DE19630910A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbausteins - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbausteins

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel­ len eines Halbleiterbausteins nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein typischer Halbleiterbaustein besteht aus einem integrier­ ten Halbleiterchip einschließlich einer Matrix von Chip-Eingangs-/Aus­ gangsanschlüssen, einem Leiter- oder Anschlußrahmen oder zur Aufnahme des Halbleiterchips einschließlich einer Matrix von elektrischen Lei­ tern, Heftdrähten, die elektrisch die Chip-Eingangs-/Ausgangsanschlüsse mit entsprechenden elektrischen Leitern verbinden, und Vergußmasse, wel­ che den integrierten Halbleiterchip, die Heftdrähte und Abschnitte des Supports einkapselt. Dieser Halbleiterbaustein wird typischerweise her­ gestellt, indem zunächst der integrierte Halbeiterchip auf dem Support befestigt wird. Die Heftdrähte werden dann angebracht, um die Eingangs-Ausgangsanschlüsse des Halbleiterchips mit den elektrischen Leitern des Supports elektrisch zu verbinden. Diese Zwischenbaugruppe wird dann in eine Form eingesetzt, um den Halbleiterchip, den Support und die Heft­ drähte in Vergußmasse einzukapseln. Idealerweise ist der Support derart gestaltet, daß eine Relativbewegung zwischen ihm und der Vergußmasse nach Aushärten des letzteren verhindert wird, da diese Relativbewegung Teile, wie die Heftdrähte, beschädigen kann oder den Baustein gegenüber der Bildung von Spalten zwischen den Leitern und dem Kunststoff empfind­ lich machen könnte, wodurch kontaminierende Substanzen, wie beispiels­ weise Feuchtigkeit, in das Gehäuse einsickern können. Um eine derartige Relativbewegung zu unterbinden, ist es bekannt, den Support mit einer Anzahl zylindrischer durchgehender Löcher mit vertikalen Seitenwandungen zu versehen, wobei ein Teil der Vergußmasse die Durchgangslöcher füllen soll.
Weiterhin ist es bekannt, den Support an seiner Oberseite mit einer Anzahl von Nuten von V-förmigem Querschnitt zu versehen, die von einem Teil der Vergußmasse während des Verkapselungsvorgangs ausgefüllt werden.
Schließlich wurde vorgeschlagen, einen Support an seiner Ober­ seite mit einer Mehrzahl von Einsenkungen zu versehen, die eine sich nach unten erstreckende periphere vertikale Seitenwandung, die sich an einen eingetieften Boden anschließt, umfaßt. Der Boden kann sich gegen­ über der Seitenwandung leicht schräg aufwärts erstrecken und begrenzt einen Überhang, der eine zentrale Ausnehmung innerhalb des Bodens um­ schließt. Die Umrißform der Einsenkungen ist nicht auf rund beschränkt, sondern kann schlitzförmig sein oder irgendeine andere geometrische Form aufweisen. Ein Teil der Vergußmasse füllt die Einsenkungen.
Die Ausnehmungen im Support in Form von Durchgangslöchern, Nu­ ten mit V-förmigem Querschnitt bzw. Einsenkungen sollen dazu dienen, Re­ lativbewegungen zwischen dem Support und dem Kunststoffkapselkorpus im wesentlichen in allen Richtungen zu unterbinden. Jener Abschnitt des Vergußmaterial, der in den Ausnehmungen aufgenommen ist, wird zu einem Teil der monolithischen Struktur des gesamten Kunststoffkapselkorpus des Bausteins, nachdem das Vergußmaterial ausgehärtet ist oder abgebunden hat. Zwar reduzieren diese Maßnahmen gewisse Relativbewegungen zwischen dem Support und dem Kunststoffkapselkorpus, doch ist es wünschenswert, die Wahrscheinlichkeit solcher Relativbewegungen noch weiter herabzuset­ zen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Verklammerung zwi­ schen Support und Vergußmasse weiter verbessert wird.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Eine ausgezeichnete Verklammerung wird durch mündungsseitig eingeschnürte Ausnehmungen erreicht, die vorzugsweise von der Vergußmas­ se im wesentlichen vollständig unter Bildung eines Formschlusses ge­ füllt sind.
Bei einem aus plastisch deformierbaren Material bestehenden Support können zunächst Ausnehmungen mit zu der Außenfläche senkrechten Wandungen eingebracht und danach die Mündung eingeschnürt werden.
Vorzugsweise erfolgt das Einschnüren durch Materialverdrän­ gung, wobei vorzugsweise eine Partie oder ein Segment des Materials, das die Mündung umgibt, niedergedrückt und dabei nach innen verdrängt wird. Vorteilhaft ist dabei, daß die durch das Niederdrücken entstandenen Ein­ senkungen, da sie sich beim Verkapseln ebenfalls mit Vergußmaterial fül­ len, Kräfte aufnehmen können, die einer Relativbewegung zwischen dem Support und dem Vergußmaterial zusätzlich entgegenwirken.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehnd anhand von schematisch in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise im Schnitt einen Halbleiterbau­ stein.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Leiterrahmen zur Ver­ wendung in einem Halbleiterbaustein.
Fig. 4 und 5 zeigen im Schnitt zwei Herstellungsschritte bei einem Halbleiterbaustein.
Fig. 6 zeigt im Schnitt einen Herstellungsschritt bei einem Halbleiterbaustein.
Fig. 7 und 8 zeigen im Schnitt zwei weitere Ausführungsformen.
Der in Fig. 1 dargestellte Halbleiterbaustein 80, der eine be­ liebige Anordnung und/oder Anzahl von aktiven oder passiven Komponenten enthalten kann, umfaßt einen Support 82 mit einer Oberseite 84 und einer Unterseite 86. Abschnitte des Supports 82 sind mittels einer Vergußmasse 88 zur Bildung eines monolithischen Kunststoffkapselkorpus 90 verkap­ selt. Der Support 82 besitzt eine Vielzahl von Durchgangslöchern 92, von denen nur eines gezeigt ist und die sich zwischen der Oberseite 84 und der Unterseite 86 erstecken. Jedes Durchgangsloch 92 wird von einer Sei­ tenwandung 93 begrenzt und weist eine obere Mündung 95 an der Oberseite 84, eine untere Mündung 96 an der Oberseite 86 auf und definiert eine Achse 97. Jedes Durchgangsloch 92 wird in einer spezifischen vorbestimm­ ten Konfiguration zwischen der oberen und unteren Mündung begrenzt und besitzt einen breitesten Querschnitt w1 in einer bestimmten Vertikalebe­ ne, die sich durch die Achse 97 erstreckt, der breiter als zumindest ei­ ne andere Querschnittsbreite w2 in derselben Ebene ist (in diesem Fall in der Schnittebene, die in der Zeichnung dargestellt ist). Viele spezi­ fische Konfigurationen können verwendet werden, um diese Bedingung zu erfüllen. Im vorliegenden Beispiel ist die Seitenwandung 93 mit einer elliptischen Krümmung versehen, die leicht durch das nachstehend be­ schriebene Verfahren herstellbar ist, wobei die obere Mündung 94 bzw. die untere Mündung 96 jeweils die Breite w2 begrenzen und die größte Breite w1 in der Mitte zwischen den Mündungen 94, 96 vorhanden ist, so daß die Mündungen 94, 96 relativ zum verbleibenden Teil des Durchgangs­ loches 92 Engstellen bilden.
Betrachtet man Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 1, so erkennt man, daß eine obere Einsenkung 100 und eine untere Einsenkung 102, die die obere bzw. untere Mündung 94 bzw. 96 umgeben, eingeformt sind. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt jede Einsenkung 100, 102 eine vertikale Seitenwandung 104 und eine Stufe 106, die sich von der Basis ihrer Seitenwandung 104 jeweils zu der entsprechenden Mündung 94, 96 er­ streckt. Jede Stufe 106 ist ausgehend von der Basis der Seitenwandung 104 in einer Richtung zu der nächsten Ober- oder Unterseite 84 bzw. 86 des Supports 82 leicht schräg ausgebildet. Die Stufe 106 kann aber auch beispielsweise flach anstatt schräg sein.
Ein Teil 109 der Vergußmasse 88 füllt das Durchgangsloch 92 zwischen der oberen Mündung 94 und der unteren Mündung 96 derart, daß beim Aushärten des monolithischen Kunststoffkapselkorpus 90 der Ab­ schnitt 109 formschlüssig zwischen den Mündungen 94, 96 derart einge­ klammert ist, daß eine Relativbewegung zwischen dem Support 82 und dem Kunststoffkapselkorpus 90 verhindert wird. Die obere Einsenkung 100 und die untere Einsenkung 102 sind ebenfalls mit Vergußmasse 88 gefüllt, um zusätzlich die Relativbewegung zwischen dem Support 82 und dem Kunst­ stoffkapselkorpus 90 zu beschränken. Diese Konfiguration hält im Form­ schluß wesentlich mehr Vergußmasse 88 als die oben beschriebenen bekann­ ten Konfigurationen. Dieser formschlüssig gehaltene Teil 109 der Ver­ gußmasse 88 führt zu einem verringerten Risiko der Relativbewegung zwi­ schen dem Support 82 und dem Kunststoffkapselskorpus 90 der Vergußmasse 88 nach dem Aushärten der letzteren, da eine Kraft, die dahin tendiert, eine Relativbewegung zu erzeugen, den erheblich größeren eingebetteten Teil 109 der Vergußmasse 88 gegen eine entsprechend größere Oberfläche des Supports 82 drückt, wodurch Relativbewegungskräfte auf breitere Flä­ chen verteilt werden, wodurch deren Wirkungen minimiert werden. Teile der Vergußmasse 88, die innerhalb der oberen und der unteren Einsenkung 100 bzw. 102 aushärten, verbessern ebenfalls die Verteilung der Relativ­ bewegungskräfte, um zusätzlich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Relativbewegungen zwischen dem Support 82 und dem Kunststoffkapselkorpus 90 zu verringern.
Der in Fig. 3 dargestellte Halbleiterbaustein 110, in einem Zwischenstadium gezeigt, umfaßt einen Anschlußrahmen 112. Der An­ schlußrahmen 112 besitzt eine Mehrzahl elektrischer Leiter 114. Ein Halbleiterchip 116 ist auf einer Bondinsel 118 angeordnet, die einen Teil des Anschlußrahmens 112 bildet. Eine Matrix von Bonddrähten 120 verbindet die Leiter 114 elektrisch mit einer Mehrzahl von Eingangs-Ausgangskontaktstellen 121, die sich auf dem Halbleiterchip 116 befin­ den. Der Anschlußrahmen 112 begrenzt eine Mehrzahl von Durchgangslö­ chern 92, die wie vorstehend beschrieben und in Fig. 1 und 2 gezeigt konfiguriert sind. Die Durchgangslöcher 92 sind derart positioniert, daß jeder elektrische Leiter 114 mindestens ein Durchgangsloch 92a begrenzt. Ein weiterer Satz von Durchgangslöchern 92b ist in der Bondinsel 118 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 92a haben die Form langgestreckter Schlitze. Der Anschlußrahmen 112 ist ansonsten ein typischer An­ schlußrahmen nach dem Stand der Technik. Ein Halbleiterbaustein 110 mit einem zumindest teilweise eingekapselten Support 82 oder Anschlußrahmen 112 kann auch eine Wärmesenke umfassen.
In Fig. 4 ist der Support 82 von Fig. 1 in einem Zwischensta­ dium des Verfahrens zur Herstellung der gewünschten vorbestimmten Konfi­ guration des Durchgangsloches 92 gezeigt. Das Durchgangsloch 92 wird an­ fänglich in dem Support 82 als zylindrisches Loch ausgebildet, so daß die Seitenwandung 93 vertikal verläuft. Ein oberer Stempel 120 steht ei­ nem unteren Stempel 122 gegenüber. Die Stempel 120 und 122 sind gegen­ einander in entsprechenden durch Pfeile 124 bzw. 126 angedeuteten Rich­ tungen beweglich, um so in Kontakt mit der Oberseite 84 bzw. Unterseite 86 des Supports 82 zu gelangen. Jeder Stempel 120, 122 weist eine Stem­ pelfläche 128 mit einer konkaven Oberflächenkonfiguration 130 auf, wel­ che obere bzw. untere Einsenkungen 100 bzw. 102 durch Deformieren eines Segments 132 des Supports 82 erzeugt, das zwischen den gestrichelten Li­ nien 134 und 136 liegt, die das Durchgangsloch 92 umgeben. Jede der Stempelflächen 128 besitzt einen äußersten Umfangsbereich 138, der die konkave Oberflächenkonfiguration 130 umgibt, welche bei der anfänglichen Bewegung der Stempel 120, 122 in Richtung aufeinander zu als erste die obere bzw. untere Oberfläche 84 bzw. 86 des Supports 82 berührt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, setzen die Stempel 120 und 122 ihre Be­ wegung gegeneinander fort, wodurch das Segment 132 durch Vergrößerung des Kontakts mit der konkaven Oberflächenkonfiguration 130 der Stempel­ flächen 128 progressiv deformiert wird, wodurch das Material des Seg­ ments 132 nach innen in Richtung zur Achse 97 des Durchgangsloches 92 in sich änderndem Maße verdrängt wird. Hierdurch wird die Seitenwandung 93 elliptisch profiliert und die obere Mündung 94 und die untere Mündung 96 eingeschnürt. Danach wird der Support 82 bestückt und verkapselt.
Die Stempel 120, 122 können Stempelflächen 128 aufweisen, die abweichend von den hier dargestellten profiliert sind und noch immer die gewünschte Konfiguration der Durchgangslöcher 92 erzeugen.
Gemäß Fig. 6 ist der Support 82 zunächst mit einem Durchgangs­ loch 92 versehen, dessen Seitenwandung 93 vertikal verläuft. Danach wird ein einzelner Stempel 142 verwendet, der sich in der durch den Pfeil 143 angedeuteten Richtung in Kontakt mit der Oberseite des Supports 82 be­ wegt, wodurch letzterer so deformiert wird, daß die obere Mündung 94 eingeschnürt wird und sich eine obere Einsenkung bildet. Stempel 142 und Support 82 werden dann so positioniert (nicht dargestellt), daß der Stempel 142 die Unterseite 86 kontaktiert, um die gewünschte Profilie­ rung des Durchgangslochs 92 zu vollenden. Es ist festzuhalten, daß im vorliegenden Beispiel der Stempel 142 eine Stempelfläche 144 besitzt, die flach ist.
Gemäß Fig. 7 wird der Support 82 einem Ätzvorgang unterwor­ fen, wodurch eine Mehrzahl von Hohlräumen 146 im Support 82 gebildet wird. Der Ätzvorgang erfolgt derart, daß jeder Hohlraum 146 so ausgebil­ det wird, daß er eine Öffnung 148 mit zumindest einer Breite w3 auf­ weist, die kleiner als eine maximale Breite w4 des Hohlraums ist (ange­ deutet bei Linie 150), wenn w3 und w4 parallel zueinander und in dersel­ ben Ebene betrachtet wurden. Anfänglich wird dem Ätzmittel nur die Flä­ che ausgesetzt, die zu der eigentlichen Öffnung des Hohlraums 146 wird. Die nachfolgende Exposition führt zu einem Hinterschnitt durch das Ätz­ mittel, das danach den breiteren Hohlraum 146 ausbildet. Die Hohlräume 146 werden mit Vergußmasse 149 gefüllt. Die Vergußmasse 149 ist durch Erhärten in Formschluß mit der Konfiguration der Hohlräume 146, wodurch die Vergußmasse 149 am Support 82 verklammert wird. Techniken wie bei­ spielsweise Photolithographie sind für die Durchführung des erforderli­ chen Ätzens geeignet.
Gemäß Fig. 8 wird der Support 82 wiederum einem Ätzvorgang un­ terworfen, wodurch eine Mehrzahl von Hohlräumen, wie vorstehend be­ schrieben, in dem Support 82 gebildet wird. Hierbei wird jedoch der Ätz­ vorgang so ausgeführt, daß ein Hohlraum, der eine Mündung 152 in der Oberseite 84 des Supports 82 begrenzt, mit einem anderen Hohlraum, der eine Mündung 154 an der Unterseite 86 besitzt, ausgefluchtet ist. Wäh­ rend des Ätzvorgangs treffen sich die ausgefluchteten Hohlräume zur Bil­ dung eines Durchgangslochs 156, bei dem die Mündungen 152 und 154 wunschgemäß eingeschnürt sind, bevor das Vergießen mit Vergußmasse 149 erfolgt. Die Konfiguration des geätzten Durchgangsloches 156 steht im Formschluß mit einem ziemlich großen Abschnitt 158 der Vergußmasse 149, um so ein stark vermindertes Risiko der Relativbewegung zwischen dem Support 82 und dem Kunststoffkapselkorpus aus Vergußmasse 149 nach dem Erhärten der letzteren sicherzustellen, wie dies auch in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbausteins (80), bei dem ein Halbleiterchip (116) auf einem Support (82) angeordnet und die so gebildete Baugruppe mit einer Vergußmasse (88) vergossen wird, wobei der Support (82) zuvor mit als Durchgangslöcher ausgebildeten oder an einer Seite des Supports (82) vorgesehenen Ausnehmungen (92, 146) für die Verklammerung mit der Vergußmasse (88) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (92, 146) mündungssei­ tig mit einer Einschnürung ausgebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Support (82) ein plastisch deformierbares Material verwendet wird, in dem zunächst Ausnehmungen (92) mit zu der mindestens einen Außenflä­ che (84, 86) des Supports (82) senkrechten Wandungen (93) eingebracht werden, deren Mündungen (94, 96) dann eingeschnürt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschnüren durch Verdrängung von Material des Supports (82) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (94, 96) umgebende Materialpartien niedergedrückt und dabei nach innen verdrängt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Niederdrücken entstandene Einsenkungen (100, 102) beim Verkap­ seln mit Vergußmasse (88) gefüllt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Ausbildung der Ausnehmungen (92, 146) als Durchgangs­ löcher der größte Querschnitt (93) etwa in der Mitte zwischen beiden eingeschnürten Mündungen (94, 96) ausgebildet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Stempel (120, 122, 142) mit einer zum Einwärtsverdrän­ gen ausgebildeten Stempelfläche (128, 145) zum Niederdrücken und Ver­ drängen von Material des Supports (82) um die Ausnehmungen (92) herum verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei den als Durchgangslöcher ausgebildeten Ausnehmungen (92, 146) beide Mün­ dungen (94, 96) gleichzeitig durch zwei gegeneinander bewegliche Stempel eingeschnürt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stempel (120, 12) mit konkav eingesenkter Stempelfläche (128) verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die als Durchgangslöcher ausgebildeten Ausnehmungen (92, 146) mit einem Profil versehen werden, das sich ausgehend von den eingeschnürten Mündungen (94, 96) stetig bis zu einem größten Quer­ schnitt erweitert.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die als Durchgangslöcher ausgebildeten Ausnehmungen (92, 146) mit einem runden oder langgestreckten Querschnitt in radialer Richtung ausgebildet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (146) im Support (82) geätzt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (146) von zwei Außenflächen (84, 86) des Supports (82) her so geätzt werden, daß sich ein Durchgangsloch bildet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mündungsseitig eingeschnürten Ausnehmungen (92, 146) praktisch vollständig mit Vergußmasse (88) unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung zwischen Support (82) und ausgehärteter bzw. abgebundener Vergußmasse (88) gefüllt werden.
15. Halbleiterbaustein mit einem Support (82), der einen Hal­ leiterchip (116) trägt und mindestens teilweise mit einer Vergußmasse (88) vergossen ist, die als Durchgangslöcher oder an einer Seite des Supports (82) vorgesehenen Ausnehmungen (92, 146) des Supports (82) aus­ füllt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (92, 146) mündungs­ seitig eingeschnürt sind.
16. Halbleiterbaustein nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß bei als Durchgangslöcher ausgebildeten Ausnehmungen (92, 146) der größte Querschnitt (93) etwa in der Mitte zwischen beiden einge­ schnürten Mündungen (94, 96) ausgebildet ist.
17. Halbleiterbaustein nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die als Durchgangslöcher ausgebildeten Ausnehmungen (92, 146) sich im Durchmesser von den eingeschnürten Mündungen (94, 96) stetig erweiternd ausgebildet sind.
18. Halbleiterbaustein nach einem der Ansprüche 15 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß um die Mündungen (94, 96) herum Einsenkungen (100, 102) ausgebildet sind.
19. Halbleiterbaustein nach einem der Ansprüche 15 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß der Support (82) ein Leiterrahmen mit einer Vielzahl von elektrischen Leitern (114) ist, in denen jeweils eine als Durchgangsloch ausgebildete Ausnehmung (92a) vorgesehen ist.
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