DE19903104A1

DE19903104A1 - Halbleitergehäuse und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE19903104A1
Application number: DE1999103104
Authority: DE
Inventors: Chee Hiong Chew; Dave Culbertson; Chong Hock Tan
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 1999-09-16
Also published as: TW409379B; JPH11297729A

Abstract

Es wird ein Fähnchenrahmen (3) mit Halterungsteilen (5) und Fähnchenteilen (7) vorgestellt, und ein Cliprahmen (15) mit Halterungsteilen (17) und Anschlußleitungsteilen (19) ist an den Halterungsteilen (5) und (17) in einer vorbestimmten Ausrichtung zueinander lasergeschweißt, dergestalt, daß Halbleiterchips (30), die auf den Fähnchenteilen (7) angeordnet sind, zwischen den Fähnchenteilen (7) und den Anschlußleitungen (19) disponiert sind. Ein einziger Reflow-Verfahrensschritt veranlaßt bequem, daß Lötpaste zwischen den Halbleiterchips (30) und den Fähnchenteilen (7), und zwischen Halbleiterchips (30) und den Anschlußleitungsteilen (19) Lotverbindungen daran bildet.

Description

Gegenstand der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Montage von elektronischen Komponenten und insbesondere, allerdings nicht aus schließlich, von Komponenten wie beispielsweise Halb leiterbauelementen bzw. Halbleitereinrichtungen, die auf Anschlußrahmen montiert sind.

Hintergrund der Erfindung

Wie bekannt ist, wird ein Halbleiterchip, der auf einem Anschlußrahmen montiert ist, wobei Teile des Anschluß rahmens und Drähte den Chip mit Anschlußdrähten auf dem Anschlußrahmen verbinden, dann in einer Formmasse eingekapselt oder gekapselt, um ein Halbleitergehäuse zu bilden. Die Formmasse kann hierbei auch eine Formver bindung, ein Formgemisch oder eine Formvergußmasse (von moulding compound) sein.

Halbleitergehäuse aus Plastik (beispielsweise Dpak, TO220) für Leistungsvorrichtungen bzw. Leistungsbauele mente wie beispielsweise Dpak oder TO220 benötigen eine elektrische Verbindung zwischen dem Chip und den An schlußdrähten auf dem Anschlußrahmen, der geeignet ist, einen hohen Strom zu tragen. Konventionell werden entweder Mehrfachdrähte zwischen jedem Anschlußdraht und dem Chip gebondet bzw. kontaktiert oder verbunden, was im folgenden als gebondet bezeichnet wird, oder ein Metall streifen oder ein Clip wird auf den Anschlußdraht und Chip gelötet, um die elektrische Verbindung zu bilden. Wie auch immer haben Geräte, die derzeit zum Bonden von Mehrfachdrähten oder zum Plazieren der Clips verfügbar sind, eine niedrige Betriebsrate oder UPH (Einheiten pro Stunde).

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung strebt daher an, ein Halblei tergehäuse und ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung zu stellen, das die oben angesprochenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt oder wenig stens verringert.

Demgemäß sieht die Erfindung in einem Aspekt ein Ver fahren zur Montage eines Halbleiterchips vor, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:
Vorsehen von: einem ersten Anschlußrahmen, der ein Halterungsteil, Trageteil oder Aufnahmeteil, das im folgenden Halterungsteil genannt wird, und wenigstens ein Fähnchenteil , das davon ausgeht bzw. sich erstreckt, umfaßt; einen zweiten Anschlußrahmen mit einem zweiten Halterungsteil und wenigstens einem Anschlußleitungs teil, der davon ausgeht bzw. sich erstreckt; wenigstens einen Halbleiterchip; und eine Formmasse bzw. eine Formverbindung, ein Formgemisch, eine Formvergußmasse, die im folgenden Formmasse genannt wird; Anordnen wenigstens eines Halbleiterchips auf dem wenigstens einen Fähnchenteil; Sichern oder Befestigen des zweiten Halterungsteil s des zweiten Anschlußrahmens zu dem ersten Anschlußleitungsteil des ersten Anschlußrahmens dergestalt, daß der wenigstens eine Halbleiterchip zwischen dem wenigstens einen Fähnchenteil und dem wenigstens einen Anschlußleitungsteil gehalten ist; formen von elektrischen Verbindungen zwischen dem wenigstens einen Halbleiterchip und dem wenigstens einen Anschlußdrahtteil , und zwischen dem wenigstens einen Halbleiterchip und dem wenigstens einen Fähnchenteil; und Verkapseln des wenigstens einen Halbleiterchips, des wenigstens einen Fähnchenteils und wenigstens einige oder wenigstens Teile von dem wenigstens einen Anschluß leitungsteils des zweiten Anschlußrahmens in Formmasse.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleitergehäuse zur Verfügung, das die folgenden Merkmale umfaßt: ein Halbleiterchip; wenigstens ein Fähnchenteil eines ersten Anschlußrahmens, wobei der wenigstens eine Fähnchenteil den Halbleiterchip darauf befestigt hat; wenigstens ein Anschlußleitungsteil eines zweiten Anschlußrahmens, der einen ersten Teil zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung extern zu dem Gehäuse umfaßt und einen zweiten Teil, der über den Halbleiterchip sich erstreckt und an den Halbleiterchip angrenzt, um eine elektrische Verbindung dazu zur Verfügung zu stellen; und eine Formmasse, die den Halbleiterchip, wenigstens einige oder wenigstens ein Teil des wenigstens einen Fähnchenteils, und den wenig stens einen Anschlußleitungsteil derart verkapselt, daß wenigstens ein Teil des Anschlußleitungsteils exponiert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun in Form eines Beispiels detaillierter beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, von denen:

Fig. 1 einen Teil eines Anschlußrahmens mit Fähnchen zeigt;

Fig. 2 einen Teil eines anderen Anschlußrahmens mit Anschlußleitungen zeigt;

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Anschlußrahmen in Fig. 2 zeigt, der zu dem Anschlußrahmen in Fig. 1 arretiert bzw. gesichert oder befestigt ist;

Fig. 4 eine seitliche Schnittdarstellung der zwei Anschlußrahmen in Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung der Anschlußrahmen, die ausgerichtet sind, zeigt; und

Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines Halbleitergehäu ses, das auf den Anschlußrahmen aus Fig. 3 gebildet ist, nach Isolierung (singulation) zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 ist ein erster Anschlußrahmen, oder Fähnchen rahmen, 3 dargestellt, der Halterungsteile 5 aufweist, die Rahmen bilden. Fähnchenteile 7 sind in dem Rahmen am Ende der ausgedehnten Teile 9, die von den Halterungs teilen 5 reichen, angeordnet. Die Fähnchenteile 7 stellen eine flache Oberfläche zur Anbringung eines Halbleiterchips für jedes Halbleitergehäuse zur Verfü gung, und die ausgedehnten Teile 9 bilden eine elektri sche Verbindung zwischen den Fähnchenteilen 7 und den Halterungsteilen 5. Zusätzlich hat der Fähnchenrahmen 3 auch Ausrichtungs- oder Führungslöcher 11 auf den Halterungsteilen 5.

In Fig. 2 ist ein zweiter Anschlußrahmen, oder Cliprah men bzw. Klemmrahmen (clip frame), 15 gezeigt, der Halterungsteile 17 aufweist, von dem Anschlußleitungs teile 19 ausgehen. Der Cliprahmen 15 stellt ein Paar von Anschlußleitungsteilen 19 für jedes Halbleitergehäuse zur Verfügung. Die Fähnchen- und Cliprahmen 3 und 15 können durch Stanzen eines Streifens von Kupfer bzw. einer Folie von Kupfer, die anschließend mit Zinn platiert ist, hergestellt werden. Der Cliprahmen 15 weist auch Ausrichtungs- und Führungslöcher 21 auf den Halterungsteilen 17 auf, die mit den Ausrichtungslöchern 11 auf den Fähnchenrahmen 3 ausgerichtet sind, um jedes Paar von Anschlußleitungsteilen 19 an einem vorbe stimmten Ort relativ zu jedem Fähnchenteil 7 anzuordnen. Der Cliprahmen 15 ist geknickt, gebogen oder geformt, um die Höhe der Halbleiterchips 30 unterzubringen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Halbleiterchips 30, die auf jedem der Fähnchenteile 7 aufgebracht sind, und den Cliprahmen 15, der mit dem Fähnchenrahmen 3 durch Punktschweißungen 32 aufgebracht bzw. arretiert ist. Die Paare der Anschlußleitungsteile 19 sind auf (on top) den Halbleiterchips 30 angeordnet. Die Halbleiterchips 30 werden durch Druck zwischen den Fähnchenteilen 7 und den Paaren von Anschlußleitungsteilen 19 auf den Fähnchen teilen 7 gehalten oder festgehalten. Die Biegung in dem Cliprahmen 15 erzeugt eine resultierende, zusammenpres sende Kraft auf den Halbleiterchips zwischen dem Clip rahmen 15 und dem Fähnchenrahmen 3 dergestalt, daß die Halbleiterchips 30 in deren Positionen auf den Fähnchen teilen 7 gehalten sind.

Fig. 5 zeigt einen von mehreren sich verjüngenden Ausrichtungsstiften 50, die von einer Oberfläche 51 herausragen. Es existieren genausoviele Ausrichtungs stifte wie Ausrichtungslöcher auf dem Fähnchenrahmen 3 oder dem Cliprahmen 15. Der Ausrichtungsstift 50 ver jüngt sich an deren oberen Ende, um es diesem zu ermög lichen, durch die Ausrichtungslöcher 11 des Fähnchen rahmens 3 und durch die Ausrichtungslöcher 21 auf den Cliprahmen 15 zu gleiten bzw. zu rutschen bzw. zu gelangen, um den Cliprahmen 15 zu dem Fähnchenrahmen 3 auszurichten. Außerdem ist die Höhe des Ausrichtungs stifts 50 ausreichend, um die kumulativen Dicken von sowohl dem Rahmen 3 als auch dem Rahmen 15 unterzubrin gen. Die Dicke des Cliprahmens 15 und des Fähnchenrah mens 3 ist 127-254 Mikrometer (1×10^-6 Meter bzw. µm) und 127-381 Mikrometer jeweils entsprechend. Diese Ausrich tung stellt sicher, daß die Paare von Anschlußleitungs teilen 19 auf dem Cliprahmen 15 mit den Fähnchenteilen 7 auf den Fähnchenrahmen 3 ausgerichtet sind. Außerdem stellt diese Ausrichtung auch sicher, daß die Paare von Anschlußleitungsteilen 19 mit Anschlußfleckorten (pad locations) auf den Halbleiterchips 30 ausgerichtet sind.

Fig. 6 zeigt die Anschlußleitungsteile 19 mit einem der Halbleiterchips 30 in einem verkapselten Halbleiterge häuse 60 befestigt, wobei der ausgedehnte Teil 9 oder 90 und das Paar von Anschlußleitungsteilen 19 von den Halterungsteilen 5 auf dem Fähnchenrahmen 3 und den Halterungsteilen 17 auf dem Cliprahmen 15 jeweils entsprechend getrennt sind.

Das Verfahren zur Herstellung eines Halbleitergehäuses wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 be schrieben. Eine vorbestimmte Menge von Lötpaste wird auf die Fähnchenteile 7 des Fähnchenrahmens 3 aufgebracht, und die Halbleiterchips 30 werden dann mit einem vorbe stimmten Betrag einer Kraft bzw. einer vorbestimmten Kraft auf die aufgebrachte Lötpaste aufgebracht. Die nasse Lötpaste hält die Halbleiterchips mit einer ausreichenden adhäsiven Kraft, um zu verhindern, daß die Halbleiterchips 30 sich aus den Positionen, in denen diese aufgebracht wurden, wegbewegen.

Die Lötpastenanlagerungen werden dann auf den Anschluß fleckorten auf den Halbleiterchips 30 verteilt. Der Fähnchenrahmen 3 wird auf der Oberfläche 51 derart plaziert, daß die Ausrichtungsstifte 50 durch die Ausrichtungslöcher 11 hindurchragen, und der Cliprahmen 15 wird dann über den Fähnchenrahmen 3 so plaziert, daß die Ausrichtungsstifte 50 durch die Ausrichtungslöcher 21 ragen. Ein Laserpunktschweißverfahren schweißt dann den Fähnchenrahmen 3 auf den Cliprahmen 15 oder verlötet diese.

Alternativ wird der Cliprahmen 15 auf den Fähnchenrahmen 3 plaziert, der selbst auf der Oberfläche 51 angeordnet ist, und die Ausrichtungsstifte 50 sind bewegbar und in einer niedrigeren Position angeordnet. Eine automatische Bestückungsmaschine kann benutzt werden, um den Cliprah men 15 auf den Fähnchenrahmen 3 dergestalt zu plazieren, daß die Ausrichtungslöcher 21 auf dem Cliprahmen 15 wenigstens teilweise mit den Ausrichtungslöchern 11 auf den Fähnchenrahmen 3 ausgerichtet sind. Die Ausrich tungsstifte 50 werden dann aufwärts bewegt, passieren durch die Ausrichtungslöcher 11 und 21 des Fähnchenrah mens und des Cliprahmens jeweils entsprechend und richten den Fähnchenrahmen 3 und den Cliprahmen 15 aus. Der Fähnchenrahmen und der Cliprahmen 15 sind nun richtig ausgerichtet. Entsprechend werden die Halte rungssektionen bzw. Halterungsteile 5 und 17 ausgerich tet und werden miteinander laserpunktgeschweißt.

Die Ausrichtungsstifte 50 haben eine Breite (W) relativ zur Breite der Ausrichtungslöcher 15 in dem Cliprahmen 3 und der Breite der Ausrichtungslöcher 11 in dem Fähn chenrahmen, die sich wie folgt darstellen läßt:

W = T-0,0005''

Der Winkel für den Kegel der Spitze des Ausrichtungs stifts hat einen Bereich von 45-90 Grad, um eine effek tive Anordnung der Fähnchen- und Cliprahmen 3 und 15 sicherzustellen. Die verschweißten Fähnchen- und Clip rahmen 3 und 15 werden dann einem Reflow-Lötverfahren bzw. Ausschmelzlötverfahren unterzogen, um die Lotdepo sitionen zwischen den Halbleiterchips 30 und den Fähn chenteilen 7 und die Lotdepositionen zwischen den Anschlußdrahtteilen 19 und dem Anschlußflecklokationen auf den Halbleiterchips 30 zu schmelzen.

Nach dem Reflow verkapselt ein Verkapselungsverfahren, wie beispielsweise ein Preßspritzverfahren, ein Fließ formen, eine Transferformung oder ein Transferpressen (transfer moulding) die Halbleiterchips, ein Fähnchen teil und Teile von einem Paar der Anschlußleitungsteile 19 in einer Formmasse (mould compound), um Halbleiterge häuse zu bilden.

Schließlich wird jedes Halbleitergehäuse von den Fähn chen- und Cliprahmen 3 und 15 getrennt, sofern Dammele mente oder Oberlaufelemente, die im folgenden Damm elemente genannt werden, benutzt werden, um zu verhin dern, daß Formmasse zwischen den Paaren von Anschluß drahtteilen 19 durchsickert. Dann wird ein Beschnitt schritt oder Entradschritt benötigt, um die Dammelemente vor dem Trennschritt zu entfernen.

Die vorliegende beschriebene Erfindung ist vorteilsweise schneller als Verfahren nach dem Stand der Technik. Dieses liegt darin begründet, daß ein einfacher Bestüc kungsschritt jeden der Anschlußleitungsteile und jeden der Halbleiterchips zu einem Zeitpunkt plaziert; und ein einziges Reflow-Verfahren die Lotverbindungen zwischen jedem der Halbleiterchips und jedem der Anschlußlei tungsteile, und zwischen jedem der Halbleiterchips und jedem der Fähnchenteile bildet.

Dieses wird dadurch erreicht, daß ein Cliprahmen mit allen Anschlußleitungsteilen, die davon ausgehen und über die Halbleiterchips reichen, vorgesehen ist; und durch Benutzung eines Punktschweißverfahrens, um den Cliprahmen mit dem Fähnchenrahmen vor dem Reflow-Verfah ren anzubringen bzw. miteinander zu verbinden.

Aus diesem Grunde stellt die vorliegende Erfindung ein Halbleitergehäuse und ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung, das die oben genannten Nach teile des Standes der Technik überwindet oder wenigstens verringert.

Claims

1. Verfahren zur Montage eines Halbleiterchips, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

a) Vorsehen von:
einem ersten Anschlußrahmen, der einen ersten Halte rungsteil und wenigstens einen Fähnchenteil, das davon ausgeht, aufweist;
ein zweiter Anschlußrahmen, der einen zweiten Halte rungsteil und wenigstens einen Anschlußleitungsteil, das davon ausgeht, aufweist;
wenigstens einen Halbleiterchip; und
eine Formmasse;
b) Anordnen des wenigstens einen Halbleiterchips auf dem wenigstens einen Fähnchenteil;
c) Sichern oder Befestigen des zweiten Halterungsteils des zweiten Anschlußrahmens mit dem ersten Halterungs teil des ersten Anschlußrahmens dergestalt, daß der wenigstens eine Halbleiterchip zwischen dem wenigstens einen Fähnchenteil und dem wenigstens einen Anschlußlei tungsteil angeordnet ist;
d) Bilden von elektrischen Verbindungen zwischen dem wenigstens einen Halbleiterchip und dem wenigstens einen Anschlußleitungsteil , und zwischen dem wenigstens einen Halbleiterchip und dem wenigstens einen Fähnchenteil; und
e) Verkapseln des wenigstens einen Halbleiterchips, wenigstens eines Teils des wenigstens einen Fähnchen teils; und wenigstens eines Teils des wenigstens einen Anschlußleitungsteils des zweiten Anschlußrahmens in der Formmasse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt a) den Schritt des Vorsehens von Lötpaste beinhaltet und wobei ein Schritt vor Schritt b) den Schritt des Aufbringens der Lötpaste auf dem wenigstens einen Fähnchenteil umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Schritt vor Schritt c) den Schritt des Aufbringens von Lötpaste auf Lötstellen auf den wenigstens einen Halbleiterchip umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) die folgenden Schritte umfaßt:
Anordnen des ersten und zweiten Anschlußleitungsrahmens um die ersten und zweiten Halterungsteile auszurichten; und
Verbinden des ersten Halterungsteils mit dem zweiten Halterungsteil.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Verbindens des ersten Halterungsteils mit dem zweiten Halterungsteil den Schritt des Verschweißens des ersten Halterungsteils mit dem zweiten Halterungsteil umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Schweißens den Schritt des Laserschweißens des ersten Halterungsteils mit dem zweiten Halterungsteil umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Anordnens des ersten und zweiten Anschlußleitungsrahmens zum Ausrichten der ersten und zweiten Halterungsteile außerdem den Schritt des Anordnens des wenigstens einen Anschlußleitungsteils, um den wenigstens einen Halblei terchip anzugrenzen, umfaßt.

8. Halbleitergehäuse, umfassend:
einen Halbleiterchip;
wenigstens einen Fähnchenteil eines ersten Anschlußlei tungsrahmens, wobei der wenigstens eine Fähnchenteil den Halbleiterchip darauf befestigt hat;
wenigstens einen Anschlußleitungsteil eines zweiten Anschlußleitungsrahmens, wobei der wenigstens eine Anschlußleitungsteil einen ersten Teil umfaßt, der eine externe elektrische Verbindung aufweist und einen zweiten Teil umfaßt, der einen elektrischen Leiter aufweist, der an den Halbleiter grenzt; und
ein Formteil der den Halbleiterchip, wenigstens ein Teil des wenigstens einen Fähnchenteils, und den wenigstens einen Anschlußleitungsteil dergestalt einschließt, daß ein Teil des Anschlußleitungsteils exponiert ist.

9. Halbleitergehäuse gemäß Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß außerdem Lot zwischen dem Halbleiterchip und dem wenigstens einen Fähnchen angeordnet ist und Lot zwischen dem Halbleiterchip und dem wenigstens einen Anschlußleitungsteil angeordnet ist.

10. Anschlußrahmen für ein Halbleitergehäuse, wobei der Anschlußrahmen wenigstens einen Fähnchenteil aufweist, der von wenigstens einem Halterungsteil ausgeht, wobei der wenigstens eine Fähnchenteil eine einen Halbleiter chip aufnehmende Oberfläche aufweist und Anschlußrahmen ausrichtungselemente aufweist.

11. Anschlußrahmen gemäß Anspruch 10, wobei der wenig stens eine Halterungsteil derart angeordnet ist, um einen Teil eines Rahmens zu bilden, der wenigstens einen Fähnchenteil umgibt.