DE19510276C2 - Verfahren zur Handhabung von elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung von mit Kunststoff umspritzten thermoplastischen Bauelementen in der Endmontage, wobei die Bauteile verschiedene Prüfungen oder Be­ arbeitungen an mehreren Stationen durchlaufen, auf jeweils an die Stationen angepaßten Trägern transportiert und gehalten werden und beispielsweise unter elektrischer und thermischer Be­ lastung künstlich gealtert werden.

Zur Handhabung kleiner elektronischer Komponenten schlägt die US 4 669 416 eine Trägerplatte vor, die mit einer Vielzahl von Bohrungen zur Aufnahme der Komponenten versehen ist.

Elektrische Anschlüsse an der Trägerplatte sind nicht vorhanden.

Für das automatische Bandbonden sieht die DE 42 03 114 A1 einen Bandträger vor, der jedoch nicht zur Endmontage von mit Kunststoff umspritzten thermoplastischen Bauelementen bestimmt ist.

Der Technical Digest 39 vom Juli 1975, Seiten 11, 12 der Western Electric behandelt das Vereinzeln von gekapselten elektrischen Bauelementan aus einem Leadframe; eine Zusammenfassung der vereinzelten Bauelemente in einen Träger ist nicht vorgesehen.

Das Technical Bulletin Vol. 31, No. 8, Januar 1989, Seiten 392 bis 394 der IBM zeigt eine Einrichtung mit elektrischen Anschlüssen zur Kurzschlußprüfung zwischen benachbarten Leiterbahnen, doch wird jeweils nur ein Bauelement auf einen Träger gelegt, der verschiedenen Maßen der Bauelemente anpaßbar ist.

Durch verschiedene Prüfungen soll die Funktion eines elektroni­ schen Bauelementes bei oder nach einer bestimmten Beanspruchung nachgewiesen werden. Dabei ist nicht ausschlaggebend, daß die Prüfbedingungen den tatsächlichen Betriebsbedingungen entspre­ chen, denn die realistisch anzusetzende Zeitdauer dafür wäre zu lang. Somit wird simuliert, indem Belastungsfälle angelegt wer­ den, die zu gleichen Ausfallmechanismen führen, wie im Betrieb. Diese wiederum können sehr vielschichtig sein, denn die Ursa­ chen für Fehler liegen in verschiedenen Abschnitten der Her­ stellung oder Bearbeitung.

Mit verschiedenen Prüfverfahren wird also die Bereitschaft zum typischen Ausfall bei bestimmter Beanspruchung ausgenutzt. Bei einer Temperaturerhöhung können die Phänomene von Korrosion, Alterungsvorgängen, Elektromigration oder die Bildung von Whis­ kern (Einkristalle) beobachtet werden. Sehr hohe Temperaturen bei gleichzeitig hoher Prüfspannung lassen die Isolationsde­ fekte oder Leckströme, sowie elektrische und thermische Insta­ bilitäten erkennen. Mittels Temperaturwechsel werden Kontak­ tierdefekte, Gehäuselecks oder Chipbrüche festgestellt. Eine Feuchtelagerung läßt Gehäusefehler und Mängel im Vergußmateri­ al. latente Korrosionsbereitschaft durch Salze und Passivie­ rungsfehler erkennen.

Die Prüfungen werden aufgrund von nationalen und internationa­ len Standards durchgeführt. Für kunststoffumhüllte integrierte Schaltungen sind entsprechende Normen vorhanden.

Im Bereich der Vormontage werden die Halbleiter auf einem zen­ tralen Bereich eines sogenannten Leadframes (Systemträger) befe­ stigt. In Anschluß daran geschieht die elektrische Kontaktie­ rung zwischen Anschlußflächen auf dem Halbleiter und den inne­ ren Anschlußenden der den zentralen Bereich eines Leadframes um­ gebenden Leads (innere Anschlußbeinchen). Die Umhüllung mit ei­ nem Kunststoff, in der Regel einem Thermoplasten, ist der näch­ ste Schritt innerhalb der Vormontage. Danach folgt eine Tempe­ rung mit anschließender Abkühlung. Je nach Betrachungsweise en­ det an dieser Stelle die Vormontage. Die nächsten Verfahrens­ schritte in Richtung Endmontage sind: Entfernen eines Dichtste­ ges (Dambar) zwischen den Anschlußbeinchen, das Entgraten, so­ wie die Ausrichtung und Formung (Biegen) der Anschlußbeinchen, sowie unter Umständen ein erster elektrischer Test.

Die bereits erwähnten Prüfungen unter Spannung und unter erhöh­ ter Temperatur oder unter Temperaturwechselbeanspruchung stel­ len wesentliche Stationen innerhalb der Endmontage dar. Die un­ terschiedlichen Testverfahren sind an Öfen gebunden, da ver­ schiedene Temperaturen eingestellt werden müssen. Entsprechend sind die Durchlaufzeiten an den Prüfstationen relativ hoch. Um den Durchsatz einer Fertigungslinie für elektronische Bauele­ mente zu optimieren oder zu maximieren, werden regelmäßig An­ passungen vorgenommen.

Der Verfahrensablauf innerhalb der Endmontage von elektroni­ schen Bauelementen ist im wesentlichen durch die Auslegung der einzelnen Prüfstationen vorgegeben. So sind Systeme bekannt, bei denen die Bauelemente von Hand und in Einheiten mit kleiner Stückzahl bzw. einzeln von einer Station zur nächsten transportiert werden. Zur Vermeidung von Leadverbindungen bei den je­ weiligen Handhabungsschritten werden Magazine, Adapter, Sockel oder Trays (Halterungen) mit unterschiedlichem Erfolg einge­ setzt. Das Fügen und Einlegen der Bauelemente in die entspre­ chenden Einheiten ist problematisch. Aus diesem Grund ist eine Minimierung solcher Einlege- bzw. Fügeprozesse anzustreben.

Durch die fortschreitende Miniaturisierung der elektronischen Bauelemente und die damit verbundene Reduzierung der Lead-Di­ mensionen (Beinchenabstand/fine Pitch; Coplanarität/Lage sämtlicher Beinchen in einer Ebene) wird eine Qualitätsverbes­ serung bezüglich der korrekten Ausrichtung der Leads gefordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Handhabungsschritte in der Endmontage von elektronischen Bauelementen zu minimie­ ren. Darüber hinaus soll die Qualität der Anschlußbeinchen ins­ gesamt gewährleistet sein.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmale des An­ spruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteran­ sprüchen entnommen werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mittels eines einzigen in der Endmontage eingesetzten Zwischenträgers elek­ tronische Bauelemente mit Kunststoffumhüllung, mit dem die Bau­ elemente nicht nur innerhalb einer einzelnen Prüf- oder Bear­ beitungsstation, sondern in sämtlichen Stationen und auch wäh­ rend des Transportes zwischen den Stationen gehalten werden, die Bauelemente kontaktierbar sind und verschiedenen Belastun­ gen, beispielsweise Wärmebelastungen, ausgesetzt werden können. Somit sind einzelne Teilprozesse insofern verkettet, als sämt­ liche hier betrachtete Stationen (Öfen usw.) auf diese eine Art von Zwischenträger abgestimmt sein müssen. Der Einsatz die­ ses einen Zwischenträgers, auf dem die Bauelemente direkt ge­ halten werden, erspart bisher bekannte Halterungen, die zur Befestigung der Bauelemente auf einem Träger zwischengeschaltet worden sind. Die wesentlichsten Vorteile liegen darin, daß ei­ nige Handhabungs-, Beladungs- und Entlade-Vorgänge entfallen. Die Bauelemente werden somit nach dem Biegen der Anschlußbein­ chen in den Zwischenträger gegeben und verlassen ihn erst wie­ der, wenn sie in eine Verpackungseinheit entladen werden. Sol­ che Verpackungseinheit kann beispielsweise ein Gurt mit ent­ sprechenden Vertiefungen sein, in die jeweils ein Bauelement hineingelegt wird.

Zur Gewährleistung des elektrischen Anschlusses der Bauele­ mente, während sie sich auf dem Zwischenträger befinden, muß eine zuverlässige Kontaktierung erfolgen. Eine Variante der Kontaktierung sieht Kontaktiermittel vor, die auf dem Zwischen­ träger befestigt sind. Diese kontaktieren die elektrischen An­ schlüsse der Bauelemente, wobei entsprechende Leitungen über den Zwischenträger verlaufen und eine entsprechende elektrische Verbindung von dem Zwischenträger nach außen führt. Ein we­ sentlicher Vorteil dieser Ausführung liegt in der guten Wieder­ holbarkeit der Kontaktierung zwischen Anschlußbeinchen und ein­ zelnem Kontakt innerhalb der Kontaktiermittel.

In einer zweiten Ausgestaltung befinden sich die Kontaktiermit­ tel nicht auf dem Zwischenträger, sondern sind in einer Stati­ on, die eine Kontaktierung erfordert, in Form einer Kontaktier­ anordnung mit elektrischen Kontakten vorgesehen. Die elektri­ schen Kontakte sind korrespondierend zu den elektrischen An­ schlußbeinchen der Bauelemente positioniert. Beim Einbringen eines oder mehrerer Zwischenträger, die mit elektronischen Bau­ elementen bestückt sind, werden die Zwischenträger relativ zu der Kontaktieranordnung positioniert und in gegenseitigen Kon­ takt gebracht, so daß die nach außen hin zugänglichen Anschluß­ beinchen der Bauelemente mit den elektrischen Kontakten der Kontaktieranordnung elektrisch zusammenwirken. Der Vorteil die­ ser Ausführung besteht darin, daß der Zwischenträger frei von elektrischen Leitungen und Kontakten ist. Es werden jedoch hö­ here Anforderungen an die relative Positionierung zwischen An­ schlußbeinchen und elektrischen Kontakten der Kontaktieranord­ nung gestellt. Insgesamt können mit dieser zweiten Variante je­ doch kurze elektrische Anschlußwege bzw. -leitungen realisiert werden. Dies ergibt insbesondere dann Vorteile, wenn für jeden Baustein eine eigene Testschaltung angeboten werden muß.

Im folgenden werden unter Bezug auf die begleitenden schemati­ schen Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen teilweise mit elektro­ nischen Bauelementen 1 bestückten Zwischenträger 2,

Fig. 2 zeigt die seitliche geschnittene Ansicht eines Zwi­ schenträgers 2 mit elektronischen Bauelementen 1 und einer relativ dazu positionierten Kontaktieranordnung 4,

Fig. 3 zeigt die Einzelheit E3 aus Fig. 2, die detailliert die Kontaktierung zwischen der Kontaktieranordnung 4 und den elektronischen Bauelementen 1 wiedergibt,

Fig. 4 zeigt ein Ablaufschema mehrerer Stationen in der Mon­ tage von elektronischen Bauelementen.

In Fig. 1 wird in der Draufsicht ein Zwischenträger 2 gezeigt, der in einem orthogonal angeordneten Raster eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen 1 mit Anschlußbeinchen 3 trägt. Hier sind die elektronischen Bauelemente 1 in den Zwischenträ­ ger 2 gefügt. Mechanische Halterungen 5 können beispielsweise für die Zeit des Transportes der Bauelemente 1 auf dem Zwi­ schenträger 2 die entsprechende Haltekraft erzeugen. Vorzugs­ weise werden hier Federelemente eingesetzt. Die Zahl der Ein­ bauplätze 6 auf dem Zwischenträger 2 ist je nach Ausführung der Fertigungslinie bzw. der Prüf- oder Bearbeitungsstationen va­ riabel. Sie kann beispielsweise im Bereich von 7 × 10 oder bei­ spielsweise 20 × 70 liegen. An einer Prüfstation, beispielsweise einem Ofen, wird eine Vielzahl von Zwischenträgern 2 gleichzei­ tig eingebracht. Zweckmäßigerweise werden die verschiedenen Zwischenträger 2 übereinander beabstandet plaziert.

Die elektrische Kontaktierung auf dem Zwischenträger 2 nach Fig. 1 erfolgt über entsprechende Kontaktiermittel, die sich beispielsweise auf dem Zwischenträger 2 befinden und über auf dem Zwischenträger 2 verlaufende elektrische Leitungen nach au­ ßen geführt werden.

Werden die elektronischen Bauelemente 1 auf dem Zwischenträger 2 lediglich mechanisch gehalten und nicht direkt kontaktiert, so kann entsprechend Fig. 2 die Kontaktierung der elektrischen Anschlußbeinchen über eine Kontaktieranordnung 4 erfolgen, die sich beispielsweise in einer Prüfstation befindet, wobei der Zwischenträger 2 mit den elektronischen. Bauelementen 1 relativ zu der Kontaktieranordnung positioniert wird. Dabei werden die elektrischen Anschlußbeinchen 3 mit elektrischen Kontakten 8 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung gegeneinander ge­ fahren.

In der Fig. 3 ist die Einzelheit E3 aus Fig. 2 vergrößert dar­ gestellt. Man erkennt im oberen Teil einen Ausschnitt aus dem Zwischenträger 2 in der Seitenansicht. Der Zwischenträger 2 enthält eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen 1 mit An­ schlußbeinchen 3. Relativ zu den Anschlußbeinchen 3 sind elek­ trische Kontakte 8 in einer Kontaktieranordnung 4 derart pla­ ziert, daß sie jeweils mit den Anschlußbeinchen 3 in Verbindung gebracht werden können. Zumindest die elektrischen Kontakte 8 sind federn ausgeführt. Die entsprechende elektrische Schaltung kann in dieser Version der Kontaktierung über die Kontaktieran­ ordnung 4 geschehen und läuft z. B. über die Halterung 7. Somit sind kurze Verkabelungswege bei dieser Version eher gewährlei­ stet, als bei einer Führung der elektrischen Leitungen über oder auf dem Zwischenträger 2, da dieser einen bestimmten Spielraum zur Handhabung benötigt.

Die Fig. 4 zeigt schematisch eine Reihe von durchnumerierten Bearbeitungsschritten. Die Schritte 11 bis 14 betreffen die Vormontage und bedeuten im einzelnen:
11 Die-Bonding, Befestigen des Halbleiters auf einer Insel eines Leadframes
12 Wire Bonding, Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen Bauelement und inneren Leads des Leadframes,
13 Molding, Umspritzen mit Kunststoff,
14 Post Cure, Tempern des Kunststoffes mit anschließen­ dem Abkühlen.

Die etwa mit dem Schritt 15 beginnende Endmontage beinhaltet in einem ersten Block von drei Schritten folgende Bearbeitungen im weitesten Sinne:
15 Dambar Cut, Abschneiden eines Dichtstreifens; und Trimm & Form, Biegen und Formen der Anschlußbeinchen,
16 Kontaktieren und erster elektrischer Test,
17 Beladen des Zwischenträgers 2.

Im weiteren Verlauf wird im Bearbeitungsschritt 18 geprüft, ob in der elektrischen Verdrahtung auf dem Zwischenträger 2 bzw. auf der Kontaktieranordnung 4 ein elektrischer Defekt vorliegt. Im Bearbeitungsschritt 19 werden beispielsweise die Bauelemente unter elektrischer und gleichzeitiger thermischer Belastung ge­ testet.

Die Bearbeitungsschritte 20, 21 und 22 beinhalten weitere Tem­ peratur- oder temperatur/elektrische Testverfahren, wobei die elektronischen Bauelemente 1 weiterhin auf dem Zwischenträger 2 verblieben sind. Dabei wird in der Regel ein spezielles Prüf­ verfahren bzw. ein Bearbeitungsschritt in einer eigenen Station durchgeführt.

Im Anschluß an die verschiedenen Prüf- und Bearbeitungsverfah­ ren wird im Schritt 23 der Zwischenträger 2 entladen. Eine Mar­ kierung bzw. Beschriftung der Bauelemente 1, beispielsweise durch einen Laser, könnte jedoch auch durchgeführt werden, wenn die Bauelemente 1 noch auf dem Zwischenträger 2 gehalten wer­ den. Die Beschriftung ist in dem Fließschema nach Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 24 vermerkt. Die Bearbeitungsschritte 25 und 26 bedeuten eine Prüfung der Beschriftung und eine Prüfung der Anschlußbeinchen 3. Der letzte Bearbeitungsschritt 27 beinhal­ tet die Beladung beispielsweise eines mit entsprechenden Wannen versehenen Gurtes, die jeweils ein Bauelement 1 aufnehmen, das Verschließen der Wanne durch einen Kunststoffstreifen und die entsprechende Aufwicklung des Gurtes auf eine Rolle.

In der obigen Beschreibung wurde indirekt vorausgesetzt, daß der Bearbeitung Trimm & Form im Bearbeitungsschritt 15 der End­ montage Bauelemente 1 mit bereits in Form gebrachten Anschluß­ beinchen 3 zugeführt werden. Es ist genauso möglich, den Ver­ fahrensschritt Trimm & Form an den Schluß der gesamten Bearbei­ tungsschritt-Kette zu verschieben. Damit kann unter Umständen eine vereinfachte Kontaktierung einhergehen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Handhabung von mit Kunststoff umspritzten elektronischen Bauelementen (1) in der Endmontage während deren Prüfung oder Bearbeitung an mehreren Stationen unter Einsatz von Zwischenträgern (2), mit denen die elektronischen Bauelemente (1) zwischen den Stationen transportiert werden und während einer Prüfung oder Bearbeitung darauf gehalten werden, wobei ein einziger Zwischenträger (2) mit einer Vielzahl von lösbar darauf angeordneten Bauelementen (1) verwendet wird, mittels dem die Bauelemente (1) elektrisch kontaktierbar sind und während der gesamten Prüfungen oder Bearbeitungen der Bauelemente (1) an verschiedenen Stationen auf diesem für sämtliche Stationen kompatibel ausgelegten Zwischenträger (2) verbleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die elektrische Kontaktie­ rung mittels auf dem Zwischenträger (2) vorhandener Kontaktier­ mittel geschieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Bauelemente (1) auf dem Zwischenträger (2) mechanisch gehalten werden und deren elektrische Anschlußbeinchen (3) nach außen hin kontaktierbar sind, wobei die elektrische Kontaktierung über eine Kontaktier­ anordnung (4) mit elektrischen Kontakten (5) geschieht, die korrespondierend zur Lage der elektrischen Anschlußbeinchen (3) jeweils in einer Prüfstation vorhanden sind und durch Relativ­ bewegung von Zwischenträger (2) und Kontaktieranordnung (4) kontaktiert werden.