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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren Herstellung eines Bauelements mit
einem formgebend umhüllten
Leadframe und ein Bauelement mit einem Leadframe.
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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.
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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.
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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.
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Trotz
der Verwendung von an das Design des Leadframes angepassten Dichtflächen im
Verarbeitungswerkzeug kann die Bildung von Flash bislang nicht vollständig verhindert
werden.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
35 08 008 A1 sind ein Formverfahren und eine Formvorrichtung zum
partiellen Umgeben eines metallischen Einsatzes mit einem Kunststoffmaterial
bekannt. Hierbei ist eine Dichtungseinrichtung als Teil der Formoberfläche vorgesehen.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
27 38 009 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelement-Gehäuses beschrieben,
wobei eine Folie zum Abdichten von Teilen, die in ein Werkzeug eingelegt
und dann mit Kunststoff umhüllt
werden, auf die Teile gelegt wird.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
43 33 415 A1 geht eine Vorrichtung zum Umhüllen eines
Halbleiterbauelements und einer damit verbundenen Wärmesenken
mit Kunststoffen hervor. Um beim Umhüllen des Halbleiterbauelements
und der Wärmesenke,
die an einer Außenfläche nicht
umhüllt
werden soll, ein Entstehen eines Kunststofffilms zu verhindern,
wird zwischen die Wärmesen ke
und ein Formteil der formgebenden Vorrichtung eine Folie angeordnet.
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Bei
dem in der Veröffentlichungsschrift
WO 01/84618 A2 beschriebenen
Verfahren zum Umspritzen von elektronischen Schaltungsträgern wird
zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einem Hohlraum und einem Klemmbereich
einer Form eine Dichtlippe verwendet, die mit einem Formteil verbunden
ist und nach Erstarren einer in die Form eingespritzten Kunststoffmasse
vom Schaltungsträger
abgelöst wird.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
101 00 882 A1 ist ein Verfahren zum lunkerfreien Vergießen eines Chips
beschrieben. Ein äußerer Ring
eines Anschlussstückes
stellt sicher, dass während
des Vergießens
eine erste Teilgussform gegenüber
einer zweiten Teilgussform nach außen hin abgedichtet werden
kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, effektive und
billige Möglichkeit
zum Umhüllen
eines Bauelementes mit einem Leadframe anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst.
Mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 ist ein Bauelement wiedergegeben,
bei dem das Auftreten von Flash nicht gegeben ist. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Bauelements mit einem Leadframe, wobei der
Leadframe mit einem Gehäuse-Material
formgebend umhüllt
wird, ist vorgesehen, auf den Leadframe im Bereich der Trennebenen
ein Dichtmaterial in Form einer Metallisierung aufzubringen und zu
Dichtstrukturen zu strukturieren. 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 Dichtung 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.
Das Dichtmaterial wird nach dem Einlegen des Leadframes in ein 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.
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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.
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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 da mit Flash auf den außerhalb
des Gehäuses
gelegenen Flächen
des Leadframes entsteht.
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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.
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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.
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Als
Dichtmaterialien eigen sich insbesondere Metalle, wie z.B. Kupfer,
da diese hervorragende duktile Eigenschaften aufweisen.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Leadframe, auf den ein Dichtmaterial aufgebracht ist, vor dem Umhüllen mit
Gehäuse-Material
in einer Draufsicht,
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2 einen
Schnitt entlang der Linie A-A aus 1,
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3 eine
Draufsicht auf einen Leadframe nach dem Umhüllen mit Gehäuse-Material,
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4 einen
Schnitt entlang der Linie B-B aus 3, und
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5a bis 5f Verfahrensschritte
zur Herstellung des Dichtmaterials auf den Leadframe.
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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 elekt rische Kontaktierung
darstellen. Eine um den Chipaufnahmebereich 2 und die Chipanschlussfläche 3 verlaufende
strichlierte Umrandung stellt den späteren Gehäuserand 5 dar, 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.
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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.
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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 Dichtmaterials 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.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, welche 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.
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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.
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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 le diglich 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.
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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.
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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.