DE102019101631A1 - Korrosionsgeschützte Formmasse - Google Patents

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Abstract

Eine Formmasse (106), umfassend die folgenden Bestandteile: eine Matrix (200), die sich aus einem Polymerharz (202), weniger als 0,1 Gew.-% eines freien Haftvermittlers (204), bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106), zur Förderung der Haftung der Formmasse (106), einem Härtungsmittel (206) zum Härten des Polymerharzes (202) und einem Katalysator (214) zum Katalysieren der Bildung der Formmasse (106) zusammensetzt; und einen Füllstoff (208).

Description

  • Hintergrund
  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen eine Formmasse bzw. eine Moldverbindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Formmasse, ein Verfahren zur Verwendung und eine elektronische Komponente.
  • Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
  • Ein herkömmliches Package (Packung, Packungsbaugruppe, Baugruppe, Gehäuse) kann einen elektronischen Chip umfassen, der auf einem Chipträger, wie zum Beispiel einem Leadframe, montiert ist, kann durch einen Bonddraht elektrisch verbunden sein, der sich vom Chip zum Chipträger erstreckt, und kann mit einer Formmasse gemoldet sein.
  • Herkömmliche Formmassen müssen zwei gegensätzliche Aufgaben erfüllen: Zum einen sollten sie über die Lebensdauer des Gerätes an dem (ein)gekapselten Gerät haften. Gleichzeitig sollten sie bei der Produktion nicht am Formwerkzeug haften.
  • Herkömmliche Formmassen können sowohl einen Haftvermittler (für die Haftung am Gerät) als auch ein Trennmittel (um ein Verkleben im Formwerkzeug zu vermeiden) verwenden, um zu versuchen, beide Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen. Das Vorhandensein des Trennmittels kann jedoch zu Zuverlässigkeitsproblemen während der gesamten Lebensdauer führen. Andererseits kann das Vorhandensein des Haftvermittlers als Teil der Formmasse das Problem des Klebens am Formwerkzeug verursachen.
  • Zusammenfassung
  • Es mag ein Bedarf bestehen, eine Formmasse zur Verfügung zu stellen, die mit geringem Aufwand hergestellt werden kann, die auf einfache Weise verarbeitet werden kann und die die Herstellung eines Produkts mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht.
  • Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform wird eine Formmasse bereitgestellt, die die folgenden Bestandteile umfasst: eine Matrix und einen Füllstoff, wobei die Matrix sich aus einem Polymerharz, weniger als 0,1 Gew.-% eines freien Haftvermittlers zur Förderung der Haftung der Formmasse, einem Härtungsmittel (bzw. einem Härter) zum Härten des Polymerharzes und einem Katalysator zum Katalysieren der Bildung der Formmasse zusammensetzt.
  • Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung einer Formmasse bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Mahlen und Mischen der Bestandteile - mit den oben genannten Merkmalen - der Formmasse umfasst, um dadurch eine gemahlene Mischung zu erhalten, ein Zuführen der gemahlenen Mischung zu einem Extruder, um dadurch ein Extrudat zu erhalten, und ein Pulverisieren des Extrudats.
  • Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird eine Formmasse mit den oben genannten Merkmalen zum zumindest teilweisen Verkapseln eines elektronischen Elements verwendet.
  • Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird eine elektronische Komponente bereitgestellt, die einen elektronischen Chip umfasst, und eine Formmasse mit den oben genannten Merkmalen, die mindestens einen Teil des elektronischen Chips einkapselt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine vereinfachte Formmasse bereitgestellt. Insbesondere kann eine solche Formmasse mit einer kleinen oder sogar minimal notwendigen Menge von Komponenten oder Bestandteilen bereitgestellt werden, die für eine erhöhte Zuverlässigkeit und/oder eine Verringerung des Ausfallrisikos nützlich sind. Insbesondere bei höheren Übergängen von Betriebs- und/oder Prüftemperaturen für elektronische Geräte kann eine robustere Formmasse von Vorteil sein. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, die Formmasse zu vereinfachen und konventionell verwendete Bestandteile oder Komponenten zumindest in konventionell verwendeten Mengen zu vermeiden, was zu Korrosion und/oder anderen Problemen in der Formmasse führen kann.
  • Es wurde herausgefunden, dass ein Problem bei konventionellen Formmassen, die eine übermäßige bzw. überschüssige Menge an Haftvermittler enthalten, darin besteht, dass sie einen Beitrag leisten oder sogar ein Haupttreiber für Korrosionsprobleme im Inneren der Vorrichtung sein können. So wurde festgestellt, dass insbesondere übermäßige Mengen an Haftvermittler als Korrosionstreiber wirken können. Sehr vorteilhaft sind exemplarische Ausführungsformen, die den Einsatz von freiem Haftvermittler in einer Polymermatrix einer Formmasse auf ein niedrigeres Niveau reduzieren. Eine vereinfachte Formmasse gemäß einer exemplarischen Ausführungsform kann daher weniger korrosionsanfällig sein, insbesondere wenn sie mit metallischen Oberflächen in einem Innenraum eines mit der Formmasse verkapselten Packages in Berührung kommt. Dadurch kann die Langzeitstabilität der Formmasse verbessert werden. Nur als Beispiel kann eine solche unerwünschte Korrosion durch die Bildung von Sulfidverbindungen verursacht werden, die aufgrund eines übermäßigen bzw. überschüssigen freien Haftvermittlers gebildet werden können. Metalloberflächen, die herkömmlicherweise durch einen Haftvermittler korrodiert werden können, sind insbesondere metallische Pads eines gekapselten elektronischen Chips. Aber auch andere metallische Oberflächen (wie zum Beispiel metallische Oberflächen eines Trägers, wie ein Leadframe, und/oder ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement, wie ein Bonddraht, ein Bondband bzw. Ribbonbond oder ein Clip bzw. eine Klemme) können zuverlässig vor Korrosion geschützt werden, wenn der freie Haftvermittler auf einen kleinen Wert von unter 0,1 Gew.-% reduziert wird. Dennoch hat sich gezeigt, dass eine Formmasse gemäß einer exemplarischen Ausführungsform sowohl an metallischen Oberflächen (vgl. die oben genannten Beispiele) als auch an nichtmetallischen Oberflächen eines oder mehrerer Körper (zum Beispiel eines keramischen Trägers), die von der Formmasse verkapselt sind, gut haften kann.
  • Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform wird eine Formmasse bereitgestellt, die auf einfache Weise herstellbar ist und beim Verkapseln eines elektronischen Chips oder elektronischen Elements oder dergleichen ordnungsgemäß behandelt werden kann. Insbesondere kann die bereitgestellte Formmasse noch eine ausreichende Haftung in Bezug auf den elektronischen Chip oder das Element aufweisen, um eine unerwünschte Delaminierung oder Trennung zwischen dem auf der Formmasse basierenden Verkapselungsmittel und dem elektronischen Chip oder Element zu verhindern. Gleichzeitig weist die bereitgestellte Formmasse eine ausreichend geringe Haftung gegenüber einem Formwerkzeug auf, in das die Formmasse (und optional eine zu verkapselnde elektronische Komponente) vor dem Befüllen und Aushärten der Formmasse in die Formkammer eingesetzt werden kann. Somit kann die Formmasse mit dem optional gekapselten elektronischen Chip oder Element aus dem Formwerkzeug herausgenommen werden, ohne dass die ausgehärtete Formmasse an den Oberflächen des Formwerkzeugs haften bleibt. Somit kann die Formmasse ordnungsgemäß gehandhabt werden und gleichzeitig eine ordnungsgemäße Verkapselung gewährleisten.
  • Die vorgenannten Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit, können durch eine Formmasse erreicht werden, die ein Polymerharz und ein entsprechendes Härtungsmittel zum Auslösen der Härtung des Polymerharzes, einen Füllstoff zum Einstellen der Eigenschaften der Formmasse, einen Katalysator zum Reduzieren der Aktivierungsenergie und Beschleunigen einer chemischen Härtungsreaktion sowie eine begrenzte Menge eines freien Haftvermittlers, falls gewünscht oder überhaupt erforderlich, umfasst. Vorteilhafterweise können weniger als 0,1 Gew.-% eines freien Haftvermittlers, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse, bereitgestellt werden, um eine ordnungsgemäße Haftung der Formmasse zu gewährleisten und gleichzeitig die Korrosion effizient zu unterdrücken. Gleichzeitig kann die Haftung so gering sein, dass ein auf Basis der Formmasse gebildetes Verkapselungsmittel nicht an einem Formwerkzeug haftet.
  • Beschreibung von weiteren exemplarischen Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden weitere exemplarische Ausführungsformen der Formmasse, der Verfahren und der elektronischen Komponente erläutert.
  • Wann immer eine Zusammensetzung einer Formmasse aus mehreren Bestandteilen, Elementen von Gegenständen innerhalb dieser Anmeldung beschrieben wird, wird von einem Fachmann verstanden, dass sich die einzelnen Mengen oder Beiträge dieser Bestandteile zu 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse oder basierend auf dem Gesamtgewicht der Formmasse, summieren.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Matrix“ insbesondere ein Grundmaterial bezeichnen, das sich aus freiem Haftvermittler und Polymerharz und Härtungsmittel und Katalysator zusammensetzt, in dem der restliche Bestandteil bzw. die restlichen Bestandteile der Formmasse gemischt werden können. Mit anderen Worten kann die Matrix eine Substanz sein, in die der andere Bestandteil bzw. die anderen Bestandteile der Formmasse eingebettet ist bzw. sind.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „freier Haftvermittler“ insbesondere ein Material bezeichnen, das als separater oder individueller Bestandteil oder Komponente innerhalb der Formmasse verteilt werden kann und das zur Förderung der Haftung zwischen der Formmasse und einem oder mehreren von der Formmasse eingekapselten Körpern (wie zum Beispiel einem elektronischen Chip, einem Träger, einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement usw.) dienen kann. Insbesondere kann ein solcher freier Haftvermittler (oder Kopplungsmittel oder Bindemittel) als eine Schnittstelle bzw. Verbindung zwischen dem Polymerharz und einem verkapselten Körper fungieren, um die Haftung zwischen diesen beiden Materialien zu verbessern. Da sich solche Polymerharze einerseits und der (insbesondere anorganische, zum Beispiel metallische oder keramische) verkapselte Körper andererseits hinsichtlich ihrer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften (zum Beispiel chemische Reaktivität, Oberflächeneigenschaften, etc.) unterscheiden können, kann es schwierig sein, eine direkte starke Haft- bzw. Klebeverbindung zwischen diesen beiden Materialien herzustellen. Ein Haftvermittler kann jedoch als eine im chemischen Sinne zweipolige Schnittstelle bzw. Verbindung fungieren, die einen ersten Verbindungsanschluss mit dem Polymerharz und einen zweiten Verbindungsanschluss mit dem verkapselten Körper bereitstellt, um diese ungleichen Materialien chemisch und physikalisch zu einer starken Bindungsstruktur zu verbinden (siehe auch 2).
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Polymerharz“ insbesondere eine aus Molekülen gemachte Substanz bezeichnen, die aus einer Mehrzahl von wiederholten Untereinheiten bzw. von Wiederholungseinheiten besteht. Polymere entstehen durch Polymerisation mehrerer kleinerer Moleküle (die als Monomere bezeichnet werden können). Die Polymerisation kann einen Prozess der Reaktion von Monomermolekülen untereinander in einer chemischen Reaktion unter Bildung von Polymerketten oder dreidimensionalen Netzwerken bezeichnen.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Härtungsmittel“ bzw. „Härter“ insbesondere eine Substanz bezeichnen, die in der Lage ist, eine Härtung (insbesondere eine Aushärtung) des Polymerharzes auszulösen oder zu fördern, insbesondere durch Vernetzen von Polymerketten. Härtungsmittel können mit einem Epoxidharz über einen nucleophilen Angriff an das Oxiran (nucleophile Bindung des Oxirans) in einer äquimolaren Weise reagieren und auch auf eine geringere Molarität reduziert werden, da die Epoxidfunktion auch mit sich selbst reagieren kann. Mit dem Verhältnis zwischen Epoxidharz und Härtungsmittel kann daher die Copolymer-Kettenabfolge und damit die mechanischen und chemischen Eigenschaften modifiziert werden.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Füllstoff“ insbesondere einen (insbesondere pulver- oder granulatförmigen) Stoff bezeichnen, der die Innenvolumina in der Matrix ausfüllt. Durch die Auswahl des Füllstoffs können die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Formmasse eingestellt werden. Diese Eigenschaften können den Wärmeausdehnungskoeffizienten, die Wärmeleitfähigkeit, die dielektrischen Eigenschaften usw. beinhalten.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Katalysator“ insbesondere eine chemische Substanz bezeichnen, die eine energetische Barriere für eine Härtungsreaktion des Polymerharzes reduziert. Darüber hinaus kann ein solcher Katalysator die Härtungsreaktion beschleunigen.
  • In einer Ausführungsform kann das Härtungsmittel als Amine, Säuren, Säureanhydride, Phenole, Alkohole und Thiole ausgestaltet sein.
  • In einer Ausführungsform ist die Menge des freien Haftvermittlers Null. In einer solchen Ausführungsform muss in der Formmasse überhaupt kein freier Haftvermittler vorhanden sein. Somit kann die Zusammensetzung der Formmasse sehr einfach sein, und eine unerwünschte Haftung der Formmasse in Bezug auf eine Innenfläche eines Formwerkzeugs kann vermieden werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Menge des freien Haftvermittlers über Null, aber weniger als 0,1 Gew.-%. Insbesondere kann der freie Haftvermittler in einer Menge von weniger als 0,05 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse, bereitgestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei sehr moderaten Mengen an freiem Haftvermittler (insbesondere nicht mehr als 30 ppm oder nicht mehr als 40 ppm der gesamten Formmasse) keine Korrosionsprobleme zu finden sind. Gute Ergebnisse im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit können erzielt werden, wenn der Gewichtsanteil des freien Haftvermittlers, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse, in einem Bereich zwischen über 0 und unter 0,1 Gewichtsprozent liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,02 Gewichtsprozent und 0,08 Gewichtsprozent. Mit der genannten sehr geringen Menge an freiem Haftvermittler kann die Haftung zwischen einem eingekapselten elektronischen Chip oder Element einerseits und der Formmasse andererseits gefördert werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst der freie Haftvermittler mindestens eines von einem Silan und einem Azol, insbesondere ein Silan und ein Azol. Es hat sich herausgestellt, dass ein freier Haftvermittler auf Basis von Silan und/oder Azol die Haftung zwischen einem gekapselten elektronischen Chip (insbesondere einem Halbleiterchip) und der Formmasse effizient verbessert und gleichzeitig die Haftung zwischen einem Äußeren der Formmasse und einem Formwerkzeug gering hält.
  • In einer Ausführungsform umfasst der freie Haftvermittler eine Silangruppe, eine Azolgruppe und eine Thiolgruppe. Mit der genannten Kombination aus Silan, Azol und Thiol als freiem Haftvermittler wurden sehr gute Ergebnisse im Hinblick auf das Haftverhalten der Formmasse erzielt, ohne die Korrosionsbeständigkeit zu beeinträchtigen.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Formmasse ferner mindestens ein Additiv. Insbesondere kann solch mindestens ein Additiv einen maximalen Gewichtsprozentsatz, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse, von weniger als 5 Gewichtsprozent, insbesondere weniger als 1 Gewichtsprozent, aufweisen. Durch die Zugabe eines oder mehrerer Additive können die spezifischen Eigenschaften der Formmasse entsprechend der gewünschten Anwendung eingestellt werden.
  • In einer Ausführungsform ist das mindestens eine Additiv ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Flammschutzmittel, einem Pigment, einem Stressmodifikator (Spannungsmodifikator), einem Ionenfänger und einem Trennmittel (Freisetzungsmittel). Ein Flammschutzmittel kann die Tendenz der Formmasse zu Brennen bei übermäßiger Hitze oder sogar bei Feuer verringern. Die Zugabe eines Pigments kann es ermöglichen, die Farbe der Formmasse anzupassen. So kann zum Beispiel die Formmasse intransparent gemacht werden, um eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen Licht und einem innerhalb der Formmasse eingekapselten elektronischen Chip zu vermeiden. Durch die Zugabe eines Stressmodifikators kann die thermische Spannung (der thermische Stress) in einem Innenraum eines Packages in Form eines gemoldeten elektronischen Chips eingestellt werden. Ein Ionenfänger kann geladene Teilchen in einem Innenraum eines Packages oder einer elektronischen Komponente einfangen, um eine ordnungsgemäße elektrische Isolierung der Formmasse zu gewährleisten. Die Bereitstellung eines Trennmittels kann die einfache Freisetzung bzw. Abgabe einer ausgehärteten Formmasse aus einem Formwerkzeug fördern.
  • In einer Ausführungsform basiert das Polymerharz auf einem Epoxidharz. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines Epoxidharzes beim Gestalten bzw. Entwickeln der Formmasse besonders vorteilhaft ist, da es eine einfache Verarbeitung der Formmasse ermöglicht und mit geringem Aufwand herstellbar ist. Es sind jedoch alternative Materialien für ein Polymerharz möglich, wie zum Beispiel ein Bismaleimidharz, ein Cyanatester, ein Silikonharz, etc. Solche Materialien können für eine hohe Temperaturstabilität und einen geringen Gewichtsverlust bei hohen Temperaturen sorgen.
  • Generell kann das Polymerharz mindestens eines aus der Gruppe, bestehend aus einem Epoxidharz, einem Polyimid, einem Polybismaleinimid, einem Silikon, einem Benzoxazin, einem Phenolderivat und einem Cyanatester, umfassen oder daraus bestehen. Andere Materialien sind ebenfalls für das Polymerharz möglich.
  • In einer Ausführungsform enthält das Epoxidharz eine Hydroxylgruppe. Solch eine Hydroxylgruppe trägt zu einer einfachen Verarbeitbarkeit und guten Haftungseigenschaften der Formmasse bei.
  • In einer Ausführungsform liegt ein Molverhältnis des Epoxidharzes und der Hydroxylgruppe in einem Bereich zwischen 0,5 und 1,4, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,9 und 1,2. Somit kann das Molverhältnis als ein Designparameter zur weiteren Verfeinerung der Eigenschaften der Formmasse genutzt werden.
  • In einer Ausführungsform ist das Epoxidharz ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Epoxid o-Kresol Novolakharz, einem Dicyclopentadien Epoxidharz, einem multiaromatischen Epoxidharz, einem multifunktionellen Epoxidharz, einem Biphenyl Epoxidharz und Mischungen davon. Aber auch andere Epoxidharze sind möglich.
  • In einer Ausführungsform liegt die Menge des Polymerharzes, insbesondere des Epoxidharzes, in einem Bereich zwischen 0,5 Gew.-% und 50 Gew.-%, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 Gew. -% und 25 Gew. -% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse). Insbesondere kann die Menge des Polymerharzes kleiner sein als die Menge der Füllstoffpartikel. Durch diese Maßnahme kann die Auswahl der Füllstoffpartikel eine flexible Anpassung der Eigenschaften der Formmasse selbst bei relativ geringen Mengen an Polymerharz ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform liegt die Menge des Härtungsmittels zwischen 0,5 Gew.-% und 50 Gew.-%, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,5 Gew.-% und 2 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse). Auch relative moderate Mengen an Härtungsmittel reichen aus, um eine geeignete Formmasse zu erhalten. Somit ist die Möglichkeit eines Materialentwicklers, die Eigenschaften der Formmasse an eine bestimmte Anwendung anzupassen, nämlich durch entsprechende Bereitstellung einer relativ großen Menge an Füllstoffpartikeln, hoch.
  • In einer Ausführungsform liegt die Menge des Füllstoffs in einem Bereich zwischen 40 Gew.-% und 99 Gew.-%, insbesondere in einem Bereich zwischen 70 Gew.-% und 96 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse). Es kann bevorzugt sein, dass der Hauptbestandteil der Formmasse der Füllstoff ist. Zum Beispiel kann der Füllstoff in Form von Füllstoffpartikeln vorliegen, die leicht mit den anderen Bestandteilen der Formmasse vermischt werden können. So ist es zum Beispiel möglich, durch die Bereitstellung einer ausreichend großen Menge an Füllstoffpartikeln in der Formmasse eine hohe Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, um dadurch wesentlich zu der Abfuhr von Wärme des in die Formmasse eingebetteten elektronischen Chips während des Betriebs eines Packages oder einer elektronischen Komponente beizutragen. Es ist auch möglich, die dielektrische Zuverlässigkeit der Formmasse zu verbessern, d.h. sicher zu verhindern, dass sich ein elektrischer Strom entlang oder durch die Formmasse ausbreitet. Dies kann die elektrische Zuverlässigkeit des Packages oder der elektronischen Komponente verbessern. Es ist aber auch zusätzlich oder alternativ möglich, andere Füllstoffpartikeln zur Einstellung der Eigenschaften der Formmasse zu verwenden, zum Beispiel auch im Hinblick auf ihre Haftungseigenschaften.
  • In einer Ausführungsform ist der Füllstoff ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus kristallinem Siliciumdioxid, Quarzglas, kugelförmigem Siliciumdioxid, Titanoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Zirkoniumdioxid, Calciumcarbonat, Calciumsilikat, Talk, Ton, Carbonfaser, Glasfaser und Mischungen davon. Je nach Anforderung einer bestimmten Anwendung sind jedoch auch andere Füllstoffe möglich.
  • In einer Ausführungsform liegt die Menge des Katalysators in einem Bereich zwischen 0,2 Gew.-% und 0,4 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse). Daher kann auch eine recht geringe Menge an Katalysator ausreichen, um dennoch die Aushärtung der Formmasse in einer kurzen Zeit und bei mittlerer Temperatur auszulösen.
  • In einer Ausführungsform ist der Katalysator ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Amidverbindung, einer Phosphinverbindung, einem Tetraphenylphosphoniumaddukt, einer Azolverbindung, Triphenylphosphin, 1,8-Diazabicyclo (5,4,0) Undecen-7,2,4-Diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazin, N,N-Dimethylbenzylamin und Mischungen davon. Es können aber auch andere Katalysatoren verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform ist der freie Haftvermittler ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus 3-Mercapto-1,2,4-triazol, 1-Amino-1,3,4-triazol, 3-(Glycidoxypropyl)-trimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl) Ethenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 3-Mercaptopropyl trimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 2-Methylimidazol, 4,5-Dicarboxyimidazol, 2-Mercaptoimidazol und Mischungen davon. Es ist aber auch möglich, einen oder mehrere andere freie Haftvermittler in die Formmasse zu integrieren.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Lagerung des pulverförmigen Extrudats (oder der fertig hergestellten Formmasse vor dem Aushärten) unterhalb von Normaltemperatur, insbesondere unter 5 °C. Durch die Kühlung der Formmasse während der Lagerung kann die Aufrechterhaltung der oben genannten vorteilhaften Eigenschaften der Formmasse über einen langen Zeitraum gewährleistet werden. Insbesondere bei einer Lagerung der Formmasse unter 5 °C können die Haftungseigenschaften vorteilhaft bleiben.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Pulverisieren des Extrudats durch Zerkleinern oder Vermahlen. Es können jedoch auch andere Trennverfahren implementiert werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst die elektronische Komponente einen Träger, auf dem der elektronische Chip montiert ist. Ein solcher Träger kann zum Beispiel ein Leadframe (zum Beispiel aus Kupfer), ein DAB (Direct Aluminum Bonding), DCB (Direct Copper Bonding) Substrat, etc. sein. Auch kann zumindest ein Teil des Trägers durch die Formmasse zusammen mit der Elektronik verkapselt sein. Somit kann der genannte Träger eine metallische Oberfläche aufweisen, die in Gegenwart einer übermäßigen Menge an freiem Haftvermittler korrosionsanfällig sein kann. Angesichts der Begrenzung des freien Haftvermittlers auf weniger als 0,1 Gew.-% kann der Träger jedoch ohne das Risiko von Korrosion in die Formmasse eingekapselt werden.
  • In einer Ausführungsform wird der Füllstoff in Form von Füllstoffpartikeln bereitgestellt. Füllstoffpartikel (zum Beispiel SiO2, Al2O3, Si3N4, BN, AlN, Diamant, etc.), zum Beispiel zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, können in eine epoxidbasierte Matrix des Verkapselungsmittels eingebettet sein. Es können aber auch andere Füllstoffpartikel in der Formmasse zusätzlich oder alternativ zu den genannten Füllstoffpartikeln eingesetzt werden. Insbesondere können Füllstoffpartikel als Nanopartikel oder Mikropartikel bereitgestellt werden. Füllstoffpartikel können identische Abmessungen aufweisen oder mit einer Verteilung der Partikelgrößen bereitgestellt werden. Eine solche Partikelgrößenverteilung kann bevorzugt sein, da sie eine bessere Ausfüllung der Lücken in einem Innenraum der Formmasse ermöglichen kann. So kann zum Beispiel eine Abmessung der Füllstoffpartikel in einem Bereich zwischen 1 nm und 200 µm liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen 10 nm und 20 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 2 µm und 5 µn. So kann zum Beispiel die Form der Füllstoffpartikel zufällig, kugelförmig, quaderförmig, schuppenförmig und filmförmig sein.
  • In einer Ausführungsform umfassen die Füllstoffpartikel einen Kern, der zumindest teilweise mit einer Beschichtung beschichtet ist, insbesondere eine Polymerharz haftungsfördernde Beschichtung, die konfiguriert ist, um die Haftung an dem Polymerharz, nicht aber an einem Metall zu fördern. So können zum Beispiel die Füllstoffpartikel aus einem Kern zusammengesetzt sein, der von einer Beschichtung oder Hülle umgeben ist. Sowohl der Kern als auch die Beschichtung können zur Einstellung der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Füllstoffpartikel verwendet werden. Insbesondere durch die Beschichtung können die Füllstoffpartikel weiter funktionalisiert und die Eigenschaften des Füllstoffs weiter verfeinert werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Beschichtung als ein Polymerharz haftvermittelnde Beschichtung konfiguriert sein. Eine solche Polymerharz haftvermittelnde Beschichtung kann so konfiguriert sein, dass sie die Haftung nur mit dem Polymerharz fördert, ohne einen Einfluss auf die Oberflächen eines oder mehrerer in die Formmasse eingebetteter Körper zu haben. Insbesondere mag die Polymerharz haftvermittelnde Beschichtung keinen Einfluss auf die metallischen Oberflächen solcher Körper haben, zum Beispiel metallische Teile eines gekapselten elektronischen Chips, metallische Oberflächen eines Trägers, wie zum Beispiel eines Leadframes, oder metallische Oberflächen eines Bonddrahtes, eines Bondbandes oder eines Clips bzw. einer Klemme. Somit fördert eine solche Polymerharz haftvermittelnde Beschichtung weder die Haftung noch verursacht sie eine signifikante Korrosion der genannten Körperoberflächen. Im Gegensatz dazu kann der freie Haftvermittler, der Teil der Matrix ist, die Haftung sowohl mit dem Polymerharz als auch mit einem Metall (zum Beispiel einer metallischen Oberfläche eines verkapselten Körpers) fördern.
  • In einer Ausführungsform beträgt eine Gesamtmenge an Haftvermittler der Formmasse weniger als 0,1 Gew.-%. Somit kann die Gesamtmenge aller Arten von Haftvermittlern zusammen (insbesondere freier Haftvermittler in der Matrix plus optionaler Haftvermittler bei der Beschichtung von Füllstoffpartikeln) weniger als 0,1 Gew.-% betragen. Dadurch wird sichergestellt, dass eine gut verarbeitbare und einfache Formmasse mit geringer Korrosionsneigung und ohne nennenswerte Haftung gegenüber einem Formwerkzeug während der Produktion erhalten wird.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Formmasse weniger als 0,1 Gew.-% eines Trennmittels zur Förderung der Freisetzung der Formmasse aus einem Formwerkzeug Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Trennmittel“ insbesondere eine Substanz bezeichnen, die die Ablösbarkeit bzw. Entfernbarkeit einer ausgehärteten Formmasse oder eines Packages, das eine ausgehärtete Formmasse umfasst, aus einem Formwerkzeug fördert, ohne unerwünschte Haftung zwischen der Formmasse und den Oberflächen des Formwerkzeugs. Durch die Begrenzung der Menge an Trennmittel in der Formmasse auf die genannten niedrigen Werte kann eine einfache Zusammensetzung der Formmasse mit einer guten Verarbeitbarkeit kombiniert werden. In einer Ausführungsform muss überhaupt kein Trennmittel bereitgestellt werden.
  • In einer Ausführungsform besteht die Formmasse aus dem Polymerharz, dem Härtungsmittel, dem Füllstoff, dem Katalysator und optional dem freien Haftvermittler und/oder einem Trennmittel. In einer solchen Ausführungsform bildet kein weiterer Bestandteil einen Teil der Formmasse. Eine solche Formmasse ist im Hinblick auf die Herstellung und die Verarbeitung äußerst einfach und kann dennoch zufriedenstellende Ergebnisse liefern.
  • In einer Ausführungsform umfasst die elektronische Komponente ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement, das den elektronischen Chip mit dem Träger elektrisch verbindet bzw. koppelt. So kann zum Beispiel das elektrisch leitfähige Kontaktelement einen Clip bzw. eine Klemme, ein Bonddraht und/oder ein Bondband bzw. Ribbonbond umfassen. Ein Clip kann ein dreidimensional gebogenes plattenartiges Verbindungselement sein, das zwei planare Abschnitte aufweist, die mit einer oberen Hauptoberfläche des jeweiligen elektronischen Chips und einer oberen Hauptoberfläche des Chipträgers zu verbinden sind, wobei die beiden genannten planaren Abschnitte durch einen schrägen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Alternativ zu einem solchen Clip ist es möglich, ein Bonddraht oder ein Bondband zu verwenden, der bzw. das ein flexibler, elektrisch leitfähiger Draht oder bandförmiger Körper ist, deren einer Endabschnitt mit der oberen Hauptoberfläche des jeweiligen Chips verbunden ist und deren gegenüberliegender anderer Endabschnitt elektrisch mit dem Chipträger verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente konfiguriert als eines aus der Gruppe, bestehend aus einem mit einem Leadframe verbundenen Leistungsmodul, einer Transistor Outline (TO) elektronischen Komponente, einer Quad Flat No Leads Package (QFN) elektronischen Komponente, einer Small Outline (SO) elektronischen Komponente, einer Small Outline Transistor (SOT) elektronischen Komponente und einer Thin Small Outline Package (TSOP) elektronischen Komponente. Daher ist die elektronische Komponente gemäß einer beispielhaften Ausführungsform voll kompatibel mit Standard Packaging-Konzepten (insbesondere voll kompatibel mit Standard TO Packaging-Konzepten) und erscheint nach außen als eine herkömmliche elektronische Komponente, die sehr benutzerfreundlich ist.
  • In einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente konfiguriert als ein Leistungsmodul, zum Beispiel ein gemoldetes Leistungsmodul. Zum Beispiel kann eine beispielhafte Ausführungsform der elektronischen Komponente ein intelligentes Leistungsmodul (intelligent power module, IPM) sein. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der elektronischen Komponente ist ein Dual Inline Package (DIP).
  • In einer Ausführungsform ist der elektronische Chip als ein Leistungshalbleiterchip konfiguriert. Somit kann der elektronische Chip (wie zum Beispiel ein Halbleiterchip) für Leistungsanwendungen verwendet werden, zum Beispiel auf dem Gebiet des Automobilbaus, und kann zum Beispiel mindestens einen integrierten Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (integrated insulated-gate bipolar transistor, IGBT) und/oder mindestens einen Transistor einer anderen Art (wie zum Beispiel ein MOSFET, ein JFET, etc.) und/oder mindestens eine integrierte Diode haben. Solche integrierten Schaltkreiselemente können zum Beispiel in Silicium-Technologie gemacht werden oder auf Halbleitern mit weiter Bandlücke (wide-bandgap semiconductors) basieren (wie zum Beispiel Siliciumcarbid). Ein Halbleiterleistungschip kann einen oder mehrere Feldeffekttransistoren, Dioden, Inverter-Schaltkreise, Halbbrücken, Vollbrücken, Treiber, Logikschaltkreise, weitere Geräte, etc. aufweisen.
  • In einer Ausführungsform erfährt der elektronische Chip einen vertikalen Stromfluss. Die Packagearchitektur gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist insbesondere geeignet für Hochleistungsanwendungen, bei denen ein vertikaler Stromfluss erwünscht ist, d.h. ein Stromfluss in einer Richtung, die senkrecht zu den zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen des elektronischen Chips ist, von denen eine zur Montage des elektronischen Chips auf dem Träger verwendet wird.
  • Als Substrat oder Wafer, das bzw. der die Basis der elektronischen Chips bildet, kann ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Substrat aus Silicium, verwendet werden. Alternativ kann ein Siliciumoxid oder ein anderes Isolatorsubstrat bereitgestellt werden. Es ist auch möglich, ein Substrat aus Germanium oder ein III-V-Halbleitermaterial zu implementieren. Zum Beispiel können beispielhafte Ausführungsformen in GaN oder SiC Technologie implementiert werden.
  • Des Weiteren verwenden beispielhafte Ausführungsformen Standard Halbleiterverarbeitungstechnologien, wie zum Beispiel geeignete Ätztechnologien (einschließlich isotrope und anisotrope Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen), Musterungstechnologien (die lithografische Masken mit sich bringen können), Abscheidungstechnologien (wie zum Beispiel chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD), Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD), Sputtern, etc.).
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen offensichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen werden, in denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weiteres Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen, und die einen Teil der Beschreibung darstellen, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen.
  • Für die Zeichnungen gilt:
    • 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer elektronischen Komponente gemäß einer exemplarischen Ausführungsform, die auf einer Montagestruktur montiert werden soll.
    • 2 veranschaulicht schematisch die Bestandteile einer Formmasse gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • Bevor exemplarische Ausführungsformen mehr im Detail beschrieben werden unter Bezugnahme auf die Figuren, werden einige allgemeine Überlegungen zusammengefasst, auf deren Grundlage exemplarische Ausführungsformen entwickelt worden sind.
  • Eine vorteilhafte Zusammensetzung einer Formmasse gemä0 einer exemplarischen Ausführungsform ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt: Tabelle 1: Zusammensetzung einer Formmasse gemäß einer exemplarischen Ausführungsform (alle Gewichtsprozente in Tabelle 1 beziehen sich auf das Gesamtgewicht der Formmasse)
    Gegenstand Mögliches Material Gewichtsprozent
    Epoxidharz EOCN, Epoxidharz 3 - 18 %
    Harzsystem MAR, PN, etc. 3 - 12 %
    Katalysator TP, DBU, etc. 0,05 - 0,5 %
    Füllstoff Quarz- oder kugelförmiges Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, BN, etc. oder andere keramische Partikel „Zu 100%“, was bedeutet, dass der Rest der Formmasse mit Füllstoffpartikeln aufgefüllt wird
    Flammschutzmittel AlOH, Zinkborat, etc. 0 - 18 %
    Pigment Ruß, etc. 0 - 1 %
    Stressmodifikator Silicon-Glycidyl-Harz, etc. 0 - 2 %
    freier Haftvermittler 3-Mercapto-1,2,4-triazol, 1-Amino-1,3,4-triazol, 3-(Glycidoxypropyl)-trimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl) Ethenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 3-Mercaptopropyl trimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 2-Methylimidazol, 4,5-Dicarboxyimidazol, 2-Mercaptoimidazol und Mischungen davon 0 - 0,05 %, aber insbesondere 0 %
    Trennmittek Carnaubawachs 0 - 0,05 %, aber insbesondere 0 %
  • Die Implementierung des obigen Materialsystems als Formmasse ist durch eine Anpassung der Mischung an die Anforderungen einer bestimmten Anwendung ohne weiteres möglich.
  • Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform wird eine Formmasse bereitgestellt, die ein Polymerharz, ein Härtungsmittel, einen Füllstoff, einen Katalysator und einen freien Haftvermittler umfasst. Der freie Haftvermittler kann ein Silan und/oder ein Azol umfassen. Der freie Haftvermittler kann mit weniger als 0,1 Gew.-%, insbesondere gar nicht, in der Gesamtmischung vorhanden sein.
  • Optional können ein oder mehrere zusätzliche Additive vorhanden sein. Das mindestens eine Additiv kann aus der Gruppe, bestehend aus einem Flammschutzmittel, einem Pigment, einem Stressmodifikator, einem Ionenfänger und einem Trennmittel, ausgewählt sein.
  • Insbesondere kann das Polymerharz auf einem Epoxidharz, einem Epoxidharz, einem Harzhärtungsmittel, einem Füllstoff, einem Katalysator und einem freien Haftvermittler basieren. Ein optionales Additiv kann ebenfalls vorhanden sein.
  • Der freie Haftvermittler kann eine Silangruppe, eine Azolgruppe und/oder eine Thiolgruppe umfassen. Der freie Haftvermittler kann mit weniger als 0,1 Gew.-%, insbesondere gar nicht, in der Gesamtmischung vorhanden sein.
  • Zum Beispiel kann das Epoxidharz 1 bis 50 Gew.-% des Gesamtgewichts der Formmasse, insbesondere 5 bis 25 %, ausmachen.
  • Das Harzhärtungsmittel kann 0 bis 5 Gew.-% des Gesamtgewichts der Formmasse, insbesondere 0,5 bis 2 %, ausmachen.
  • In einer Ausführungsform macht der Füllstoff 40 bis 99 Gew. -% des Gesamtgewichts der Formmasse, insbesondere 70 bis 90%, aus.
  • Der Katalysator kann 0,05 bis 0,5 Gew.-% des Gesamtgewichts der Formmasse, insbesondere 0,2 bis 0,4 %, ausmachen.
  • Darüber hinaus kann der freie Haftvermittler 0 bis 0,05 Gew.-% des Gesamtgewichts der Formmasse, insbesondere 0 bis 0,08 %, ausmachen.
  • Das Epoxidharz kann eine Hydroxylgruppe enthalten, und das Molverhältnis von Epoxidgruppe und Hydroxylgruppe kann 0,5 bis 1,4, insbesondere 0,9 bis 1,2, betragen.
  • Das Epoxidharz kann aus den folgenden Substanzen ausgewählt werden: Epoxid o-Kresol Novolakharz, Dicyclopentadien Epoxidharz, multiaromatisches Epoxidharz, multifunktionales Epoxidharz, Biphenylepoxidharz und Mischungen davon.
  • Das Härtungsmittel kann aus den folgenden Substanzen ausgewählt werden: Phenol Novolakharz, Kresol Novolakharz, Phenol Aralkyl Novolakharz, multiaromatisches Novolakharz und multifunktionales Novolakharz und Mischungen davon.
  • Der Füllstoff kann aus folgenden Substanzen ausgewählt werden: kristallines Siliciumdioxid, Quarzglas, kugelförmiges Siliciumdioxid, Titanoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Zirkoniumdioxid, CalCiumCarbonat, CalCiumsilikat, Talk, Ton, Carbonfaser, Glasfaser und Mischungen daraus.
  • Der Katalysator kann aus folgenden Substanzen ausgewählt werden: Amidverbindung, Phosphinverbindung, Tetraphenylphosphoniumaddukt, Azolverbindung, insbesondere: Triphenylphosphin, 1,8-Diazabicyclo (5,4,0) Undecen-7,2,4-Diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazin, N,N-Dimethylbenzylamin und Mischungen davon.
  • Der freie Haftvermittler kann aus folgenden Substanzen ausgewählt werden: 3-Mercapto-1,2,4-triazol, 1-Amino-1,3,4-triazol, 3-(Glycidoxypropyl)-trimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl) Ethenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 3-Mercaptopropyl trimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 2-Methylimidazol, 4,5-Dicarboxyimidazol, 2-Mercaptoimidazol und Mischungen davon.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die vorstehend beschriebene Epoxidformmasse durch das folgende Verfahren hergestellt werden:
    1. (1) Mahlen aller Komponenten der Formmasse auf eine kleine Größe und dann homogenes Mischen aller Komponenten der Formmasse, um ein vorgemischtes Ergebnis zu erhalten;
    2. (2) Zuführen des vorgemischten Ergebnisses in einen Extruder, um das vorgemischte Ergebnis weiter zu mischen, und dann Zerkleinern oder Pulverisieren des Extrudats zu einem Formpulver; und optional
    3. (3) Lagern des pulverförmigen Extrudats an einem kühlen Ort, insbesondere unterhalb einer Temperatur von 5 °C.
  • Vorteilhafterweise kann eine Epoxidformmasse mit den oben genannten Eigenschaften für elektrische Verkapselungsmaterialien verwendet werden.
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer elektronischen Komponente 100, das als ein Transistor Outline (TO) Package gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ausgestaltet ist. Die elektronische Komponente 100 ist auf einer Montagestruktur 132, hier als eine Leiterplatte (printed circuit board) ausgestaltet, zum Aufbau einer Anordnung 130 montiert.
  • Die Montagestruktur 132 umfasst einen elektrischen Kontakt 134, der als eine Plattierung in einem Durchgangsloch der Montagestruktur 132 ausgestaltet ist. Wenn die elektronische Komponente 100 auf der Montagestruktur 132 montiert ist, ist ein elektronischer Chip 104 der elektronischen Komponente 100 mit dem elektrischen Kontakt 134 über einen elektrisch leitfähigen Träger 102, hier als Leadframe aus Kupfer ausgestaltet, der elektronischen Komponente 100 elektrisch verbunden.
  • Die elektronische Komponente 100 umfasst somit den elektrisch leitfähigen Träger 102, den elektronischen Chip 104 (der hier als Leistungshalbleiterchip ausgestaltet ist), der auf dem Träger 102 haftend (siehe Bezugszeichen 136) montiert ist, und ein Verkapselungsmittel in Form einer Formmasse 106, die einen Teil des Trägers 102 und einen Teil des elektronischen Chips 104 verkapselt. Wie 1 entnommen werden kann, ist ein Pad auf einer oberen Hauptoberfläche des elektronischen Chips 104 mit dem Träger 102 über einen Bonddraht als elektrisch leitfähiges Kontaktelement 110 elektrisch gekoppelt.
  • Während des Betriebs des Leistungspackages oder der elektronischen Komponente 100 erzeugt der Leistungshalbleiterchip in Form des elektronischen Chips 104 eine beträchtliche Menge an Wärme. Gleichzeitig ist sicherzustellen, dass ein unerwünschter Stromfluss zwischen einer unteren Oberfläche der elektronischen Komponente 100 und einer Umgebung zuverlässig vermieden wird.
  • Um eine elektrische Isolierung des elektronischen Chips 104 zu gewährleisten und Wärme aus einem Inneren des elektronischen Chips 104 in Richtung einer Umgebung abzuführen, kann eine elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Schnittstellenstruktur 108 bereitgestellt sein, die einen freiliegenden Oberflächenabschnitt des Trägers 102 und einen verbundenen Oberflächenabschnitt der Formmasse 106 am Boden der elektronischen Komponente 100 abdeckt. Die elektrisch isolierende Eigenschaft der Schnittstellenstruktur 108 verhindert einen unerwünschten Stromfluss auch bei hohen Spannungen zwischen einem Innenraum und einem Außenbereich der elektronischen Komponente 100. Die thermisch leitfähige Eigenschaft der Schnittstellenstruktur 108 fördert die Abfuhr von Wärme aus dem elektronischen Chip 104 über den elektrisch leitfähige Träger 102 (aus thermisch gut leitfähigem Kupfer), durch die Schnittstellenstruktur 108 und zu einem Wärmeableitkörper 112. Der Wärmeableitkörper 112, der aus einem hoch thermisch leitfähigen Material, wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, gemacht sein kann, weist einen Grundkörper 114 auf, der direkt mit der Schnittstellenstruktur 108 verbunden ist, und weist eine Mehrzahl von Kühlrippen 116 auf, die sich von dem Grundkörper 114 weg und parallel zueinander erstrecken, um so die Wärme zu der Umgebung hin abzuführen.
  • Obwohl eine sehr spezifische Packungsarchitektur zeigt, ist die Verwendung der Formmasse 106, die im Folgenden näher beschrieben wird, auch für alle anderen Packungsarchitekturen von elektronischen Komponenten 100, etc. von Vorteil.
  • Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, kann die Formmasse 106 bereits eine kleine Menge Haftvermittler zur Förderung der Haftung mit dem Chip 104, dem Träger 102 sowie dem Element 110 umfassen. Gleichzeitig kann die Menge an Haftvermittler in der Formmasse 106 klein gehalten werden, um eine unerwünschte Haftung zwischen der Formmasse 106 des Packages oder der elektronischen Komponente 100 beim Entfernen aus einem Formwerkzeug (nicht gezeigt) zu verhindern.
  • 2 veranschaulicht schematisch die Bestandteile einer Formmasse 106 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform, die zur Verkapselung der elektronischen Komponente 100 gemäß 1 verwendet werden kann.
  • Die Formmasse 106 umfasst eine Matrix 200, die sich aus einem Polymerharz 202, weniger als 0,1 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse 106 oder basierend auf dem Gesamtgewicht der Formmasse 106) eines freien Haftvermittlers 204, der in der Lage ist, die Haftung der Formmasse 106 zu fördern, sowie einem Härtungsmittel 206 und einem Katalysator 214 zusammensetzt. Das Polymerharz 202 ist das eigentliche Material, das sich beim Aushärten der Formmasse 106 vernetzt. Darüber hinaus kann als ein weiterer Bestandteil der Matrix 200 das Härtungsmittel 206 bereitgestellt sein, das zum Härten des Polymerharzes 202 konfiguriert ist, d.h. das tatsächlich die oben beschriebene Vernetzung des Polymerharzes 202 auslöst. Ein Füllstoff 208 ist hier als eine separate Komponente zusätzlich zur Matrix 200 in Form von Füllstoffpartikeln bereitgestellt, die aus einem Kern 210, der von einer optionalen Beschichtung 212 umgeben ist (in anderen Ausführungsformen des Füllstoffs 208 ist keine Beschichtung 212 vorgesehen), aufgebaut sind. Das Material des Kerns 210 und der Beschichtung 212 kann zum Einstellen der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Formmasse 106, wie zum Beispiel Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient, elektrische Isolierung, Haftungseigenschaften usw. ausgewählt werden. Zusätzlich kann der Katalysator 214 als ein weiterer Bestandteil der Matrix 200 zugesetzt werden, um die Bildung der Formmasse 106 zu katalysieren, insbesondere um eine Aktivierungsenergie zu reduzieren und die Vernetzung des Polymerharzes 202 während der Aushärtung zu beschleunigen.
  • Das Polymerharz 202 kann auf einem Epoxidharz basieren, das eine Hydroxylgruppe enthält. Ein Molverhältnis des Epoxidharzes und der Hydroxylgruppe kann in einem Bereich zwischen 0,9 und 1,2 liegen. So kann zum Beispiel das Epoxidharz aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Epoxid o-Kresol Novolakharz, Dicyclopentadien Epoxidharz, multiaromatischem Epoxidharz, multifunktionellem Epoxidharz, Biphenylepoxidharz und Mischungen davon besteht. Die Menge des Epoxidharzes kann in einem Bereich zwischen 5 Gew.-% und 25 Gew.-% liegen (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse 106 oder basierend auf dem Gesamtgewicht der Formmasse 106).
  • Der freie Haftvermittler 204 kann mit weniger als 0,1 Gew. -% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse 106 oder basierend auf dem Gesamtgewicht der Formmasse 106) bereitgestellt sein und kann sogar Null betragen. Der freie Haftvermittler 204 kann ausgewählt werden aus einer Gruppe, bestehend aus 3-Mercapto-1,2,4-triazol, 1-Amino-1,3,4-triazol, 3-(Glycidoxypropyl)-trimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl) Ethenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 3-Mercaptopropyl trimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 2-Methylimidazol, 4,5-Dicarboxyimidazol, 2-Mercaptoimidazol und Mischungen davon.
  • Die Menge des Füllstoffs 208 kann in einem Bereich zwischen 70 Gew. -% und 99 Gew. -% liegen (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse 106 oder basierend auf dem Gesamtgewicht der Formmasse 106). Zum Beispiel kann der Kern 210 des Füllstoffs 208 aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus kristallinem Siliciumdioxid, Quarzglas, kugelförmigem Siliciumdioxid, Titanoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Zirkoniumdioxid, Calciumcarbonat, Calciumsilikat, Talk, Ton, Carbonfaser, Glasfaser und Mischungen davon besteht. Die optionale Beschichtung 212 kann zum Beispiel ein gebundener Haftvermittler sein, der selektiv auf das Polymerharz 202 wirkt, nicht aber auf metallische Oberflächen, wie nachfolgend näher beschrieben.
  • Die Menge des Härtungsmittels 206 kann zwischen 0,5 Gew.-% und 2 Gew. -% liegen. Es können konventionell bekannte Härtungsmittel eingesetzt werden.
  • Die Menge des Katalysators 214 kann in einem Bereich zwischen 0,2 Gew.-% und 0,4 Gew.-% liegen (bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse 106 oder basierend auf dem Gesamtgewicht der Formmasse 106). Der Katalysator 214 kann ausgewählt werden aus einer Gruppe, bestehend aus einer Amidverbindung, einer Phosphinverbindung, einem Tetraphenylphosphoniumaddukt, einer Azolverbindung, Triphenylphosphin, 1,8-Diazabicyclo (5,4,0) Undecen-7,2,4-Diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazin, N,N-Dimethylbenzylamin und Mischungen davon.
  • Die Formmasse 106 kann ferner ein oder mehrere Additive 216 umfassen. Beispiele für solche Additive 216 können ein Flammschutzmittel (als Schutz vor einem Brennen), ein Pigment oder Färbemittel (zum Färben der Formmasse 106, zum Beispiel Ruß), ein Stressmodifikator, ein Ionenfänger oder Ionengetter (insbesondere eine Substanz, die mit Ionen in einem Inneren der Formmasse 106 eine stabile Verbindung bilden kann, zum Beispiel Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) oder Zeolith), ein Trennmittel (zur Förderung der Freisetzungungsfähigkeit bzw. Lösbarkeit der ausgehärteten Formmasse 106 aus einem Formwerkzeug ohne unerwünschte Haftung) sein. Die Freisetzungungsfähigkeit kann sich auf eine Fähigkeit der Formmasse 106 beziehen, ohne unerwünschte Haftung aus dem Formwerkzeug ausgestoßen oder entfernt zu werden.
  • Die Herstellung der Formmasse 106 kann ein Mahlen der vorstehend beschriebenen Bestandteile (insbesondere wenn die Bestandteile in fester Form vorliegen) und ein Mischen der Bestandteile (insbesondere der gemahlenen Bestandteile und gegebenenfalls eines oder mehrerer übriger flüssiger Bestandteile, wie zum Beispiel eines flüssigen Polymerharzes) umfassen, um dadurch eine gemahlene Mischung zu erhalten. Anschließend kann die gemahlene Mischung einem Extruder zugeführt werden, um so ein Extrudat zu erhalten. Das Extrudat wiederum kann zumindest teilweise durch Zerkleinern oder Mahlen pulverisiert werden. In vorteilhafter Weise kann das erhaltene Extrudat unterhalb von 5 °C gelagert werden.
  • Durch die Bereitstellung der beschriebenen Formmasse 106 kann eine ausreichende Haftung zwischen den Pads (zum Beispiel aus Kupfer und/oder Aluminium) des elektronischen Chips 104, dem Träger 102 (zum Beispiel ausgebildet als ein Leadframe aus Kupfer) und dem Kontaktelement 110 (zum Beispiel aus Kupfer und/oder Aluminium) einerseits und der Formmasse 106 andererseits gewährleistet werden. Gleichzeitig kann eine übermäßige Korrosion verhindert werden, die durch eine übermäßige Menge an freiem Haftvermittler 204 verursacht werden kann. Wenn die elektronische Komponente 104, der Chipträger 102, das Kontaktelement 110 usw. in einem Moldverfahren durch die Formmasse 106 gekapselt werden, kann eine Vorform der Formmasse 106 zusammen mit dem elektronischen Chip 104, dem Träger 102 und dem Kontaktelement 110 in ein Formwerkzeug (nicht gezeigt) eingesetzt werden. Durch Aushärten der Formmasse 106 verkapselt die Formmasse 106 die elektronische Komponente 104 und den Chipträger 102 sowie das Kontaktelement 110 mit einer guten Haftung dazwischen. Gleichzeitig haftet die äußere Oberfläche der Formmasse 106 aufgrund der beschriebenen Zusammensetzung der Formmasse 106 nicht stark an dem Formwerkzeug, bevor das Package oder die elektronische Komponente 100 aus dem Formwerkzeug entfernt wird. Darüber hinaus kann die bereitgestellte Formmasse 106 mit einer zuverlässigen elektrischen Isolationseigenschaft sowie mit einer ausreichend hohen Wärmeleitfähigkeit bereitgestellt werden, um während des Betriebs zur Abfuhr von Wärme aus einem Inneren des Packages oder der elektronischen Komponente 100 beizutragen.
  • Im Folgenden sollen die haftungsfördernden Funktionen der Formmasse 106 näher beschrieben werden:
  • Wie vorstehend erwähnt, umfasst die Formmasse 106 gemäß 2 (i) einen freien Haftvermittler 204 in der Matrix 200 und (ii) einen gebundenen Haftvermittler in der Beschichtung 212 des Füllstoffs 208. Wie in 2 schematisch in einem Detail 220 dargestellt, ist der freie Haftvermittler 204 konfiguriert, um die Haftung sowohl mit dem Polymerharz 202 als auch mit einer metallischen Oberfläche eines der jeweiligen Körper 102, 104, 110 zu fördern. Im Gegensatz dazu und unter Bezugnahme nun auf das Detail 230 in 2 haftet die Polymerharz haftvermittelnde Beschichtung 212 des Füllstoffs 208 nur am Polymerharz 202, nicht aber an den Metallkörpern 102, 104, 110. So kann es möglich sein, die mechanische Stabilität zu verbessern, ohne wesentlich zur Korrosion beizutragen. Anschaulich gesprochen kann dies wie folgt plausibel gemacht werden: Wie im Detail 220 dargestellt, umfasst der freie Haftvermittler 204 einen chemischen Rest R und zwei Gruppen X, Y, die in Bezug auf die Haftvermittlung aktiv sind. Die Gruppe X (zum Beispiel -HS-) kann sich an eine metallische Oberfläche eines der Körper 102, 104, 110 binden und ist somit entscheidend für die Auslösung unerwünschter Korrosion. Gruppe Y (zum Beispiel - NH2-) kann sich an das Polymerharz 202 binden, ohne einen kritischen Einfluss auf die Korrosion zu haben. Unter Bezugnahme auf das Detail 230 kann die Gruppe Y der Beschichtung 212 nur an das Polymerharz 202 binden, ohne auch eine kritische Auswirkung auf die Korrosion zu haben. Um Korrosion effizient zu unterdrücken, hat es sich daher als vorteilhaft erwiesen, die Menge des freien Haftvermittlers 204 auf weniger als 0,1 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse, zu begrenzen. Die nur Polymerharz haftvermittelnde Beschichtung 212 des Füllstoffs 208 ist jedoch weniger kritisch im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit.
  • Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „aufweisend“ (oder „umfassend“) nicht andere Elemente oder Merkmale ausschließt, und dass der Ausdruck „ein“, „eine“, „eines“ oder „einer“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sei auch angemerkt, dass Bezugszeichen nicht so auszulegen sind, dass sie den Schutzumfang der Patentansprüche beschränken. Des Weiteren ist es nicht beabsichtigt, dass der Umfang der vorliegenden Anmeldung auf die bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens, der Maschine, der Herstellung, der Zusammensetzung von Materialien, der Mittel, der Verfahren und der Schritte, die in dieser Beschreibung beschrieben sind, beschränkt ist. Folglich ist beabsichtigt, dass die beigefügten Patentansprüche in ihrem Schutzumfang derartige Prozesse, Maschinen, Herstellungsverfahren, Zusammensetzungen von Materialien, Mittel, Verfahren oder Schritte enthalten.

Claims (19)

  1. Eine Formmasse (106), wobei die Formmasse (106) zumindest die folgenden Bestandteile umfasst: • eine Matrix (200), die sich aus einem Polymerharz (202), weniger als 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106), eines freien Haftvermittlers (204) zur Förderung der Haftung der Formmasse (106), einem Härtungsmittel (206) zum Härten des Polymerharzes (202) und einem Katalysator (214) zum Katalysieren der Bildung der Formmasse (106) zusammensetzt; und · einen Füllstoff (208).
  2. Die Formmasse (106) nach Anspruch 1, umfassend eines der folgenden Merkmale: wobei die Menge des freien Haftvermittlers (204) Null ist; wobei die Menge des freien Haftvermittlers (204) über Null, insbesondere weniger als 0,05 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106), ist.
  3. Die Formmasse (106) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der freie Haftvermittler (204) mindestens eines von einem Silan, einem Azol und einem Thiol umfasst.
  4. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend mindestens ein Additiv (216).
  5. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei die Menge des Polymerharzes (202), insbesondere eines Epoxidharzes, in einem Bereich zwischen 0,5 Gew.-% und 50 Gew.-% liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 3 Gew.-% und 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106); wobei die Menge des Härtungsmittels (206) zwischen 0,5 Gew.-% und 50 Gew.-% liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,5 Gew.-% und 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106); wobei die Menge des Füllstoffs (208) in einem Bereich zwischen 40 Gew.-% und 99 Gew.-% liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 70 Gew.-% und 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106); wobei die Menge des Katalysators (214) in einem Bereich zwischen 0,2 Gew.-% und 0,4 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106).
  6. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Polymerharz (202) mindestens eines aus der Gruppe, bestehend aus einem Epoxidharz, einem Polyimid, einem Polybismaleimid, einem Silikon, einem Benzoxazin, einem Phenolderivat und einem Cyanatester, umfasst oder daraus besteht.
  7. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei der Füllstoff (208) ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus kristallinem Siliciumdioxid, Quarzglas, kugelförmigem Siliciumdioxid, Titanoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Zirkoniumdioxid, Calciumcarbonat, Calciumsilikat, Talk, Ton, Kohlefaser, Glasfaser und Mischungen davon; wobei der Katalysator (214) ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Amidverbindung, einer Phosphinverbindung, einem Tetraphenylphosphoniumaddukt, einer Azolverbindung, Triphenylphosphin, 1,8-Diazabicyclo (5,4,0) Undecen-7,2,4-Diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazin, N,N-Dimethylbenzylamin und Mischungen davon; wobei der freie Haftvermittler (204) ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus 3-Mercapto-1,2,4-triazol, 1-Amino-1,3,4-triazol, 3-(Glycidoxypropyl)-trimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl) Ethenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 2-Propenyl-trimethoxysilan, 3-Mercaptopropyl trimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 2-Methylimidazol, 4,5-Dicarboxyimidazol, 2-Mercaptoimidazol und Mischungen davon.
  8. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Füllstoff (208) in Form von Füllstoffpartikeln bereitgestellt wird.
  9. Die Formmasse (106) nach Anspruch 8, wobei die Füllstoffpartikel einen Kern (210) umfassen, der zumindest teilweise mit einer Beschichtung (212) beschichtet ist, insbesondere eine Polymerharz haftungsfördernde Beschichtung, die konfiguriert ist, um die Haftung an dem Polymerharz (202), nicht aber an einem Metall zu fördern.
  10. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der freie Haftvermittler (204) zum Fördern der Haftung mit dem Polymerharz (202) und mit einem Metall konfiguriert ist.
  11. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Gesamtmenge an Haftvermittler der Formmasse (106) weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106).
  12. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend weniger als 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse (106), eines Trennmittels zur Förderung der Freisetzung der Formmasse (106) aus einem Formwerkzeug.
  13. Die Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 11, bestehend aus dem Polymerharz (202), dem Härtungsmittel (206), dem Füllstoff (208), dem Katalysator (214) und optional dem freien Haftvermittler (204).
  14. Ein Verfahren zur Herstellung einer Formmasse (106), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: • Mahlen und Mischen der Bestandteile der Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, um dadurch eine gemahlene Mischung zu erhalten; • Zuführen der gemahlenen Mischung zu einem Extruder, um dadurch ein Extrudat zu erhalten; und • Pulverisieren des Extrudats.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 14, umfassend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei das Verfahren ferner das Lagern der hergestellten Formmasse (106) unterhalb von Normaltemperatur, insbesondere unter 5°C, umfasst; wobei das Verfahren das Pulverisieren des Extrudats durch Zerkleinern oder Vermahlen umfasst.
  16. Das Verfahren zur Verwendung einer Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum zumindest teilweisen Verkapseln eines elektronischen Elements.
  17. Eine elektronische Komponente (100), wobei die elektronische Komponente (100) Folgendes umfasst: · einen elektronischen Chip (104); • eine Formmasse (106) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die mindestens einen Teil des elektronischen Chips (104) einkapselt.
  18. Die elektronische Komponente (100) nach Anspruch 17, umfassend einen Träger (102), auf dem der elektronische Chip (104) montiert ist, wobei der Träger (102) zumindest teilweise in der Formmasse (106) eingekapselt ist.
  19. Die elektronische Komponente (100) nach Anspruch 18, umfassend ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement (110), das den elektronischen Chip (104) mit dem Träger (102) elektrisch koppelt, wobei das elektrisch leitfähige Kontaktelement (110) zumindest teilweise in der Formmasse (106) eingekapselt ist.
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