DE19916071A1

DE19916071A1 - Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen und Trennvorrichtung

Info

Publication number: DE19916071A1
Application number: DE1999116071
Authority: DE
Inventors: Jens Pohl; Oliver Wutz; Johann Winderl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2019-04-10
Also published as: DE19916071B4; US6364751B1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, wobei jedes Bauelement mindestens einen Halbleiterchip (2) umfaßt und die Halbleiterchips (2) auf ein gemeinsames Trägersubstrat (1) montiert sind. Das Vereinzeln erfolgt durch ein Durchtrennen des Trägersubstrats (1), wobei zumindest im zu durchtrennenden Bereich des Trägersubstrats (1) eine Durchbiegung des Trägersubstrats (1) erzeugt wird und das Durchtrennen beginnend von der konvex gekrümmten Oberfläche (11) des Trägersubstrats (1) erfolgt. Außerdem wird eine Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verein zeln von Halbleiterbauelementen, wobei jedes der zu verein zelnden Bauelemente mindestens einen Halbleiterchip umfaßt und die Halbleiterchips auf ein gemeinsames Trägersubstrat montiert sind. Die Halbleiterchips können dabei teilweise oder vollständig von einer Umhüllungsmasse umschlossen sein. Das Vereinzeln der Bauelemente erfolgt durch ein Durchtrennen des Trägersubstrats, ggfs. zusätzlich durch ein Durchtrennen von Teilen der Umhüllungsmasse auf dem Trägersubstrat. Die fertigen Bauelemente können grundsätzlich jede beliebige Bau art aufweisen wie beispielsweise Ball Grid Array, Pin Grid Array oder ähnliches.

Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin eine Trennvorrich tung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen.

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen werden in der Re gel Halbleiterchips während des Montagevorgangs auf einem Trägersubstrat, beispielsweise einem Trägertape, einem Lead frame oder einem Keramiksubstrat, aufgebracht. Die gesamte Anordnung der Halbleiterchips auf dem Trägersubstrat kann dann weiter prozessiert und ggfs. mit einer Umhüllungsmasse verkapselt werden. In einem letzten Schritt werden die ein zelnen Halbleiterbauelemente durch Vereinzeln aus dem gesam ten Verbund auf dem Trägersubstrat herausgelöst. Hierzu wird das Trägersubstrat um den Halbleiterchip bzw. um das Halblei terbauelement herum durchtrennt, so daß ein einzelnes Halb leiterbauelement entsteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen sowie eine Trennvor richtung bereitzustellen, die ein möglichst effektives und materialschonendes Vereinzeln von Halbleiterbauelementen er lauben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Patentan sprüche 1, 11 und 12.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgesehen, daß zu mindest im zu durchtrennenden Bereich des Trägersubstrats ei ne Durchbiegung des Trägersubstrats erzeugt wird. Durch die entstehende Wölbung des Trägersubstrats wird eine der Ober flächen des Substrats unter eine Zugspannung gebracht. Das Durchtrennen des Trägersubstrats beginnt dann ausgehend von dieser Oberfläche, die durch die Durchbiegung eine konvexe Krümmung erhält. Es wird damit erreicht, daß kaum Material aufwurf durch Verdrängung des Materials des Trägersubstrats beim Durchtrennen entsteht und damit die Oberfläche frei von Verunreinigungen bleibt. Auch der Durchtrennungsvorgang selbst wird erleichtert, da mit weniger mechanischem Druck gearbeitet werden kann, was in einer materialschonenderen Durchtrennung des Trägersubstrats resultiert.

Die Durchbiegung des Trägersubstrats kann auf unterschiedli che Weise erreicht werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Trägersubstrat vor dem Durchtrennen zumindest in dem zu durchtrennenden Bereich auf eine gekrümmte Unterla ge aufgebracht wird. Das Trägersubstrat kann dann durch die Erzeugung eines Unterdrucks zwischen der Unterlage und dem Trägersubstrat formschlüssig an die Unterlage angesaugt und so mit deren Oberfläche verbunden werden. Dies kann bei spielsweise durch eine entsprechende Vakuumanordnung erzielt werden, die mit der Oberfläche der Unterlage gekoppelt ist.

Als Alternative kann auch vorgesehen sein, daß das Trägersub strat vor dem Durchtrennen zumindest in den zu durchtrennen den Bereich frei aufgehängt wird. Es können dann von einer Seite des Trägersubstrats aus Druckelemente in dem zu durch trennenden Bereich gegen die Oberfläche des Trägersubstrats gedrückt werden, so daß eine Durchbiegung des Trägersubstrats in Richtung der gegenüberliegenden Oberfläche des Trägersub strats erfolgt. Als Druckelemente können beispielsweise Rol len verwendet werden. Das Trägersubstrat kann jedoch auch gleitend über entsprechende Druckelemente geführt werden.

Zum Durchtrennen des Trägersubstrats können prinzipiell un terschiedliche Verfahren Anwendung finden, wie beispielsweise ein Trennschleifverfahren. Bevorzugt wird jedoch ein Schnei deverfahren verwendet. Hierzu kann idealerweise eine Säge mit einem Schneideblatt aus Hartmetall oder Keramik verwendet werden.

Aus dem Stand der Technik sind aus US 5,702,492 bereits Säge blätter bekannt, deren Materialien und Formgebung an die spe ziellen Bedürfnisse bei der Verarbeitung von Halbleitern an gepaßt wurden. Diese Sägeblätter aus dem Stand der Technik sind jedoch für die Bearbeitung von Halbleiterwafern ausge richtet und nicht zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen aus einem Gesamtverbund auf einem Trägersubstrat. Solche Sä geblätter verursachen beim Trennen von Bauelementen in der Regel unsaubere Schnittkanten durch Kontamination oder "Aus fransen" der Schnittkanten.

Die Zahl und Lage der Durchtrennungen des Trägersubstrats wird in Abhängigkeit von der Größe der Halbleiterbauelemente sowie den Abständen zwischen den einzelnen Halbleiterchips bzw. Halbleiterbauelementen sowie den Abständen zwischen den Halbleiterchips und dem Trägersubstratrand gewählt. So wird jeweils zwischen zwei Bauelementen bzw. Halbleiterchips min destens eine Durchtrennung des Trägersubstrats durchgeführt. Je nach Art und Größe des Trägersubstrats kann auch zwischen den Bauelementen und dem Rand des Trägersubstrats eine Durch trennung des Trägersubstrats notwendig werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß zumindest zwischen einem Teil der Bauelemente zwei voneinander beabstandete Durchtrennungen des Trägersubstrats durchgeführt werden. Dies ist insbesondere in solchen Bereichen sinnvoll, in denen der Abstand zwischen den Bauelementen relativ groß ist und man möglichst kleine Halb leiterbauelemente erzielen möchte. Werden nun zwischen den Bauelementen statt nur einer zwei Durchtrennungen durchge führt, so wird die resultierende Größe der Halbleiterbauele mente entsprechend reduziert. Idealerweise erfolgt eine si multane Durchführung der beiden Durchtrennungen, um den not wendigen Zeitaufwand für diesen Prozeßschritt so weit wie möglich zu verkürzen.

Es wird außerdem eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen vorgeschlagen, die min destens ein Sägeblatt aus Hartmetall oder Keramik aufweist. Diese Materialien werden als besonders günstig für solche An wendungen erachtet. Schließlich wird eine weitere erfindungs gemäße Sägevorrichtung vorgeschlagen, die zwei voneinander beabstandete, parallel zueinander angeordnete Sägeblätter aufweist. Diese Sägeblätter können dabei insbesondere, wie bei der ersten erfindungsgemäßen Trennvorrichtung beschrie ben, aus Hartmetall oder Keramik bestehen.

Für jede der vorstehend beschriebenen Trennvorrichtungen kön nen weiterhin Mittel zur Durchbiegung des zu durchtrennenden Trägersubstrats in Richtung des Sägeblatts oder der Sägeblät ter vorgesehen sein. Mit solchen Mitteln kann eine verbesser te Durchtrennung des Trägersubstrats mit Hilfe der Sägeblät ter erzielt werden. Die Mittel zur Durchbiegung können dabei beispielsweise als Druckrollen ausgebildet sein, oder es kann eine Unterdruck-Ansaugvorrichtung mit einer gewölbten Ober fläche vorgesehen sein. Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Ein Trägersubstrat mit Halbleiterchips vor der Ver einzelung.

Fig. 2 Ein Halbleiterbauelement nach der Vereinzelung.

Fig. 3 Durchtrennung eines durchgebogenen Trägersubstrats mit einem Sägeblatt.

Fig. 4 Durchtrennung eines durchgebogenen Trägersubstrats mit zwei Sägeblättern.

Fig. 1a zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 1, auf dem eine Vielzahl von Halbleiterchips 2 angeordnet ist. Fig. 1b stellt einen Querschnitt durch Figur a entlang der Längs richtung des Trägersubstrats dar. Die auf dem Trägersubstrat 1 angeordneten Halbleiterchips 2 sind seitlich von einer Um hüllungsmasse 4 umschlossen und leitend mit Kontaktkugeln 3 auf der gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats 1 ver bunden. Fig. 1c zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1b, woraus bereits das spätere, vereinzelte Halbleiter bauelement als Ball Grid Array-Bauelement erkennbar ist.

Fig. 2a und b zeigen das bereits vereinzelte Ball-Grid- Array-Bauelement, wobei Fig. 2a die Unterseite mit den Kon taktkugeln 3 des Bauelements darstellt, Fig. 2b die Obersei te mit dem Halbleiterchip 2 und der Umhüllung 4.

In einem ersten Ausführungsbeispiel wird vorgesehen, daß die Vereinzelung der Bauelemente mit Hilfe eines einzelnen Säge blattes, vorzugsweise aus Hartmetall oder Keramik, erfolgt. Dabei wird das Trägersubstrat 1 mit derjenigen Seite, auf der Halbleiterchips angeordnet sind, über eine gewölbte Oberflä che einer Unterdruck-Ansaugvorrichtung 9 ("Vacuum Chuck") ge führt. Es kann dabei bevorzugt zwischen dem Trägersubstrat 1 bzw. den Halbleiterchips 2 und der gewölbten Oberfläche noch eine Sägefolie 7 eingefügt werden.

Wird das Trägersubstrat 1 durch Anlegen eines Unterdrucks an die gewölbte Oberfläche gesaugt, so entsteht auf derjenigen Seite des Trägersubstrats 1, auf der die Kontaktkugeln 3 an geordnet sind, eine konvex gewölbte Oberfläche 11, die unter einer Zugspannung steht. Nun kann das Durchtrennen des Trä gersubstrats ausgehend von dieser gewölbten Oberfläche 11 we sentlich einfacher durch ein Sägeblatt 8 erfolgen. Die am Trägersubstrat 1 anliegende Zugspannung erleichtert das Ein dringen des Sägeblatts 8 in das Trägersubstrat und somit das Durchtrennen des Trägersubstrats.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 4 ist vorgesehen, daß nicht nur ein einzelnes Sägeblatt 8 zur Durchtrennung des Trägersubstrats verwendet wird, sondern zwei Sägeblätter 10, die voneinander beabstandet angeordnet sind, gleichzeitig zum Durchtrennen des Trägersubstrats ver wendet werden. Man erhält somit, wie Fig. 1a zeigt, nicht nur eine einzelne Schnittlinie 5

zwischen zwei Halbleiter chips 2, sondern zwei Schnittlinien 6, die parallel zueinan der zwischen den Halbleiterchips 2 verlaufen. Das zwischen den beiden Schnitten 6 liegende Material des Trägersubstrats 1 sowie ggfs. der Umhüllungsmasse 4 wird dabei abgetragen, so daß die vereinzelten Halbleiterbauelemente geringere Ausmaße aufweisen, als bei dem Fall eines einzelnen Schnittes 5 zwi schen den Halbleiterchips 2. Somit können auch bei größeren Abständen zwischen den Halbleiterchips 2 auf dem Trägersub strat 1 ohne Zeitverlust während des Verfahrens möglichst kleine, vereinzelte Halbleiterbauelemente hergestellt werden. Prinzipiell können natürlich die beiden Schnitte 6 auch durch ein einzelnes Sägeblatt 8 durchgeführt werden, wobei dann je doch jeweils ein Schnitt nach dem anderen durchgeführt werden muß, was zu einer Verlängerung der Prozeßzeit führt.

Claims

1. Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, wobei jedes Bauelement mindestens einen Halbleiterchip (2) um faßt und die Halbleiterchips (2) auf ein gemeinsames Trä gersubstrat (1) montiert sind, wobei das Vereinzeln durch ein Durchtrennen des Trägersubstrats (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest im zu durchtrennenden Bereich des Trägersub strats (1) eine Durchbiegung des Trägersubstrats (1) erzeugt wird und
das Durchtrennen beginnend von einer durch die Durchbiegung erzeugten konvex gekrümmten Oberfläche (11) des Trägersub strats (1) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (11) vor dem Durchtrennen zumindest im zu durchtrennenden Bereich auf eine gekrümmte Unterlage (9) aufgebracht wird und durch die Erzeugung eines Unterdrucks zwischen der Unterlage (9) und dem Trägersubstrat (1) form schlüssig mit der Unterlage (9) verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (1) vor dem Durchtrennen zumindest im zu durchtrennenden Bereich frei aufgehängt wird und Druckele mente (9) im zu durchtrennenden Bereich gegen eine Oberfläche des Trägersubstrats (1) gedrückt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckelemente (9) Druckrollen verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Durchtrennen ein Schneideverfahren verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für das Schneideverfahren eine Trennvorrichtung mit min destens einem Schneideblatt (8, 10), vorzugsweise aus Hartme tall oder einem Keramik, verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei Bauelementen mindestens eine Durch trennung (5) des Trägersubstrats (1) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch zwischen den Bauelementen und dem Rand des Träger substrats (1) eine Durchtrennung (5) des Trägersubstrats (1) durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen einem Teil der Bauelemente zwei von einander beabstandete Durchtrennungen (6) des Trägersubstrats (1) durchgeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine simultane Durchführung der beiden Durchtrennungen (6) erfolgt.

11. Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelemen ten, aufweisend mindestens ein Sägeblatt (8) aus Hartmetall oder Keramik.

12. Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelemen ten, insbesondere nach Anspruch 12, aufweisend zwei voneinander beabstandete, parallel zueinander angeordnete Sägeblätter (10).

13. Trennvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, aufweisend Mittel (9) zur Durchbiegung des zu durchtrennenden Trägersubstrats (1) in Richtung des Sägeblatts (8) oder der Sägeblätter (10).

14. Trennvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Mittel (9) zur Durchbiegung als Druckrollen (9) ausgebildet sind.

15. Trennvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Mittel (9) zur Durchbiegung als Unterdruck- Ansaugvorrichtung (9) mit gewölbter Oberfläche ausgebildet ist.