderen Bereichen innerhalb der Verkapselung 110 an/nahe bei den Schnittstellen zwischen der Verkapselung 110 auf der einen Seite und dem Träger 102 und dem elektronischen Chip 108 auf der anderen Seite höher. Auch an exponierten Oberflächenabschnitten der Verkapselung 110 ist der volumetrische Anteil der Kapseln 500 örtlich erhöht.
  • Während des Spritzpressens werden die Kapseln 500 mit ihrer hydrophoben Oberfläche an die Oberfläche des Trägers 102 geschoben, präziser an die Leadframe-Oberfläche. Sie werden aufgrund von Unterschieden der hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften auch in Richtung der Oberfläche des elektronischen Chips 108 geschoben, d. h. der Die-Oberfläche und der Oberfläche der Verkapselung 110, d. h. der Form-Oberfläche. In anderen Worten bewegen sich wegen der hydrophoben Eigenschaft der Außenfläche 604 der Kapseln 500 die Kapseln 500, oder mindestens ein mehr als proportionaler (oder disproportionaler) Teil davon, selbständig in Richtung der erwähnten Ziel-Schnittstellen (insbesondere der Schnittstellen, an denen konventionell die Gefahr der Ablösung besteht). Nach dem Formen wird ein signifikanter Anteil der Kapseln 500 an der Leadframe-Oberfläche, der Matrizen-Oberfläche und der Formmassen-Oberfläche lokalisiert.
  • Wie der Darstellung C zu entnehmen ist, umfasst das Verfahren des Weiteren das Bersten der Kapseln 500 unter Anwendung thermischer Energie und/oder von Ultraschall. Die Kapseln 500, präziser ihre Hüllen 602, sind so gestaltet, dass sie unter Anwendung thermischer Energie und/oder von Ultraschall bersten. Indem die Kapseln 500 zum Bersten gezwungen werden, wird das Additiv ihres Kerns 600 in direkte Interaktion mit der daneben gestellten Verkapselung 110, dem Träger 102 und dem elektronischen Chip 108 gebracht. Dadurch kann eine Ultraschall-Aktivierung durchgeführt werden, um die Wände der Kapsel 500 zu zerstören, und Hitze kann angewendet werden, um das Additiv an die Grenzflächen-Positionen zu diffundieren. Als Konsequenz wir das haftungsfördernde Material freigesetzt und an der Formmassen-Oberfläche und den beschriebenen Schnittstellen lokalisiert.
  • Wie der Darstellung C in Kombination mit Darstellung B zu entnehmen ist, wandelt sich der örtlich gestiegene volumetrische Anteil oder die Dichte der Kapseln 500 in der Verkapselung 110 vorteilhaft in einen örtlich gestiegenen volumetrischen Anteil oder Dichte der Inseln 106 in der Verkapselung 110.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kapsel 500 einer Substanz zur Förderung der Haftung innerhalb der elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Deshalb zeigt 6 die detaillierte Struktur der Kapseln 500, die bereits mit Bezug auf 5 beschrieben wurde.
  • Die Kapselwand oder Hülle 602 kann aus mit Graphenoxid beschichtetem PLA oder thermoplastischem Polymer hergestellt werden und ist deshalb so gestaltet, dass sie durch Ultraschallenergie und/oder Hitze zerstört werden kann.
  • Die hydrophobe Oberfläche 604 fördert die automatische Bewegung der Kapseln 500 in Richtung ihrer gewünschten Zielorte, d. h. den mechanischen Schwachpunkten.
  • Additiv für Verkapselungsmaterial, wie ein auf Siliziumoxid-Füllstoff beschichteter Haftvermittler (oder zusätzlich oder alternativ andere Additive wie thermoplastisches Harz, Katalysator und/oder Härter) wird durch den Kern 600 bereitgestellt. Andere angemessene Additive, die durch den Kern 600 bereitgestellt werden können, sind Gummi-material, ein Spannungsabbausystem oder eine Spannungsabbau-Substanz, eine Substanz mit hydrophoben Eigenschaften etc.
  • Zum Beispiel kann eine Dicke d der gesamten Kapsel 500 in einem Bereich zwischen 100 nm und 200 μm liegen, insbesondere zwischen 5 μm und 20 μm. Eine Dicke l der Hülle 602 (einschließlich hydrophober Außenfläche 604) kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 30 nm und 4 μm liegen, insbesondere zwischen 0,5 μm und 1 μm. Eine Dicke s der Schicht, die die hydrophobe Außenfläche 604 der Hülle 602 bildet, kann in der Größenordnung von Angstroms zu Nanometern liegen. Zum Beispiel kann sie eine Einzelschicht sein, d. h. eine einzelne atomare oder molekulare Schicht.
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 100, die Kapseln 500 an einer Schnittstelle zwischen einer Gussmassen-Verkapselung 110 auf der einen Seite und einem Leadframe-Träger 102 oder einem elektronischen Chip 108/Die auf der anderen Seite, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform vor (linke Seite) und nach (rechte Seite) der Anwendung von Ultraschall, umfasst. Referenznummer 700 kennzeichnet Luftspalten oder einen potentiellen Ablösungsbereich, der hier als leere Schicht gestaltet ist.
  • Durch das Bersten der Kapseln 500 durch Aktivieren einer Ultraschallquelle (nicht dargestellt), wie durch Pfeil 720 gekennzeichnet, werden die Luftspalten 700 mit Film 116, der durch Material der Kerne 600 der Kapseln 500 gebildet wird, aufgefüllt. Material der Hüllen 602 kann sich an anderen Stellen anhäufen, zum Beispiel an einer Oberfläche der Verkapselung 110, wie der Referenznummer 740 zu entnehmen ist.
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 100, die Kapseln 500 innerhalb einer Gussmassen-Verkapselung 110, gemischt mit Füllstoffen 760, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform vor (linke Seite) und nach (rechte Seite) der Anwendung von Ultraschall, umfasst.
  • Referenznummer 700 kennzeichnet wiederum Luftspalten oder einen potentiellen Ablösungsbereich, der hier als leere Inseln gestaltet ist.
  • Durch das Bersten der Kapseln 500, wie durch Pfeil 820 gekennzeichnet, werden die Luftspalten 700 mit Material der Kerne 600 der Kapseln 500 aufgefüllt, wobei sie die aufgefüllten Inseln 106 bilden.
  • 9 zeigt einen Mechanismus zur Lieferung von Kapseln 500 in eine Schicht-Verkapselung 110 einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Der Kürze halber werden die Darstellungen A, B und C der 9 nur kurz beschrieben und es wird jeweils eine zusätzliche Referenz zu den entsprechenden Darstellungen A, B und C der 9 hergestellt.
  • Wie der Darstellung A zu entnehmen ist, umfasst die beschriebenes Verfahren zur Herstellung der elektronischen Vorrichtung 100 die Einbettung einer Mehrzahl von Kapseln 500 (welche entsprechend der 6 konfiguriert werden können) in der Verkapselung 110. Darstellung A zeigt, dass die Kapseln 600 im nicht gehärteten Laminat 900 oder dem Folienmaterial gut verteilt sind.
  • Während eines nachfolgenden Laminierungsvorgangs zwingt die Tatsache, dass die Kapseln 500 eine hydrophobe Außenfläche haben, die Kapseln 500 dazu, an eine Oberfläche des Trägers 102, wie eine Leadframe-Oberfläche, getrieben zu werden.
  • Wie Darstellung B zu entnehmen ist, sind die Kapseln 500 nach der Laminierung überwiegend, als Oberfläche des elektronischen Chips 108, an der Oberfläche des Trägers 102 und an der Außenfläche des Laminats 900 oder der Folie lokalisiert. Dies geschieht wegen der hydrophoben Eigenschaft der Außenfläche der Kapseln 500, oder in anderen Worten in Hinblick auf Unterschiede bei hydrophoben und hydrophilen Eigenschaften der verschiedenen Materialien, die in Darstellung B gezeigt werden.
  • In der Folge zerstört die Ultraschall-Aktivierung die Mikrokapselwände (d. h. die Hüllen 602 der Kapseln 500) und Hitze kann hinzugefügt werden. Dies fördert auch die Diffusion des Additivmaterials der Kerne 600 der Kapseln 500 an die verschiedenen Material-Schnittstellen der in 9 dargestellten elektronischen Vorrichtung 100.
  • Wie Darstellung C zu entnehmen ist, wird das Additiv (vorzugsweise als Haftvermittler gestaltet) der Kerne 600 der Kapseln 500 freigesetzt und bildet haftungsfördernde Inseln 106, die überwiegend an den Oberflächen und den Schnittstellen der Laminat-Verkapselung 110 lokalisiert sind, um dadurch speziell die Haftung in diesen konventionell kritischen Bereichen zu verbessern.
  • Als elektrisches verbindendes System nutzt die elektronische Vorrichtung 100 entsprechend 9 eher sich vertikal erstreckende elektrisch leitende Stifte 902 als Bonddrähte 114. Die elektrisch leitenden Stifte 902 sind mit dem elektronischen Chip 108 und dem Träger 102 verbunden.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass der Begriff „umfassend” andere Elemente oder Eigenschaften nicht ausschließt und „ein” oder „eine” eine Mehrzahl nicht ausschließt. Außerdem können Elemente kombiniert werden, die im Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben sind. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass Bezugszeichen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche einschränkend anzusehen sind. Darüber hinaus soll der Umfang der vorliegenden Anwendung nicht auf die spezifischen, in der Patentschrift beschriebenen Ausführungsformen des Vorgangs, der Anlage, Herstellungsweise, Zusammensetzung der Materie, Mittel, Verfahren und Schritte beschränkt sein. Dementsprechend sollen die angehängten Ansprüche in ihrem Umfang auch solche Vorgänge, Anlagen, Herstellungsweisen, Zusammensetzungen der Materie, Mittel, Verfahren und Schritte beinhalten.

Claims (22)

  1. Elektronische Vorrichtung (100), wobei die Vorrichtung (100) Folgendes umfasst: • einen Träger (102) mit einer Befestigungsfläche (104); • mindestens einen elektronischen Chip (108), der auf der Befestigungsfläche (104) angebracht ist; • eine Verkapselung (110), die zumindest teilweise den Träger (102) und den mindestens einen elektronischen Chip (108) einkapselt; • eine Mehrzahl von Inseln (106) in der Verkapselung (110), wobei die Inseln (106) ein haftungsförderndes Material umfassen.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei ein volumetrischer Gehalt der Inseln (106) an einer Schnittstelle zwischen der Verkapselung (110) und mindestens einem von dem Träger (102) und dem mindestens einen elektronischen Chip (108) im Vergleich mit einem Inneren der Verkapselung (110) höher ist.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verkapselung (110) eine Formmasse ist, in der die Inseln (106) eingebettet sind, insbesondere mindestens teilweise ohne direkten Kontakt zueinander.
  4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verkapselung (110) eine aus einer Gruppe ist, die aus mindestens einem Laminat (900), mindestens einer Folie, und einer Mischung aus mindestens einem Laminat (900) und mindestens einer Folie besteht, in und/oder zwischen denen die Inseln (106) eingebettet sind, insbesondere als mindestens eine Schnittstellen-Schicht am Laminat (900) und/oder der Folie angeordnet sind.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens ein Teil der Inseln (106) eine Abmessung in mindestens einer räumlichen Richtung in einem Bereich zwischen 100 nm und 200 μm hat, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 μm und 50 μm, weiter insbesondere in einem Bereich zwischen 5 μm und 20 μm.
  6. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend mindestens eine Schicht (116) des haftungsfördernden Materials an einer Schnittstelle zwischen der Verkapselung (110) und mindestens einem des Trägers (102) und des mindestens einen elektronischen Chips (108).
  7. Elektronische Vorrichtung (100), wobei die Vorrichtung (100) Folgendes umfasst: • einen Träger (102) mit einer Befestigungsfläche (104); • mindestens einen elektronischen Chip (108), der auf der Befestigungsfläche (104) angebracht ist; • eine Verkapselung (110), die zumindest teilweise den Träger (102) und den mindestens einen elektronischen Chip (108) einkapselt; • eine Mehrzahl von Kapseln (500) in der Verkapselung (110), wobei die Kapseln (500) einen Kern (600) umfassen, der ein Additiv umfasst, und eine Hülle (602), insbesondere eine zerberstbare Hülle (602), die den Kern einschließt (600).
  8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei ein volumetrischer Gehalt der Kapseln (500) an einer Schnittstelle zwischen der Verkapselung (110) und mindestens einem von dem Träger (102) und dem mindestens einen elektronischen Chip (108) im Vergleich mit einem Inneren der Verkapselung (110) höher ist.
  9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Kapseln (500) so gestaltet sind, dass sie bei Ausübung von mindestens einem von thermischer Energie, mechanischem Druck und Ultraschall bersten.
  10. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Hüllen (602) eine hydrophobe Außenfläche (604) aufweisen.
  11. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei mindestens ein Teil der Kapseln (500) eine Abmessung in mindestens einer räumlichen Richtung in einem Bereich zwischen 100 nm und 200 μm, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 μm und 50 μm und weiter insbesondere in einem Bereich zwischen 5 μm und 20 μm hat.
  12. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Hüllen (602) eine Polymilchsäure umfassen, die mit einem oder beiden aus einer Gruppe bestehend aus Graphenoxid und einem thermoplastischen Polymer als Außenfläche (604), beschichtet ist.
  13. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Additiv einen aus der Gruppe bestehend aus einem Haftvermittler, insbesondere einem auf einem Siliziumoxid-Füllstoff beschichteten Haftvermittler, einem thermoplastischen Harz, einem Katalysator, einem Härter, einem Gummi, einem Mittel zur Spannungsentlastung und hydrophobem Material umfasst.
  14. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei das Additiv ein thermoplastisches Material, das unter Anwendung von thermischer Energie fließfähig wird, umfasst.
  15. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gestaltet als Flip-Chip-Gehäuse.
  16. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung (100), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: • Befestigen mindestens eines elektronischen Chips (108) auf einer Befestigungsfläche (104) eines Trägers (102); • mindestens teilweises Einkapseln des Trägers (102) und des mindestens einen elektronischen Chips (108) durch eine Verkapselung (110); • Einbettung einer Mehrzahl von Kapseln (500) in die Verkapselung (110), wobei die Kapseln (500) einen Kern (600), der ein Additiv umfasst, und eine Hülle (602) umfassen, insbesondere eine zerberstbare Hülle (602), die den Kern (600) einschließt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren ein Bersten der Kapseln (500) durch Anwendung mindestens eines von thermischer Energie, mechanischem Druck und Ultraschall umfasst, um dadurch das Additiv in direkte Interaktion mit mindestens einem aus der Verkapselung (110), dem Träger (102), dem mindestens einen elektronischen Chip (108) und einem verbindenden System, wie einem Bonddraht (114), zu bringen.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Verfahren ein Bersten der Kapseln (500) durch Pressen mindestens einer Folie oder eines Laminats (900) einer Laminat-Verkapselung (110) umfasst, wobei die Kapseln (500) zwischen den Folien (900) eingebettet sind.
  19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Verfahren die Einbettung der Mehrzahl von Kapseln (500) in der Verkapselung (110) durch einen Mold-Fluss umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, des Weiteren umfassend eine Anhäufung der Kapseln (500) um mindestens einen aus der Gruppe bestehend aus dem mindestens einen elektronischen Chip (108), dem Träger (102), einem Bonddraht (114) und einer haftenden Struktur (112) herum.
  21. Substanz zur Einstellung von Bedingungen in einer Verkapselung (110), die Komponenten (102, 108, 114) einer elektronischen Vorrichtung (100) einkapselt, wobei die Substanz umfasst: • eine Mehrzahl von in einer Verkapselung (110) der elektronischen Vorrichtung (100) einbettbaren Kapseln (500); • wobei die Kapseln (500) einen Kern (600) und eine Hülle (602), die den Kern (600) einschließt, umfassen; • wobei der Kern (600) ein Additiv umfasst, das in der Lage ist, die Bedingungen in der Verkapselung (110) anzupassen; • wobei die Hülle (602) so gestaltet ist, dass sie als Reaktion auf eine äußere Einwirkung bersten kann.
  22. Verfahren zur Verwendung einer Substanz entsprechend Anspruch 21, wobei das Additiv ein haftungsförderndes Material zur Förderung der Haftung zwischen verkapselten Komponenten (102, 108, 114) einer elektronischen Vorrichtung (100) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: • Einbettung der Substanz in der Verkapselung (110); • Herbeiführen einer äußeren Einwirkung, die die Hüllen (604) der Substanz in der Verkapselung (110) bersten lässt, um dadurch das haftungsfördernde Material für eine Interaktion mit den verkapselten Komponenten (102, 108, 114) freizusetzen.
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