DE10335078A1

DE10335078A1 - Verfahren zum formgebenden Umhüllen eines Leadframes und Bauelement mit einem Leadframe

Info

Publication number: DE10335078A1
Application number: DE2003135078
Authority: DE
Inventors: Günter Waitl; Jörg Erich SORG
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: DE10335078B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum formgebenden Umhüllen eines Leadframes (1) mit einem Gehäuse-Material in einem Werkzeug vorgeschlagen, bei dem auf das Leadframe (1) im Bereich von Trennebenen (13) ein Dichtmaterial aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum formgebenden Umhüllen eines Leadframes und ein Bauelement mit einem Leadframe und einem diesen umgebenden Gehäuse.

Als Gehäuse-Materialien für derartige Bauelemente werden üblicherweise Kunststoffe, die beispielsweise duroplastische oder thermoplastische Formmassen sind, verwendet. Das Gehäuse-Material wird unter Einwirkung von Temperatur und Druck in speziellen Werkzeugen zu Gehäusen bzw. Formstoffen verarbeitet. Üblicherweise bestehen die Vorrichtungen zum formgebenden Umhüllen, d.h. die Verarbeitungswerkzeuge aus mehreren Teilen, die sich nach jedem Verfahrensschritt bzw. am Schluss des Verfahrens zum Entformen der Formstoffe öffnen. Beim Schließen der Werkzeugteile entstehen an den Trennebenen wegen der unvermeidlichen Werkstofftoleranzen Spalten, durch die das Gehäuse-Material als dünner Film, sogenannter Flash, während der Bearbeitung austritt.

So fließt bei der Umhüllung von Leadframes, die in Form von Metallbändern vorliegen können, die teilweise mit Kunststoff umhüllt werden sollen, durch die Spalten zwischen den in der Form befindlichen eingelegten Teilen und dem Werkzeug das Gehäuse-Material als dünner Film auch auf die Flächen, die nicht umhüllt werden sollen. Diese Flächen stellen Anschlussfinger dar, die zur weiteren Kontaktierung des Bauelementes einen guten elektrischen Kontakt aufweisen müssen. Bereits geringe Verunreinigungen dieser Flächen des Leadframes führen zu einem hohen Kontaktwiderstand, wodurch eine Galvanisierung der Flächen nicht mehr möglich ist.

Typischerweise muss deshalb der auf den Anschlussfingern gebildete Flash durch aufwendige und teuere Arbeitsgänge ent fernt werden. Hierzu gehört ein Anlösen bzw. Aufweichen des Flash durch Chemikalien wie Ameisensäure, Milchsäure oder anderen. Eine weitere Möglichkeit besteht im Strahlen, sogenanntes Jet-Deflashing, der aus dem Gehäuse herausragenden Flächen des Leadframes mit Wasser, das unter Druck steht. Es ist auch möglich, mit Wasser zu strahlen, welches mit Feststoffpartikeln angereichert ist (sogenanntes „wet blasting"). Weitere Methoden zur Entfernung des Flash sind das Laser-Deflashing oder ein elektrolytisches Deflashen. Bei nicht vollständiger Entfernung des Flash muss nachgearbeitet werden. Dies geschieht durch Abschleifen der aus dem Gehäuse ragenden Flächen mit einem mechanischen Abtragverfahren, wie z.B. einer Schmirgelscheibe.

Trotz der Verwendung von an das Design des Leadframes angepassten Dichtflächen im Verarbeitungswerkzeug kann die Bildung von Flash bislang nicht vollständig verhindert werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfache, effektive und billige Möglichkeit zum Umhüllen eines Bauelementes mit einem Leadframe anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 ist ein Bauelement wiedergegeben, bei dem das Auftreten von Flash nicht gegeben ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum formgebenden Umhüllen eines Leadframes mit einem Gehäuse-Material in einem Werkzeug ist vorgesehen, auf den Leadframe im Bereich der Trennebenen ein Dichtmaterial aufzubringen. Durch das Aufbringen von Dichtmaterial auf den Leadframe, das vorzugsweise sehr dünn aufgebracht wird, werden effiziente Dichtstrukturen bereitgestellt, die in der Art einer „Einwegdichtung" wirken. Das Dichtmaterial wird lediglich zum Zeitpunkt des Umhüllungsvorganges benötigt. Zu diesem Zeitpunkt kann eine effektive Dich tung sichergestellt werden. Würden Dichtmaterialien in oder an dem Verarbeitungswerkzeug angebracht werden, so würden insbesondere feine Strukturen schnell verschleißen und damit ihre Wirksamkeit verlieren. Der Austausch der Dichtmaterialien nach nur wenigen Umhüllungsvorgängen wäre notwendig, wodurch sich die Standzeiten des Werkzeugs und die Kosten der Herstellung erhöhen.

Vorzugsweise wird als Dichtmaterial ein duktiles Material verwendet, so dass sich das Dichtmaterial in Form einer Quetschdichtung verhält, die sich nach dem Schließen des Verarbeitungswerkzeuges verformt. Die Verwendung eines duktilen Materials ermöglicht die Verminderung des Schließdrucks des Verarbeitungswerkzeugs gegenüber den herkömmlichen Vorgehensweisen. Dies hat zur Folge, dass bei Beibehaltung des bislang verwendeten Schließdrucks eine größere Anzahl an Leadframes in einem Metallband gleichzeitig mit dem Gehäuse-Material umhüllt werden kann.

Das Dichtmaterial wird vorzugsweise nach dem Einlegen des Leadframes in das Werkzeug derart zu diesem positioniert, dass das Dichtmaterial in einem Schließbereich des Werkzeugs angeordnet ist und mindestens bis an die Trennebenen reicht. Hierdurch wird eine Wirkverbindung des Dichtmaterials mit dem Verarbeitungswerkzeug ermöglicht, wobei aufgrund der plastischen Verformung die gewünschte Dichtwirkung resultiert. Die Dichtwirkung entsteht dabei insbesondere im Bereich der jeweiligen Trennebene.

Durch das Positionieren des Dichtmaterials im Bereich der Trennebene, wobei dieses vorzugsweise unmittelbar an die Trennebene angrenzt, wird beim Schließen des Verarbeitungswerkzeuges bewirkt, dass durch die plastische Verformung des Dichtmaterials ein im Bereich der Trennebene gelegener und dem Inneren der Form zugewandter Wulst gebildet wird. Der in der Kavität des Verarbeitungswerkzeugs entstehende Wulst verhindert zuverlässig, dass das zum Umhüllen in die Kavität eingepresste Gehäuse-Material von der Trennebene ferngehalten wird und damit Flash auf den außerhalb des Gehäuses gelegenen Flächen des Leadframes entsteht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Dichtmaterial unter Verwendung eines fotolithographischen Verfahrens auf den Leadframe aufgebracht. Obwohl die Behandlung eines Leadframes mit einem fotolithographischen Verfahren im Vorfeld der formgebenden Umhüllung zusätzliche Arbeitsschritte bedarf, kann dieses effektiv durchgeführt werden, da Leadframes üblicherweise in Form großflächiger Metallbänder gefertigt werden. In diesem Arbeitsschritt lassen sich deshalb eine Vielzahl an Leadframes gleichzeitig dem fotolithographischen Verfahren unterziehen, so dass das Dichtmaterial in geeigneter Weise auf diese aufgebracht werden kann.

Vorteilhafterweise wird das Dichtmaterial beidseitig des Leadframes und im wesentlichen symmetrisch auf diesem aufgebracht. Die Symmetrie bezieht sich hierbei auf eine Ebene, welche parallel und mittig zu den Hauptflächen des Leadframes verläuft. Hierdurch wird sichergestellt, dass weder auf der Ober- noch auf der Unterseite des Leadframes die Bildung von Flash möglich ist.

Als Dichtmaterialien eigen sich insbesondere Metalle, wie z.B. Kupfer, da diese hervorragende duktile Eigenschaften aufweisen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Leadframe und das Dichtmaterial mit einer Metallschicht versehen werden, so dass das Dichtmaterial zwischen dem Leadframe und der Metallschicht angeordnet ist. Dieser Verfahrensschritt, der beispielsweise mit einem Galvanisiervorgang durchgeführt werden kann, werden gute elektrische Eigenschaften der außerhalb des Gehäuses liegenden Flächen des Leadframe sichergestellt. Weiterhin unterscheidet sich die Optik nicht gegenüber herkömmlich hergestellten Bauelementen.

Als Gehäusematerial wird bevorzugt eine Gussmasse, insbesondere ein transparenter Duroplast verwendet, welcher unter Druck und Temperatur in das Werkzeug eingespritzt wird. Die Verwendung eines transparenten Duroplast ermöglicht die Montage eines strahlungsemittierenden Bauelementes auf dem Leadframe (vor dem Umhüllen der Anordnung), wodurch ein Diodenbauelement geschaffen ist.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauelement zeichnet sich somit dadurch aus, dass im Bereich einer Trennebene, an welchem Teile des Leadframes aus dem Gehäuse herausragen, ein von dem Gehäusematerial unterschiedlichem Material, nämlich das Dichtmaterial, angeordnet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Leadframe, auf den ein Dichtmaterial aufgebracht ist, vor dem Umhüllen mit Gehäuse-Material in einer Draufsicht,
2 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 1,
3 eine Draufsicht auf einen Leadframe nach dem Umhüllen mit Gehäuse-Material,
4 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 3, und
5a bis 5f Verfahrensschritte zur Herstellung des Dichtmaterials auf den Leadframe.
In den Figuren weist ein Leadframe 1 einen Chipaufnahmebereich 2 und eine Chipanschlussfläche 3 auf. Der Chipaufnahmebereich 2 kann gleichzeitig eine Chipanschlussfläche 4 für die elektrische Kontaktierung darstellen. Eine um den Chipaufnahmebereich 2 und die Chipanschlussfläche 3 verlaufende strichlierte Umrandung stellt den späteren Gehäuserand 5dar, der gleichzeitig die Abmaße der Kavität eines formgebenden Verarbeitungswerkzeuges definiert. Der Chipaufnahmebereich 2 ist vorliegend mit einem Anschlussfinger 16 einstückig ausgebildet, der nach dem Umhüllen des Leadframes 1 mit einem Gehäuse-Material aus dem Gehäuse herausragen wird. In entsprechender Weise ist die Chipanschlussfläche 3 ebenfalls einstückig mit einem Anschlussfinger 16 verbunden. Der gezeigte Leadframe 1 weist lediglich zum Zwecke der Darstellung zwei Anschlussfinger 16 auf. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich selbstverständlich auch bei solchen Leadframes einsetzen, welche eine Vielzahl an aus dem Gehäuse ragenden Anschlussfingern aufweisen.
Auf den Anschlussfingern 16 ist in einem Schließbereich 14 des Verarbeitungswerkzeuges jeweils ein Dichtmaterial 6 aufgebracht, welches beispielhaft in der Form eines „U" von einem Außenrand des Anschlussfingers entlang einer Trennebene 13 zu dem anderen Außenrand des Anschlussfingers verläuft. Der gezeigte Verlauf des Dichtmaterials ist lediglich beispielhaft. Dieser könnte auch entweder ausschließlich entlang der Trennebene 13 oder im wesentlichen vollflächig auf den Anschlußfingern aufgebracht sein. wie aus 2 hervorgeht, die einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 1 darstellt, ist das Dichtmaterial auf beiden Seiten, nämlich der Chipseite 7 und der Hauptseite 8 aufgebracht.
Um die gewünschte Dichtfunktion erfüllen zu können, ist es wesentlich, dass das Dichtmaterial 6 mindestens bis an die Trennebene 13 heranreicht. Eine etwaige Überschreitung der Trennebene 13 in Richtung des (späteren) Gehäuseinneren ist für die Dichtungsfunktion unkritisch. Auch ein etwaiger Abstand zwischen dem Dichtmaterial 6 und der Trennebene 13 kann in gewissem Maße ausgeglichen werden, da durch das Schließen des Verarbeitungswerkzeuges eine elastische Verformung des Dichtmate rials 6 bewirkt wird, wodurch dieses in Richtung der Kavität des Verarbeitungswerkzeuges, also in Richtung des späteren Gehäuses, gefördert wird. Wie aus 4 gut ersichtlich ist, das den Leadframe in einer Querschnittsansicht zwar nach dem Umspritzen mit dem Gehäuse-Material zeigt, bildet sich dabei ein Wulst 15, der beim Einpressen des Gehäuse-Materials eine sichere Abdichtung der Trennebene 13 gewährleistet und von dem Gehäuse-Material eingeschlossen wird bzw. ist.
Wie aus 3 ersichtlich ist, welches den Leadframe ebenfalls nach dem Umspritzen mit dem Gehäuse-Material darstellt, ist das Dichtmaterial 6 im Schließbereich 14 durch das Schließen des Verarbeitungswerkzeuges zusammengepresst worden, wodurch dieses sich auch in Richtung des Zentralbereiches eines jeden Anschlussfingers 16 ausgebreitet hat. Aus 4, welche einen Schnitt durch die Linie B-B der 3 darstellt, ist ersichtlich, dass das Dichtmaterial 6 im Bereich der Anschlussfinger 16, und damit außerhalb des Gehäuses 9, nun flach ausgebildet ist. Im Inneren des Gehäuses 9 hat sich im Bereich der Trennebenen 13 der Dichtwulst 15 ausgebildet.
Zur Gewährleistung einer guten Dichtfunktion ist es notwendig, dass das Dichtmaterial 6 sehr dünn aufgebracht wird. Dann kann dieses die Funktion einer einfachen und zuverlässigen Quetschdichtung übernehmen. Durch die Plastifizierung des dünnen Dichtmaterials erfolgt eine effektive Abdichtung zwischen dem Gehäuse-Material und dem Leadframe. Das Vorgehen ermöglicht dadurch eine Reduktion des Schließdrucks der jeweiligen Formteile des Verarbeitungswerkzeuges. Wird weiterhin der gleiche Schließdruck verwendet, wie dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Fall ist, können größere Nutzen, d.h. eine größere Anzahl an Leadframes, gleichzeitig mit einem Gehäuse-Material umhüllt werden.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung, bei denen eine Dichtung auf Seiten des Verarbeitungsmaterials vorgesehen ist, sieht die Erfindung Dichtstrukturen auf Seiten des Leadframes vor. Da diese ihre Dichtfunktion lediglich einmal gewährleisten müssen, können die Dichtstrukturen sehr dünn und fein ausgeführt werden. Solchermaßen dünne Dichtstrukturen würde beim Aufbringen auf das Werkzeug schnell verschleißen und ihre Wirksamkeit verlieren.
Als Dichtmaterial kommt bevorzugt eine Metall, z.B. ein Kupfer zum Einsatz. Ein möglicher Herstellungsprozess wird in den 5a bis 5b beschrieben, die jeweils eine Querschnittsansicht darstellen.
Zunächst legt lediglich der bereits gestanzte und in die gewünschte Form gebrachte Leadframe vor (5a). Im nächsten Verfahrensschritt wird beidseitig auf dem Leadframe 1 ein Lack 30 aufgebracht (5b). Durch ein fotolithographisches Verfahren werden an den Stellen Aussparungen 31 in den Lack 30 eingebracht, an denen das Dichtmaterial vorgesehen werden soll. Die Aussparungen sind symmetrisch bezüglich einer Ebene parallel zu den Hauptflächen des Leadframes 1 angeordnet (5c). Im nächsten Verfahrensschritt, der in 5d dargestellt ist, werden die durch die Aussparungen 31 freigelegten Bereiche des Leadframes 1 galvanisiert, wodurch eine Metallisierung 32 entsteht. Schließlich wird im nächsten Verfahrensschritt (5e) der Lack 30 entfernt, so dass lediglich die metallisierten Bereiche 32, die beispielsweise die in 1 gezeigte Form aufweisen, stehen bleiben. In einem weiteren Schritt wird der Leadframe mit der darauf aufgebrachten Metallisierung 32 einer weiteren Metallisierung unterzogen, so dass entlang der gesamten Oberfläche eine weitere Metallschicht 33 ausgebildet ist. Diese ist gut leitend und kann nach der Umhüllung des Bauelementes zur unmittelbaren elektrischen Kontaktierung herangezogen werden. Die Metallisierung 33 kann beispielsweise aus Silber bestehen. Die mit der Metallisierung 33 überzogene Metallisierung 32 bildet die erfindungsgemäße Quetschdichtung auf dem Leadframe.

Claims

Verfahren zum formgebenden Umhüllen eines Leadframes (1) mit einem Gehäuse-Material in einem Werkzeug, bei dem auf das Leadframe (1) im Bereich der Trennebenen (13) ein Dichtmaterial (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtmaterial (6) ein duktiles Material verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmaterial (6) nach dem Einlegen des Leadframes (1) in das Werkzeug derart zu diesem positioniert ist, dass das Dichtmaterial (6) in einem Schließbereich (14) des Werkzeugs (10, 11) angeordnet ist und mindestens bis an die Trennebenen (13) reicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Dichtmaterial (6) beim Einbringen des Leadframes (1) in das Werkzeug plastisch verformt, so dass eine Abdichtung zwischen dem zugeordneten Formteil des Werkzeugs und dem Leadframe (1) im Bereich der jeweiligen Trennebene (13) entsteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die plastische Verformung des Dichtmaterials ein im Bereich der Trennebene (13) gelegener und dem Inneren der Form zugewandter Wulst (15) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmaterial (6) unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens auf den Leadframe (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmaterial (6) beidseitig und im wesentlichen symmetrisch auf den Leadframe (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtmaterial (6) ein Metall verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leadframe (1) und das Dichtmaterial (6) mit einer Metallschicht (32, 33) versehen werden, so dass das Dichtmaterial (6) zwischen dem Leadframe und der Metallschicht angeordnet ist.
Verfahren nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse-Material eine Gussmasse, insbesondere ein transparenter Duroplast, ist, die unter Druck und Temperatur in das Werkzeug (10, 1) eingespritzt wird.
Bauelement mit einem Leadframe (1) und einem diesen umgebenden Gehäuse (9) aus einer Gussmasse, wobei das Leadframe (1) zumindest einen außerhalb des Gehäuses ragenden Anschlussfinger (16) aufweist, wobei im Bereich einer Trennebene (13) ein von dem Gehäusematerial unterschiedliches Material angeordnet ist.