DE19808193A1 - Leadframevorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents
Leadframevorrichtung und entsprechendes HerstellungsverfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leadframevorrich
tung, und insbesondere eine Leadframevorrichtung für ein
spannungsempfindliches mikromechanisches Bauelement sowie
ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Obwohl auf beliebige mikroelektronische und mikromechani
sche Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfin
dung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug
auf einen mikromechanischen Drucksensor-Halbleiterchip in
Siliziumtechnologie erläutert.
Allgemein ist es erforderlich, mikroelektronische bzw. mi
kromechanische Bauelemente (ICs, Chips, Sensoren usw.),
welche zunächst in Form von Chips bzw. Dies vorliegen, zu
verpacken, um sie vor Umwelteinflüssen zu schützen. Dabei
ist das Problem der Kontaktierung der Chips mit externen
Zuleitungen und der anschließenden hermetischen Verpackung
zu lösen.
Ein übliches Verfahren umfaßt folgende Schritte: Anbringen
der Chips auf einem Leadframestreifen, Bilden von Bondie
rungen zwischen den externen Leads bzw. Anschlüssen des
Leadframe und den Bondpads bzw. Bondflecken des Chips, Um
formen mit Plastikmaterial und Vereinzeln der umformten
Bauelemente.
Ein üblicher Leadframestreifen ist ausschnittsweise in Fig. 1
gezeigt. In Fig. 1 bezeichnen 10 allgemein den Leadfra
mestreifen, 15 ein Diepad bzw. eine Chipanbringungsfläche,
20 einen einer Vielzahl vorgesehener externer Leads und 25
Tiebars zur Halterung des Diepad 15.
Auf solch einem Leadframestreifen 10, der üblicherweise aus
einem ausgestanzten bzw. ausgeätzten Kupferband, also aus
einem einheitlichen Material, hergestellt ist, wird durch
eine automatische Vorrichtung gleichzeitig eine Vielzahl
von Chips auf die Diepads 15 z. B. durch Kleben, Löten u. a.
montiert, bondiert, verpackt und anschließend vereinzelt.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik
besteht allgemein darin, daß sich aufgrund der unterschied
lichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Leadframe
material, Anbringungsmaterial (z. B. Kleber oder Lot) und
Chipmaterial mechanische Spannungen ergeben können. Diese
Spannungen hätten für den besagten mikromechanischen Druck
sensor-Halbleiterchip drastische Konsequenzen, denn sie
würden bei entsprechenden Messungen irrtümlicherweise als
externer Druck interpretiert werden.
Prinzipiell besteht die Möglichkeit, den Leadframestreifen
statt aus Kupfer aus einem anderen, thermisch besser ange
paßten Material herzustellen, wie z. B. FeNi42%. Dann be
stünde der komplette Leadframestreifen aus diesem Material,
was bei der weiteren automatischen Montage Probleme mit
sich brächte. Außerdem kann es erforderlich sein, unter
schiedliche Chips mit unterschiedlichen thermischen Anfor
derungen gleichzeitig zu montieren. In diesem Fall könnte
die obige Lösung nur eine optimale Anpassung für einen die
ser mehreren Chips erbringen.
Die erfindungsgemäße Leadframevorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und das entsprechende Herstellungsverfahren
gemäß Anspruch 8 weisen den Vorteil auf, daß sie eine
gleichzeitige optimale Anpassung für eine Mehrzahl ver
schiedener Bauelemente mit unterschiedlichen thermischen
Anforderungen bieten. Die Spannung, welche durch die unter
schiedliche thermische Ausdehnung von Leadframe und Chip
bzw. Chips ausgeübt wird, wird minimiert. Andererseits je
doch werden die für die weitere automatische Verarbeitung
des Leadframestreifens günstigen Materialeigenschaften, wie
z. B. gute thermische Leitfähigkeit und gute Bondierbarkeit
(insbesondere der Leads), beibehalten. Nur das Diepad ist
materialmäßig ergänzt bzw. ersetzt. Damit bedarf es keiner
prinzipiellen Änderung der Fertigungslinie.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be
steht darin, daß in dem Diepadbereich, d. h. dem Anbrin
gungsbereich des Diepad, welcher entweder ein Diepad aus
dem erstem Material aufweist oder welcher kein Diepad aus
dem ersten Material aufweist, des Leadframestreifens ein an
den anzubringenden Chip angepaßtes Diepad angebracht wird,
und zwar in einem zusätzlichen Arbeitsschritt, der dem ana
log dem Schritt der eigentlichen Chipmontage verläuft, die
sem jedoch vorgeschaltet ist. So lassen sich Materialien
mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
in einem Leadframestreifen integrieren. Mit anderen Worten
können nunmehr dank der vorliegenden Erfindung mehrere ver
schiedene Chips aus unterschiedlichen Materialien in einem
Gehäuse auf einem Leadframe untergebracht werden.
In den jeweiligen Unteransprüchen finden sich vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 ange
gebenen Leadframevorrichtung bzw. des in Anspruch 8 angege
benen Verfahrens.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Mate
rial Kupfer oder eine Kupferlegierung oder eine Kupferver
bindung und ist das zweite Material ein thermisch an das
Material des Chips angepaßtes Material, vorzugsweise
FeNi42% oder Kovar. Thermisch angepaßt bedeutet dabei in
erster Linie eine Anpassung der thermischen Ausdehungskoef
fizienten. Jedoch kann es Fälle geben, in denen auch die
thermische Leitfähigkeit oder Wärmekapazität eine Rolle
spielen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das aus
dem zweiten Material hergestellte Diepad auf einem Diepad
aus dem ersten Material angebracht, welches ein Teil des
Leadframes ist. Dadurch bedarf es keiner Modifikation des
Herstellungsverfahrens für den Leadframestreifen, sondern
nur eines zusätzlichen Anbringungsschritts für das Diepad
aus dem zweiten Material.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das aus
dem zweiten Material hergestellte Diepad an seinem Umfang
an einem Diepadrahmen aus dem ersten Material angebracht,
welches ein Teil des Leadframes ist. Damit ist beim Her
stellungsverfahren für den Leadframestreifen ein Teil des
ursprünglich vorgesehenen Diepads aus dem ersten Material
auszustanzen bzw. auszuätzen. Diese Ausgestaltung ist vor
teilhaft zur Minimierung der Lagetoleranzen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das aus
dem zweiten Material hergestellte Diepad an Tiebars aus dem
ersten Material angebracht, welche ein Teil des Leadframes
sind. Damit ist beim Herstellungsverfahren für den Leadfra
mestreifen das ganze ursprünglich vorgesehene Diepads aus
dem ersten Material auszustanzen bzw. auszuätzen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist aus dem
zweiten Material hergestellte Diepad durch Verstemmen, Ver
kleben, Verlöten oder Verschweißen am Leadframe angebracht.
Dies sind übliche Verbindungsverfahren für zwei Metalle.
Dabei sei jedoch erwähnt, daß das zweite Material auch ein
Kunststoff sein kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein wei
terer Diepadbereich vorgesehen, innerhalb dessen ein weite
rer Chip anzubringen ist, und eine Vielzahl von Leads um
den weiteren Diepadbereich herum angeordnet sind; und daß
ein aus einem dritten Material hergestelltes Diepad zur
Aufnahme des weiteren Chips im weiteren Diepadbereich am
Leadframe angebracht ist, wobei das dritte Material entwe
der gleich dem ersten oder gleich dem zweiten oder ein von
diesen verschiedenes Material ist. So ist ein Multichip-
Modul mit optimaler thermischer Anpassung herstellbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er
läutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine ausschnittsweise schematische Darstellung
eines üblichen Leadframestreifens zur Illustra
tion der der Erfindung zugrundeliegenden Proble
matik;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Leadframes
aus einem ersten Material mit einem daran ange
brachten Diepad aus einem zweiten Material als
erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Leadframes
aus einem ersten Material mit einem daran ange
brachten Diepad aus einem zweiten Material als
zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
mit einer Teilquerschnittsvergrößerung entlang
der Linie A-A';
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Leadframes
aus einem ersten Material mit einem daran ange
brachten Diepad aus einem zweiten Material als
dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
mit einer Teilquerschnittsvergrößerung entlang
der Linie A-A'; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Leadframes
aus einem ersten Material mit einem daran ange
brachten Diepad aus einem zweiten Material und
einem daran angebrachten Diepad aus einem dritten
Material als vierte Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Elemente.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Leadframes
aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Die
pad aus einem zweiten Material als erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 2 bezeichnet 20 einen Lead aus Kupfer, 125 jeweili
ge Tiebars aus Kupfer und 150 ein Diepad aus FeNi42%, das
ein thermisch an das Material des Chips (hier Silizium) an
gepaßtes Material ist. Der aus Kupfer hergestellte Leadfra
me hat einen zentralen Diepadbereich, innerhalb dessen ein
Chip anzubringen ist. Von der Vielzahl von Leads, welche um
den Diepadbereich herum angeordnet sind, ist aus Übersicht
lichkeitsgründen nur der Lead 20 bezeichnet. Das aus
FeNi42% hergestellte Diepad 150 ist bei diesem Beispiel
durch Verstemmen an den Tiebars 125 aus Kupfer angebracht,
welche ein Teil des Leadframes sind.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Leadframes
aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Die
pad aus einem zweiten Material als zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einer Teilquerschnittsver
größerung entlang der Linie A-A'.
In Fig. 3 bezeichnet 150' das aus FeNi42% hergestellte Die
pad, 15' ein Diepadrahmen aus Kupfer, welcher ein Teil des
Leadframes ist. Bei diesem Beispiel ist das Diepad 150' an
seinem Umfang an dem Diepadrahmen 15' durch Verlöten ange
bracht.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Leadframes
aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Die
pad aus einem zweiten Material als dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einer Teilquerschnittsver
größerung entlang der Linie A-A'.
In Fig. 4 bezeichnet 150'' das aus FeNi42% hergestellte
Diepad, 15'' ein Diepad aus Kupfer, welches ein Teil des
Leadframes ist. Bei diesem Beispiel ist das Diepad 150'' an
seinem Umfang auf dem Diepad 15'' durch flächiges Verlöten
angebracht.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Leadframes
aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Die
pad aus einem zweiten Material und einem daran angebrachten
Diepad aus einem dritten Material als vierte Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 5 bezeichnet 150''' ein erstes Diepad aus einem
hochwärmeleitfähigen Material A, z. B. Silber, und 150''''
ein zweites Diepad aus einem thermisch angepaßten Material
B, z. B. FeNi 42%. Die beiden Diepads 150''' und 150'''' sind
durch Verschweißen an jeweiligen Tiebars 225 bzw. 225' an
gebracht. Die Tiebars 225, 225' sind aus Kupfer und bilden
einen Teil des Leadframe. Auf dem Diepad 150''' ist ein
Prozessorchip 200 angebracht, und auf dem Diepad 150''''
ist ein Sensorchip 201 angebracht. 250 bezeichnet einen ei
ner Vielzahl vorgesehener Bonddrähte.
Das Diepads 150''' aus Kupfer sorgt für eine gute Wärmeab
fuhr vom Prozessorchip 200, und das Diepad 150'''' sorgt
für eine Minimierung der mechanischen Spannungen für den
empfindlichen Sensorchip 201.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Her
stellung der gezeigten Leadframevorrichtungen näher erläu
tert.
Es wird ein aus einem ersten Material hergestellter Lead
framestreifens aus Kupfer mit einer Vielzahl von Diepadbe
reichen, innerhalb derer ein jeweiliger Chip anzubringen
ist und denen jeweils eine entsprechende Vielzahl von Leads
zugeordnet ist bereitgestellt.
Vor dem Anbringen der Chips erfolgt das Anbringen der aus
anderen Materialien hergestellten Diepads in bestimmten der
Diepadbereiche, welche sozusagen als Puffer für thermisch
induzierte mechanische Spannungen dienen.
Anschließend erfolgt das Anbringen, Kontaktieren und Ver
packen der Chips in gewohnter Art und Weise ohne Notwendig
keit einer Veränderung existierender Produktionsanlagen. So
erhält man ein mikromechanisches oder mikroelektronisches
Bauelement, welches hervorragend thermisch angepaßt ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie
darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise mo
difizierbar.
Insbesondere ist die Auswahl der Materialien nicht auf die
angegebenen Materialien beschränkt, sondern beliebig gemäß
den jeweiligen Anforderungen treffbar.
Als weiteres besonders gut geeignetes Material für das
thermisch angepaßte Diepad bietet sich beispielsweise Kovar
an.
10
Leadframestreifen
15
,
15
'' Diepad aus Leadframe-Material
25
,
125
,
225
,
225
' Tiebars aus Leadframe-Material
20
Lead
150
,
150
',
150
'',
150
''',
150
'''' Diepads aus thermisch angepaßtem Mate
rial
15
' Diepadrahmen aus Leadframe-Material
200
Prozessorchip
201
Sensorchip
250
Bonddraht
Claims (10)
1. Leadframevorrichtung mit:
einem aus einem ersten Material hergestellten Leadframe mit einem Diepadbereich, innerhalb dessen ein Chip (201; 202) anzubringen ist, und mit einer Vielzahl von Leads (20), welche um den Diepadbereich herum angeordnet sind; und
einem aus einem zweiten Material hergestellten Diepad (150; 150'; 150''; 150'''; 150'''') zur Aufnahme des Chips (201; 202), welches im Diepadbereich am Leadframe angebracht ist.
einem aus einem ersten Material hergestellten Leadframe mit einem Diepadbereich, innerhalb dessen ein Chip (201; 202) anzubringen ist, und mit einer Vielzahl von Leads (20), welche um den Diepadbereich herum angeordnet sind; und
einem aus einem zweiten Material hergestellten Diepad (150; 150'; 150''; 150'''; 150'''') zur Aufnahme des Chips (201; 202), welches im Diepadbereich am Leadframe angebracht ist.
2. Leadframevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das erste Material Kupfer oder eine Kupferle
gierung oder eine Kupferverbindung ist und das zweite Mate
rial ein thermisch an das Material des Chips (201; 202) an
gepaßtes Material, vorzugsweise FeNi42% oder Kovar, ist.
3. Leadframevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten Material herge
stellte Diepad (150'') auf einem Diepad (15'') aus dem er
sten Material angebracht ist, welches ein Teil des Leadfra
mes ist.
4. Leadframevorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten
Material hergestellte Diepad (150') an seinem Umfang an ei
nem Diepadrahmen (15') aus dem ersten Material angebracht
ist, welches ein Teil des Leadframes ist.
5. Leadframevorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten
Material hergestellte Diepad (150) an Tiebars (125) aus dem
ersten Material angebracht ist, welche ein Teil des Lead
frames sind.
6. Leadframevorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zweiten Mate
rial hergestellte Diepad (150; 150'; 150''; 150''';
150'''') durch Verstemmen, Verkleben, Verlöten oder Ver
schweißen am Leadframe angebracht ist.
7. Leadframevorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Diepadbe
reich vorgesehen ist, innerhalb dessen ein weiterer Chip
(201; 202) anzubringen ist, und eine Vielzahl von Leads
(20) um den weiteren Diepadbereich herum angeordnet sind;
und daß ein aus einem dritten Material hergestelltes Diepad
(150'''') zur Aufnahme des weiteren Chips (201; 202) im
weiteren Diepadbereich am Leadframe angebracht ist, wobei
das dritte Material entweder gleich dem ersten oder gleich
dem zweiten oder ein von diesen verschiedenes Material ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Leadframevorrichtung
mit den Schritten:
Bereitstellen eines aus einem ersten Material hergestellten Leadframestreifens (10) mit einer Vielzahl von Diepadberei chen, innerhalb derer ein jeweiliger Chip (201; 202) anzu bringen ist und denen jeweils eine entsprechende Vielzahl von Leads (20) zugeordnet ist; und
Anbringen mindestens eines aus einem zweiten Material her gestellten Diepads (150; 150'; 150''; 150'''; 150'''') in einem der Diepadbereiche zur Aufnahme eines entsprechenden Chips (201; 202).
Bereitstellen eines aus einem ersten Material hergestellten Leadframestreifens (10) mit einer Vielzahl von Diepadberei chen, innerhalb derer ein jeweiliger Chip (201; 202) anzu bringen ist und denen jeweils eine entsprechende Vielzahl von Leads (20) zugeordnet ist; und
Anbringen mindestens eines aus einem zweiten Material her gestellten Diepads (150; 150'; 150''; 150'''; 150'''') in einem der Diepadbereiche zur Aufnahme eines entsprechenden Chips (201; 202).
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die
Schritte:
Anbringen mindestens eines weiteren aus einem dritten Mate rial hergestellten Diepads (150; 150'; 150''; 150'''; 150'''') in einem der Diepadbereiche zur Aufnahme eines entsprechenden weiteren Chips (201; 202).
Anbringen mindestens eines weiteren aus einem dritten Mate rial hergestellten Diepads (150; 150'; 150''; 150'''; 150'''') in einem der Diepadbereiche zur Aufnahme eines entsprechenden weiteren Chips (201; 202).
10. Mikromechanisches oder mikroelektronisches Bauelement,
welches auf der Leadframevorrichtung nach mindestens einem
der Ansprüche 1 bis 7 montiert ist.
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