DE19808193B4 - Leadframevorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Leadframevorrichtung mit einem aus einem ersten Material hergestellten Leadframe mit mindestens einem ersten und einem weiteren Diepadbereich, wobei im ersten Diepadbereich ein mikromechanischer Chip (201) und im weiteren Diepadbereich ein weiterer Chip (200) angeordnet ist, und mit einer Vielzahl von Leads (20) welche um die Diepadbereiche angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
– für den mikromechanischen Chip (201) ein Diepad (150, 150'', 150''', 150''', 150'''') aus einem zweiten Material mit einem thermisch angepassten Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen ist, welcher im ersten Diepadbereich am Leadframe angebracht ist, und
– ein aus einem dritten Material hergestellter Diepad (150, 150', 150'', 150''', 150'''') zur Aufnahme des weiteren Chips (200) im weiteren Diepadbereich am Leadframe angebracht ist, wobei das dritte Material ein zumindest vom zweiten Material verschiedenes Material ist.

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leadframevorrichtung, und insbesondere eine Leadframevorrichtung für ein spannungsempfindliches mikromechanisches Bauelement, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
  • Obwohl auf beliebige mikroelektronische und mikromechanische Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf einen mikromechanischen Drucksensor-Halbleiterchip in Siliziumtechnologie erläutert.
  • Allgemein ist es erforderlich, mikroelektronische bzw. mikromechanische 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, Umformen mit Plastikmaterial und Vereinzeln der umformten Bauelemente.
  • Ein üblicher Leadframestreifen ist ausschnittsweise in 1 gezeigt. In 1 bezeichnen 10 allgemein den Leadframestreifen, 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 unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Leadframematerial, Anbringungsmaterial (z.B. Kleber oder Lot) und Chipmaterial mechanische Spannungen ergeben können. Diese Spannungen hätten für den besagten mikromechanischen Drucksensor-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 angepaßten Material herzustellen, wie z.B. FeNi42%. Dann bestünde der komplette Leadframestreifen aus diesem Material, was bei der weiteren automatischen Montage Probleme mit sich brächte. Außerdem kann es erforderlich sein, unterschiedliche Chips mit unterschiedlichen thermischen Anforderungen gleichzeitig zu montieren. In diesem Fall könnte die obige Lösung nur eine optimale Anpassung für einen dieser mehreren Chips erbringen.
  • In der Druckschrift US 5438021 A ist eine Leadframe-Vorrichtung beschrieben, die einen ersten und zweiten Chip auf einem ersten und zweiten Diepad anordnet. Dabei wird vorgeschlagen, die Leadframe-Vorrichtung aus zwei Leadframes aus unterschiedlichem Material und/oder unterschiedlicher Dicke zusammenzusetzen, um so den unterschiedlichen Anforderungen des Diepads relativ zu den einzelnen Chips gerecht zu werden. Die Schrift US 4994895 offenbart die Verpackung eines Hybridschaltkreises, wobei das Schaltkreissubstrat auf Teilen eines Leadframes angeordnet ist. Um mechanischen Stress zu minimieren, ist hierbei die Auflagefläche im Verhältnis zur gesamten Schaltkreisfläche sehr klein gewählt. Die Druckschrift US 5202288 A offenbart ein elektronisches Bauteil mit einem Leadframe, einem Chip und einem Kühlkörper, welcher direkt an dem Chip montiert ist. Die Schrift JP 59061154 A zeigt ein Halbleiterbauteil mit einem Leadframe mit einem Diepad. Auf dem Diepad ist eine Metallscheibe aus FeNi42% befestigt, auf der wiederum der Halbleiterchip befestigt ist. Die Schrift US 5394751 A zeigt einen Halbleiterdrucksensor, bei dem das Sensorelement auf das Diepad eines Leadframes aufgeklebt ist.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • 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 verschiedener Bauelemente mit unterschiedlichen thermischen Anforderungen bieten. Die Spannung, welche durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Leadframe und Chip bzw. Chips ausgeübt wird, wird minimiert. Andererseits jedoch 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 besteht darin, daß in dem Diepadbereich d.h. dem Anbringungsbereich des Diepad, welcher entweder ein Diepad aus dem erstem Material aufweist oder welcher kein Diepad aus dem ersten Material aufweist, des Leadframestreifenstein an den anzubringenden Chip angepaßtes Diepad angebracht wird, und zwar in einem zusätzlichen Arbeitsschritt, der dem analog dem Schritt der eigentlichen Chipmontage verläuft, diesem 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 verschiedene 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 angegebenen Leadframevorrichtung bzw. des in Anspruch 8 angegebenen Verfahrens.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das erste Material Kupfer oder eine Kupferlegierung oder eine Kupferverbindung 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 Ausdehungskoeffizienten. 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 Herstellungsverfahren für den Leadframestreifen ein Teil des ursprünglich vorgesehenen Diepads aus dem ersten Material auszustanzen bzw. auszuätzen. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft 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 Leadframestreifen 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, Verkleben, Verlöten oder Verschweißen am Leadframe angebracht. Dies sind übliche Verbindungsverfahren für zwei Metalle.
  • Dabei sei jeodch erwähnt, dass das zweite Material auch ein Kunststoff sein kann.
  • Gemäß der Erfindung ist ein weiterer Diepadbereich vorgesehen, innerhalb dessen ein weiterer 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 ein zumindest vom zweiten Material verschiedenes Material ist. So ist ein Multichip-Modul mit optimaler thermischer Anpassung herstellbar.
  • ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine ausschnittweise schematische Darstellung eines üblichen Leadframestreifens zur Illustration der der Erfindung zugrundeliegenden Problematik;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Leadframes aus einem ersten Material mit einem daran ange brachten Diepad aus einem zweiten Material als Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gemäß 5;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Leadframes aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Diepad aus einem zweiten Material als Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gemäß 5 mit einer Teilquerschnittsvergrößerung entlang der Linie A-A';
  • 4 eine schematische Darstellung eines Leadframes aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Diepad aus einem zweiten Material als Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gemäß 5 mit einer Teilquerschnittsvergrößerung entlang der Linie A-A''; und
  • 5 eine schematische Darstellung eines Leadframes aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Diepad aus einem zweiten Material und einem daran angebrachten Diepad aus einem dritten Material als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Leadframes aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Diepad aus einem zweiten Material mit einem daran angebrachten Diepad aus einem zweiten Material als Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gemäß 5.
  • In 2 bezeichnet 20 einen Lead aus Kupfer, 125 jeweilige Tiebars aus Kupfer und 150 ein Diepad aus FeNi42%, das ein thermisch an das Material des Chips (hier Silizium) angepasstes Material ist. Der aus Kupfer hergestellte Leadframe hat einen zentralen Diepadbereich, innerhalb dessen ein Chip anzubringen ist. Von der Vielzahl von Leads, welche um den Diepadbereich herum angeordnet sind, ist aus Übersichtlichkeitsgründen 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.
  • 3 ist eine schematische Darstellung eines Leadframes aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Diepad aus einem zweiten Material als Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gemäß 5 mit einer Teilquerschnittsvergrößerung entlang der Linie A-A''.
  • In 3 bezeichnet 150' das aus FeNi42% hergestellte Diepad, 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 angebracht.
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines Leadframes aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Diepad aus einem zweiten Material als Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gemäß 5 mit einer Teilquerschnittsvergrößerung entlang der Linie A-A''.
  • In 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 156'' durch flächiges Verlöten angebracht.
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines Leadframes aus einem ersten Material mit einem daran angebrachten Diepad aus einem zweiten Material und einem daran angebrachten Diepad aus einem dritten Material als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 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. FeNi42%. Die beiden Diepads 150''' und 150'''' sind durch Verschweißen an jeweiligen Tiebars 225 bzw. 225' angebracht. 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 einer Vielzahl vorgesehener Bonddrähte.
  • Das Diepads 150''' aus Kupfer sorgt für eine gute Wärmeabfuhr 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 Herstellung der gezeigten Leadframevorrichtungen näher erläutert.
  • Es wird ein aus einem ersten Material hergestellter Leadframestreifens aus Kupfer mit einer Vielzahl von Diepadbereichen, 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 Verpacken der Chips in gewohnter Art und Weise ohne Notwendigkeit 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 modifizierbar.
  • 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. Leadframevorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren BEZUGSZEICHENLISTE:
    Figure 00130001

Claims (8)

  1. Leadframevorrichtung mit einem aus einem ersten Material hergestellten Leadframe mit mindestens einem ersten und einem weiteren Diepadbereich, wobei im ersten Diepadbereich ein mikromechanischer Chip (201) und im weiteren Diepadbereich ein weiterer Chip (200) angeordnet ist, und mit einer Vielzahl von Leads (20) welche um die Diepadbereiche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß – für den mikromechanischen Chip (201) ein Diepad (150, 150'', 150''', 150''', 150'''') aus einem zweiten Material mit einem thermisch angepassten Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen ist, welcher im ersten Diepadbereich am Leadframe angebracht ist, und – ein aus einem dritten Material hergestellter Diepad (150, 150', 150'', 150''', 150'''') zur Aufnahme des weiteren Chips (200) im weiteren Diepadbereich am Leadframe angebracht ist, wobei das dritte Material ein zumindest vom zweiten Material verschiedenes Material ist.
  2. Leadframevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material Kupfer oder eine Kupferlegierung oder eine Kupferverbindung ist und das zweite Material vorzugsweise FeNi42% oder Kovar, ist.
  3. Leadframevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten Material hergestellte Diepad (150'') auf einem Diepad (15'') aus dem ersten Material angebracht ist, welches ein Teil des Leadframes ist.
  4. Leadframevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten Material hergestellte Diepad (150') an seinem Umfang an einem Diepadrahmen (15') aus dem ersten Material angebracht ist, welcher ein Teil des Leadframes ist.
  5. Leadframevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten Material hergestellte Diepad (150) an Tiebars (125) aus dem ersten Material angebracht ist, welche ein Teil des Leadframes sind.
  6. Leadframevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten Material hergestellte Diepad (150; 150'; 150''; 150''') durch Verstemmen, Verkleben, Verlöten oder Verschweißen am Leadframe angebracht ist.
  7. Leadframevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mikromechanische Chip (201) als mikromechanischer Drucksensor ausgebildet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Leadframevorrichtung mit den Schritten: Bereitstellen eines aus einem ersten Material hergestellten Leadframestreifens (10) mit einer Vielzahl von Diepadbereichen, innerhalb derer ein jeweiliger Chip (201, 202) anzubringen ist und denen jeweils eine entsprechende Vielzahl von Leads (20) zugeordnet ist; Anbringen mindestens eines aus einem zweiten Material hergestellten Diepads (150, 150', 150'', 150''', 150'''') in einem der Diepadbereiche zur Aufnahme eines entsprechenden Chips (201; 202); und Anbringen mindestens eines weiteren aus einem dritten Material hergestellten Diepads (150, 150', 150'', 150''', 150'''') in einem der Diepadbereiche zur Aufnahme eines entsprechenden weiteren Chips (201, 202); Wobei das dritte Material ein zumindest vom zweiten Material verschiedenes Material ist.
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