DE19524001A1 - Process for packaging a pressure-sensitive electronic circuit with a protective casing sealing on all sides - Google Patents
Process for packaging a pressure-sensitive electronic circuit with a protective casing sealing on all sidesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verpacken einer druckempfindlichen elektronischen Schaltung mit einer allsei tig abdichtenden Schutzumhäusung.The invention relates to a method for packaging a pressure sensitive electronic circuit with an allsei sealing protective housing.
Für Hybridschaltungen und für Einzel-ICs sind verschiedene Gehäuse- bzw. Verpackungsarten allgemein bekannt. Insbeson dere ist es bei einem Leistungshalbleitermodul bekannt, ein bereits bestücktes Keramiksubstrat als Gehäuseboden in ein rahmenförmiges Kunststoffgehäuse einzusetzen und elastisch zu verkleben. Das Innere des Gehäuses wird anschließend mit ei ner weichen Siliconkautschukmasse und/oder mit einer harten Vergußmasse aus Epoxidharz bis zum oberen Rand des Gehäuses verfüllt. Die harte Vergußmasse verleiht dem Modul mechani sche Stabilität und fixiert darüberhinaus aus dem Modul herausragende elektrische Anschlüsse. Bei Einzel-ICs ist es bisher üblich, diese auf einem Leadframe anzubringen und mit diesem durch Bonden zu verbinden. Anschließend werden die Leadframes und der IC durch Umpressen mit Kunststoff geschützt. Möglich sind auch aufwendige Metallgehäuse, bei denen die Anschlüsse über Druckglaseinschmelzungen durch die Bodenplatte geführt werden und der Deckel mit der Bodenplatte verlötet wird.Different are for hybrid circuits and for single ICs Housing and packaging types generally known. In particular it is known in a power semiconductor module, a already assembled ceramic substrate as housing bottom in one to use frame-shaped plastic housing and elastic glue. The inside of the housing is then covered with egg ner soft silicone rubber compound and / or with a hard Potting compound made of epoxy resin up to the upper edge of the housing backfilled. The hard potting compound gives the module mechani cal stability and also fixed out of the module outstanding electrical connections. It is with single ICs So far it has been common to attach these to a lead frame and use to connect this by bonding. Then the Leadframes and the IC by molding with plastic protected. Elaborate metal housings are also possible which the connections over pressure glass melts through the Bottom plate are guided and the lid with the bottom plate is soldered.
Das übliche Umspritzen mit Kunststoff bzw. Einfüllen und Aus härten von harten Vergußmassen ist zwar insofern zufrieden stellend, als dabei Gehäuse entstehen, die Beschädigungen durch externe Einflüsse weitgehend ausschließen. Jedoch ent stehen beim Aushärten Drücke bzw. Spannungen, die sich auf die eingebetteten elektronischen Schaltungen negativ auswir ken können. Besonders kritisch sind derartige Einwirkungen bei Schaltungen bzw. ICs für Drucksensoren mit Piezoelemen ten, aber natürlich auch bei anderen elektronischen Bautei len, die druckempfindliche Komponenten enthalten, beispiels weise Hall-Sensoren, Temperaturfühler oder Oberflächenwellen filter. Die beim Aushärten entstehenden Kräfte könnten sich im übrigen auch durch eine weiche Zwischenschicht hindurch auswirken.The usual encapsulation with plastic or filling and off hardening of hard casting compounds is in this respect satisfied posed, as do housing, the damage largely excluded by external influences. However ent there are pressures or tensions that arise during curing the embedded electronic circuits have a negative impact can know. Such influences are particularly critical for circuits or ICs for pressure sensors with piezo elements ten, but of course also with other electronic components len, which contain pressure-sensitive components, for example wise Hall sensors, temperature sensors or surface waves filter. The forces generated during curing could otherwise also through a soft intermediate layer impact.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaf fen, so daß die danach hergestellten verpackten Schaltungen einerseits gegen Umwelteinflüsse geschützt sind und die druckempfindlichen Schaltungen andererseits keinen Druck- oder Spannungskräften durch die Schutzumhäusung selbst ausgesetzt sind.The present invention is based on the object to improve the method of the type mentioned fen, so that the packaged circuits produced thereafter on the one hand are protected against environmental influences and pressure sensitive circuits, on the other hand, no pressure or tension forces due to the protective housing itself are exposed.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit folgenden Schritten gelöst:This task is accomplished by a method of the type mentioned at the beginning Art solved with the following steps:
- - ein Leiterträger wird in einer ersten Spritzgießform mit einem einseitig offenen Kunststoffgehäuse umspritzt und an schließend mit elektronischen Bauteilen bestückt,- A conductor carrier is in a first injection mold encapsulated in a plastic housing that is open on one side and attached finally equipped with electronic components,
- - die erhaltene Einheit wird in eine aus einer ersten und zweiten Hälfte zusammensetzbare zweite Spritzgießform gebracht, deren Hälften aufeinanderfolgend einzeln mit Kunststoffspritzmaterial beschickbar sind und deren zweite Hälfte zu aufeinanderfolgenden Spritzvorgängen an die erste Hälfte annäherbar und wieder entfernbar ist,- The unit obtained is divided into a first and second half assembled second injection mold brought, the halves successively with each other Plastic injection material can be loaded and the second Half to successive spraying operations on the first Half approachable and removable,
- - in der ersten Hälfte wird, bei entfernter zweiter Hälfte, ein die Öffnung des Kunststoffgehäuses mit Abstand zur Schaltung abschließender Vorspritzling gespritzt,- in the first half, with the second half removed, a the opening of the plastic housing at a distance from Final injection molded part,
- - woraufhin die zweite Hälfte angenähert und in ihr ein Fer tigspritzling so gespritzt wird, daß das mit dem Vorspritz ling abgeschlossene Kunststoffgehäuse mindestens im Grenzbereich dieser beiden Teile umspritzt und dadurch vollständig abgedichtet wird.- whereupon the second half approximated and in it a fer tig Spritzling is injected so that the injection sealed plastic housing at least in Border area of these two parts overmolded and thereby is completely sealed.
Weiterbildungen der Erfindung und eine druckempfindliche Schaltung mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her gestellten allseitig abdichtenden Schutzumhäusung sind Gegen stand der Unteransprüche.Developments of the invention and a pressure sensitive Circuit with a according to the inventive method all-round protective housing are counter stood the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len im Zusammenhang mit Figuren näher erläutert.The invention is described below with reference to exemplary embodiments len explained in connection with figures.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 bis 3 jeweils in schematischer Schnittdarstellung drei Fertigungsstadien einer allseitig umhäusten Schaltung, Figs. 1 to 3 are each a schematic sectional view of three production stages of a circuit umhäusten all sides,
Fig. 4 in schematischer Seitenansicht einen Moment im er findungsgemäßen Verfahrensablauf für an einem Fertigungsband geführte Leiterträger, Fig. 4 shows a schematic side view of a moment in he inventive process sequence for guided on a manufacturing strip conductor support,
Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf einen bestückten und teilumspritzten Leiterträger. Fig. 5 is a schematic plan view of an assembled and partially overmolded conductor carrier.
Der Fertigungsablauf beginnt damit, daß als Leiterträger 1 ein Leadframe oder ein Stanzgitter gestanzt und entsprechend galvanisiert wird. Danach wird dieses Leadframe 1 mit Kunststoff umspritzt und hat beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte einseitig offene Form. Falls erforderlich, könnten jetzt schon eventuelle elektrische Verbindungen getrennt werden. Anschließend werden der integrierte Schaltkreis oder mehrere Bauteile auf das Leadframe 1 angebracht und mittels bekannter Technologien, beispielsweise Bonden, Löten oder Bedrucken verbunden. Die nach dieser ersten Umspritzung resultierende Einheit mit dem IC 2, den Bonddrähten 3 , dem Leadframe 1 und dem Kunststoffgehäuse 4 ist in Fig. 5 in einer anderen Ansicht nochmals dargestellt. The production process begins with a lead frame or a lead frame being stamped as conductor carrier 1 and galvanized accordingly. Then this leadframe 1 is extrusion-coated with plastic and has, for example, the shape that is open on one side as shown in FIG. 1. If necessary, any electrical connections could already be disconnected. The integrated circuit or several components are then attached to the leadframe 1 and connected by means of known technologies, for example bonding, soldering or printing. The unit resulting after this first encapsulation with the IC 2 , the bond wires 3 , the lead frame 1 and the plastic housing 4 is shown again in another view in FIG. 5.
Um die Bauteile gegenüber der Umwelt abzuschließen und dann abzudichten, werden die erhaltenen, in Fig. 1 dargestellten Einheiten 5 nochmals in eine neue Spritzgießform gebracht. Diese Spritzgießform ist ähnlich aufgebaut wie beim bekannten 2-Komponenten-Spritzgießverfahren, d. h. die eine Hälfte der Spritzgießform ist nach jedem Zyklus drehbar oder verschiebbar. Im folgenden ist eine Ausführungsform mit vertikal übereinander angeordneten Spritzgießform-Hälften dargestellt, bei der die obere, zweite Hälfte durch Absenken an die erste Hälfte angenähert und durch Anheben wieder entfernt werden kann. Im Verfahrensablauf wird die gemäß Fig. 1 erhaltene Einheit 5 zunächst in die untere erste Hälfte der Spritzgießform eingebracht, wo ein Vorspritzling 6 gespritzt wird. Diese Spritzform wird dabei, wie in Fig. 2 dargestellt, so gewählt, daß der Vorspritzling 6 bodenartig in die Öffnung 8 des Kunststoffgehäuses 4 eingepaßt wird. Wichtig dabei ist, daß das Spritzmaterial nicht in unmittelbare Berührung mit dem druckempfindlichen Schaltungsaufbau gelangt, sondern daß der Vorspritzling mit Abstand zur Schaltung geformt wird, d. h., daß ein Zwischenraum 9 verbleibt.In order to seal the components off from the environment and then seal them, the units 5 obtained, shown in FIG. 1, are again brought into a new injection mold. This injection mold is constructed in a similar way to the known 2-component injection molding process, ie half of the injection mold can be rotated or displaced after each cycle. An embodiment with vertically superimposed injection mold halves is shown below, in which the upper, second half can be brought closer to the first half by lowering and removed again by lifting. In the course of the process, the unit 5 obtained according to FIG. 1 is first introduced into the lower first half of the injection mold, where a pre-molded part 6 is injected. This injection mold, as shown in FIG. 2, is chosen so that the pre-molded part 6 is fitted into the opening 8 of the plastic housing 4 like a bottom. It is important that the spray material does not come into direct contact with the pressure-sensitive circuit structure, but that the pre-molded part is formed at a distance from the circuit, that is to say that a space 9 remains.
Im letzten Verfahrensschritt wird der in Fig. 3 dargestellte Fertigspritzling 7 erzeugt, wozu die zweite Hälfte der Spritzgießform hutartig auf das Kunststoffgehäuse 4 und den darunter bodenartig an das Kunststoffgehäuse 4 angrenzenden Vorspritzling 6 aufgesetzt wird. Es ist vorteilhaft, daß der Spritzdruck das Kunststoffgehäuse 4 dicht auf den Vorspritzling 6 drückt. Dadurch ist bereits während des Spritzens eine gute Abdichtung der beiden Teile 4 und 6 ge geben. In Fig. 3 ist außerdem der Kunststofffluß von oben her in die zweite Hälfte der Spritzgießform durch Pfeile an gedeutet.In the last process step, the finished molded part 7 shown in FIG. 3 is produced, for which purpose the second half of the injection mold is placed in a hat-like manner on the plastic housing 4 and the pre-molded part 6 adjoining it bottom-like on the plastic housing 4 . It is advantageous that the injection pressure presses the plastic housing 4 tightly onto the preform 6 . This gives a good seal of the two parts 4 and 6 ge already during spraying. In Fig. 3, the plastic flow is also indicated from above in the second half of the injection mold by arrows.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer 2-fach- Spritzgießform dargestellt. Die umspritzten und bestückten Leiterträger 1 werden nebeneinander mit konstantem Abstand (Teilung) an einem Fertigungsband 10 geführt. Vier, jeweils aus zwei Hälften bestehende Spritzgießformen I, II, II und IV sind nebeneinander mit Abständen von jeweils einer halben Teilung angeordnet. In zwei abwechselnden Zyklen werden in den jeweils um eine Teilung getrennten Spritzgießformen- Paaren II, IV und I, III in einem ersten Zyklus jeweils zwei Vorspritzlinge bzw. zwei Fertigspritzlinge und in einem zweiten Zyklus jeweils zwei Fertigspritzlinge bzw. zwei Vorspritzlinge gespritzt. Im ersten Zyklus werden also in der Spritzgießform II und IV die Vorspritzlinge 6 gespritzt, während, im gleichen Zyklus, in Spritzgießform I und III die Fertigspritzlinge 7 gespritzt werden. Nach dem ersten Zyklus wird das Fertigungsband um 2,5 Teilungen verschoben. Die Vorspritzlinge 6 werden jetzt in den Spritzgießformen 1 und 3 gespritzt, und die Fertigspritzlinge 7 in den Spritzgießformen 2 und 4. Anschließend wird das Fertigungsband um 1,5 Teilungen vorgerückt. Durch diesen zyklischen Fertigungsablauf wird die Taktzeit auf die Hälfte verringert, da ansonsten in jedem einzelnen Takt sowohl der Vorspritzling als anschließend auch der Fertigspritzling gespritzt und ausgehärtet werden müßten. Selbstverständlich ist diese Verfahrensvariante auch bei nicht am Band, sondern von Hand oder mit Roboter geführten Teilen möglich.In FIG. 4, an embodiment with a 2-cavity injection mold is shown. The overmolded and populated conductor carriers 1 are guided next to one another at a constant distance (division) on a production line 10 . Four injection molds I, II, II and IV, each consisting of two halves, are arranged next to one another at intervals of half a division. In two alternating cycles, two injection molds or two pre-molded parts are injected in the injection mold pairs II, IV and I, III, each separated by a division, and two pre-molded parts or two pre-molded parts in a second cycle. In the first cycle, the pre-molded parts 6 are thus injected in the injection molds II and IV, while, in the same cycle, the pre-molded parts 7 are injected in the injection molds I and III. After the first cycle, the production line is shifted by 2.5 divisions. The pre-molded parts 6 are now injected into the injection molds 1 and 3 , and the pre-molded parts 7 into the injection molds 2 and 4 . The production line is then advanced by 1.5 divisions. This cyclical production process reduces the cycle time by half, since otherwise the pre-molded part and subsequently the pre-molded part would have to be injected and cured in every individual cycle. Of course, this process variant is also possible for parts that are not carried out on the assembly line, but by hand or with robots.
Bei Durchführung der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Verfahrensvariante resultiert eine allseitig abdichtende Schutzumhäusung, die im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist. Das einseitig offene Kunststoffgehäuse 4 weist, wie in Fig. 3 dargestellt, einen im wesentlichen U-förmigen Quer schnitt auf und wird durch einen quer zu den beiden U-Schen keln an deren freien Enden anliegenden Vorspritzling 6 abge schlossen. Der Fertigspritzling 7 selbst weist ebenfalls einen U-förmigen Querschnitt auf und umgibt hutartig das Kunststoffgehäuse 4, wobei seine U-Schenkel sich über die Grenze zwischen Kunststoffgehäuse 4 und Vorspritzling 6 hinweg erstrecken und so die gewünschte hermetische Abdichtung der Schaltung bewirken. When the preferred method variant shown in FIG. 3 is carried out, an all-round protective casing results, which is essentially cuboid. The one-sided open plastic housing 4 has, as shown in Fig. 3, a substantially U-shaped cross-section and is abge by a transverse to the two U-legs at their free ends abge 6 pre-closed. The pre-molded part 7 itself likewise has a U-shaped cross section and surrounds the plastic housing 4 like a hat, its U legs extending beyond the boundary between the plastic housing 4 and the pre-molded part 6 and thus effecting the desired hermetic sealing of the circuit.
Erfindungsgemäß können die elektronischen Bauteile im herme tisch geschlossenen Raum frei stehenbleiben. Die ICs bzw. die Elektronik liegen völlig frei, es können sich keine mechanischen Spannungen aufbauen und die elektrischen Parameter beeinflußen. Vorteilhaft ist außerdem, daß zur Durchführung des Verfahrens billige Kunststoffe einsetzbar sind. Auch elektrisch leitfähige, sogar ferromagnetische Kunststoffe, die für die Abschirmung oder für die Führung von Magnetfeldern geeignet sind, können eingesetzt werden. Bei der erfindungsgemäßen Verarbeitung besteht außerdem nicht die Gefahr einer Beschädigung der Bonddrähte.According to the electronic components in the herme free space in the table. The ICs or the Electronics are completely exposed, none can build up mechanical stresses and electrical Influence parameters. It is also advantageous that for Implementation of the process cheap plastics can be used are. Also electrically conductive, even ferromagnetic Plastics used for shielding or for guiding Magnetic fields are suitable can be used. At the processing according to the invention also does not exist Risk of damage to the bond wires.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können beispielsweise mikromechanische Druck- und Beschleunigungssensoren sehr ein fach verpackt werden, ohne daß die beweglichen Teile bloc kiert werden. Bei den Schutzumhäusungen können fast beliebige Geometrien, beispielsweise solche mit Steckerkragen, einfach realisiert werden. Die elektrische Prüfung kann eventuell schon nach dem Bonden durchgeführt werden.By the method according to the invention, for example micromechanical pressure and acceleration sensors be packed without the moving parts bloc be cated. The protective enclosures can be almost any Geometries, for example those with a plug collar, simple will be realized. The electrical test can possibly can be carried out after bonding.
Claims (4)
- - ein Leiterträger (1) wird in einer ersten Spritzgießform mit einem einseitig offenen Kunststoffgehäuse (4) umspritzt und anschließend mit elektronischen Bauteilen (2) bestückt,
- - die erhaltene Einheit (5) wird in eine aus einer ersten und zweiten Hälfte zusammensetzbare zweite Spritzgießform gebracht, deren Hälften aufeinanderfolgend einzeln mit Kunststoffspritzmaterial beschickbar sind und deren zweite Hälfte zu aufeinanderfolgenden Spritzvorgängen an die erste Hälfte annäherbar und wieder entfernbar ist,
- - in der ersten Hälfte wird, bei entfernter zweiter Hälfte, ein die Öffnung (8) des Kunststoffgehäuses (4) mit Abstand zur Schaltung abschließender Vorspritzling (6) gespritzt,
- - woraufhin die zweite Hälfte angenähert und in ihr ein Fer tigspritzling (7) so gespritzt wird, daß das mit dem Vorspritzling (6) abgeschlossene Kunststoffgehäuse (4) mindestens im Grenzbereich dieser beiden Teile (4, 6) umspritzt und dadurch vollständig abgedichtet wird.
- - A conductor carrier ( 1 ) is overmolded in a first injection mold with a plastic housing ( 4 ) that is open on one side and then fitted with electronic components ( 2 ),
- the unit ( 5 ) obtained is brought into a second injection mold which can be assembled from a first and second half, the halves of which can be fed individually with plastic injection material and the second half of which can be approached and removed from the first half for successive injection processes,
- - in the first half second at distant half is an injection-molded, the opening (8) of the plastic housing (4) spaced apart from the circuit final preform (6),
- - whereupon approximately the second half and a Fer tigspritzling in it (7) is injection molded so that the completed with the preform (6) plastic housing (4) at least in the boundary region of these two parts (4, 6) encapsulated and is thereby completely sealed.
- - daß die umspritzten und bestückten Leiterträger (1) nebeneinander mit konstantem Abstand (Teilung) an einem Fertigungsband (10) geführt werden und
- - daß nebeneinander vier zweite Spritzgießformen I, II, III, IV mit Abständen von jeweils einer halben Teilung angeordnet werden,
- - daß in zwei abwechselnden Zyklen in den jeweils um eine Teilung getrennten Spritzgießformen-Paaren II, IV und I, III in einem ersten Zyklus jeweils zwei Vorspritzlinge (6) bzw. zwei Fertigspritzlinge (7) und in einem zweiten Zyklus jeweils zwei Fertigspritzlinge (7) bzw. zwei Vorspritzlinge (6) gespritzt werden,
- - wobei das Fertigungsband (10) nach dem ersten Zyklus um 2,5 und nach dem zweiten Zyklus um 1,5 Teilungen vorrückt.
- - That the overmolded and equipped conductor carrier ( 1 ) side by side with a constant distance (division) on a production line ( 10 ) and
- that four second injection molds I, II, III, IV are arranged next to each other at half-pitch intervals,
- - That in two alternating cycles in the injection mold pairs II, IV and I, III, each separated by a division, in a first cycle two pre-molded parts ( 6 ) or two pre-molded parts ( 7 ) and in a second cycle two pre-molded parts ( 7 ) or two pre-molded parts ( 6 ) are injected,
- - The production line ( 10 ) after the first cycle by 2.5 and after the second cycle by 1.5 divisions.
- - daß die Schutzumhäusung (4, 6, 7) im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist,
- - daß das einseitig offene Kunststoffgehäuse (4) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und durch einen quer zu den beiden U-Schenkeln an deren freien Enden anliegenden Vorspritzling (6) abgeschlossen ist,
- - daß der Fertigspritzling (7) ebenfalls einen U-förmigen Querschnitt aufweist, und
- - daß der Fertigspritzling (7) das Kunststoffgehäuse (4) hutartig umgibt,
- - wobei seine U-Schenkel sich über die Grenze zwischen Kunststoffgehäuse (4) und Vorspritzling (4) hinweg erstrecken.
- - That the protective housing ( 4 , 6 , 7 ) is essentially cuboid,
- - That the plastic housing ( 4 ), which is open on one side, has an essentially U-shaped cross section and is closed off by a pre-molded part ( 6 ) lying transversely to the two U legs at the free ends thereof,
- - That the pre-molded part ( 7 ) also has a U-shaped cross section, and
- - That the pre-molded part ( 7 ) surrounds the plastic housing ( 4 ) like a hat,
- - With its U-legs extending across the boundary between the plastic housing ( 4 ) and pre-molded part ( 4 ).
Priority Applications (3)
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