DE2819287A1 - Verfahren zum einkapseln von mikroelektronischen elementen - Google Patents

Verfahren zum einkapseln von mikroelektronischen elementen

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Description

Anwaltsakte 29 131 2. Mai 1978
Richarctus Ifenricus Johannes Fierkens,
Herwen, Niederlande.
Verfahren zum Einkapseln von mikroelkktroni sehen Elementen
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum Einkapseln von mikroelektronischen Elementen, ausgehend von streifenförmigem Material, das aus einer Anzahl miteinander verbundener Leitermuster zusammengesetzt ist, die je eine Anzahl Anschlussleitungen für das einzukapselnde mikroelektronische Element umfassen, wobei im Zentrum eines jeden Leitermusters ein mikroelektronisches Element oder Kristall angeordnet wird, dessen Anschlusselemente an die Anschlussleitungen des Leitermusters angeschlossen werden, worauf das Kristalle tragende streifenförmige Material derart in eine Giessform gebracht wird, dass jedes Kristall sich annähernd in der Mitte eines Giesshohlraumes befindet, welcher Hohlraum anschliessend mit einem Einkapselkunststoff vollgegossen wird.
Ein solches Verfahren ist aus der Praxis bekannt und wird zum Einkapseln von mikroelektronischen Elementen allgemein angewendet. Das Einkapseln erfolgt dabei in Matrizen, in denen in der Regel für höchstens ca. 15-20 Streifen von sieben bis zwölf Leitermustern Platz vorhanden ist. Die Grosse der Matrize kann nicht unbeschränkt gesteigert werden. Die maximalen Abmessungen werden im wesentlichen durch die maximale Strecke bestimmt,
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d'ie in die Matrize eingegossener Einkapselkunststoff durch normalerweise enge Kanäle zurücklegen kann. Dieser Einkapselkunststoff ist ein ganz besonderer Kunststoff, in der Fachwelt durchweg mit EPOXY "bezeichnet, welcher Kunststoff sehr stabil ist, sich schnell härten soll und dabei absolut nicht schrumpfen darf, weil sonst die Anschlussdrähte des Kristalls, welche Anschlussdrähte in der Regel durch Golddrähte gebildet werden, beim Aushärten des Einkapselkunststoffes brechen oder losschrumpfen wurden. Der Epoxykunststoff soll auch dünnflüssig sein, weil mit niedrigem Spritzdruck in der Matrize gearbeitet werden muss.
Das bekannte Verfahren besteht dann der Reihe nach aus dem Einlegen der Streifen in die Matrize, dem Schliessen der Matrize, dem Vollgiessen der darin vorhandenen Giesshohlräume und dem Erstarrenlassen des EPOXYs, worauf die Matrize geöffnet werden kann und die Streifen mit eingekapselten Kristallen herausgenommen werden. Da der Einkapselkunststoff die Matrize verunreinigen kann, muss diese zuerst gereinigt werden, bevor neue Streifen eingelegt werden können. Es ist hier also von einem diskontinuierlichen Produktionsverfahren die Rede, wobei gleichzeitig eine bestimmte Reihe von Kristallen eingekapselt wird. Die Zykluszeit ist ziemlich lang und beträgt etwa 2 bis 3 Minuten. Ausserdem muss eine sehr teuere Matrize angewandt werden und ist es unmöglich, das Produktionsverfahren zu automatisieren. Ueberdies ist der Verbrauch an teuerem Einkapselkunststoff hoch, weil ein Giessbaum vorhanden ist, während die Menge des verwendeten EPOXYs je eingekapseltes Kristall durch die normalisierten Aussenabmessungen des Elements bestimmt wird und nietfc durch die Menge, die zum Einkapseln des Kristalls und seiner Anschlussdrähte notwendig ist.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen und schafft dazu ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet wird, dass an jedem kristalltragenden Leitermuster auf beiden Seiten des streifenförmigen Materials eine mit einer Ausnehmung versehene Giessformhälfte angeordnet wird, und zwar derart, dass die beiden Ausnehmungen zusammen den Giesshohlraum für den Einkapselkunststoff bilden, wobei die beiden Giessformhälften nach, dem Vollgiessen des Giesshohlraumes als permanente umhüllung für das Kristall
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dienen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt den Vorteil, dass die teueren Giessmatrizen entfallen. Statt dessen können erheblich einfachere und billigere Matrizen zum Spritzgiessen der Giessformhälften angewandt werden, welche Matrizen ausserdem grosser sein können, d.h. mehr Formhohlräume haben können. Ausserdem bietet das erfindungsgemässe Verfahren den Vorteil, dass das Herstellungsverfahren automatisiert werden kann, während durch die permanente Umhüllung des Kristalls durch die Giessformhälften weniger Einkapselkunststoff verbraucht zu werden braucht.
Zur einfachen Anordnung der Giessformhälften ist eine dieser Giessformhälften vorzugsweise an zwei Enden mit vorspringenden Stiften versehen, die durch entsprechend vorgesehene Ausnehmungen in jedem Leitermuster gesteckt werden, während die andere Giessformhälfte mit Ausnehmungen versehen ist, die die durch das Leitermuster hindurchragenden Stifte schnappend umgreifen.
Die äussere Form der Giessformhälften kann im Prinzip frei gewählt werden. Vorzugsweise sind jedoch die äusseren Abmessungen der an jedem Leitermuster angeordneten, zusammengesetzten Giessform entsprechend den geltenden internationalen Normen für eingekapselte mikroelektronxsche Elemente, während die in jeder Giessformhälfte vorhandene Ausnehmung sowohl im Längs- als auch im Querschnitt kugelförmig ausgebildet ist, das alles derart, dass der in den Giesshohlraum einzuspritzende Einkapselkunststoff auf die Menge beschränkt werden kann, die genügt, um das Kristall und seine Verbindung mit den Anschlussleitungen einzukapseln.
Ein automatisiertes Verfahren zum Einkapseln von Kristallen wird erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das mit Kristallen versehene streifenförmige Material von einer Haspel oder in Form von abgetrennten Streifen aus einem Zulieferungsmagazin einer Station zum Anbringen beider Giessformhälften zugeführt wird, anschliessend an einer Spritzgussvorrichtung entlanggeführt wird, welche Vorrichtung im wesentlichen aus einem oder
besteht mehreren im Teilungsabstand der Leitermuster angeordneten Spritzdüsen/,
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-Y-G
zum Einspritzen des Einkapselkunststoffes in die Giessformen, worauf das streifenförmige Material mit den vollgespritzten Giessformhälften, wenn nötig, durch einen Heizofen geführt wird und anschliessend auf eine Haspel gewickelt oder in ein Magazin gebracht wird. Andere Bearbeitungen wie das Herausschneiden und/oder Biegen der Produkte aus dem Streifen können unmittelbar nach dem Einkapseln, ebenfalls in einer Linie, durchgeführt werden.
Die Erfindung schafft auch ein mikroelektronisches Element, im wesentlichen bestehend aus einem von Einkapselkunststoff umgebenen Kristall mit nach aussen vorstehenden Anschlussleitungen, welches Element dadurch gekennzeichnet wird, dass die äussere Umhüllung des Kristalls aus zwei miteinander verbundenen und durch die Anschlussleitungen getrennten, hohl ausgebildeten Elementen aus einem anderen Kunststoff als dem Einkapselkunst— stoff besteht, während innerhalb dieser Umhüllung eine Menge an das Kristall und seine Verbindung mit den Anschlussleitungen unmittelbar umgebendem Einkapselkunststoff vorhanden ist.
Das Verfahren und mikroelektronische Element gemäss der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen darin:
Fig. 1 das streifenförmige Ausgangsmaterial zur Anwendung sowohl des bekannten Verfahrens als auch des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 den Streifen nach Pig. 1, jedoch versehen mit eingekapselten Kristallelementen,
Fig. 3 die Giessformhälften, wie diese beim erfindungsgemässen Verfahren angewandt werden,
Fig. k einen Querschnitt durch die Giessform nach Fig. 3, Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Giessform nach Fig. 3S
Fig. 6 ein sehematisch wiedergegebenes automatisiertes Verfahren zum Einkapseln von Kristallen.
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-ψ-
In Fig. 1 ist mit 1 ein Streifen wiedergegeben, bestehend aus miteinander verbundenen Leitermustern 2, die je eine Anzahl Anschlussleitungen 3 zum Aufnehmen eines Kristalls in eine Schaltung umfassen, welches Kristall im Zentrum k des Leitermusters 2 angeordnet wird und von welchem Kristall die Anschlussdrähte mit den Anschlussleitungen 3 verbunden werden.
In Fig. 2 ist der Streifen 1 nach Fig. 1 wiedergegeben, versehen mit einer Anzahl eingekapseltei" Kristallelemente 5· Nach dem Einkapseln der Kristalle wird der Rand 6 eines jeden Leitermusters entfernt und bleibt das mikroelektronische Element übrig, wie dieses in Schaltungen anwendbar ist.
In Fig. 3 ist der aus zwei Giessformhälften bestehende Keä,en angegeben, der beim erfindungsgemässen Verfahren angewandt wird. Die untere Giessformhälfte 8 ist mit einem Giesshohlraum 10 versehen, während an beiden Enden Ausnehmungen 9 angeordnet sind, die die Stifte 12 der oberen Giessformhälfte 11 schnappend umgreifen können. In der oberen Giessformhälfte 11 ist ausserdem eine Giessöffnung 13 vorgesehen. Es wird klar sein, dass in der oberen Giessformhälfte 11 auch ein Giesshohlraum entsprechend dem Giesshohlraum 10 vorhanden ist. Die vorspringenden Stifte 12 sind derart in der oberen Giessformhälfte angeordnet, dass diese durch die Ausnehmungen 7 im Leitermuster 2 hindirehragen können, wie in Fig. 1 angegeben. Die beiden Giessformhälften 8, 11 werden auf jedem Leitermuster 2 des streifenförmigen Materials 1 angeordnet, nachdem auf diesem streifenförmigen Mderial 1 die Kristalle im Zentrum h angebracht sind und mit ihren AnSchlussdrahten an die Anschlussleitungen 3 des Leitermusters 2 angeschlossen sind. Ueber die Giessöffnung 13 wird dann der von beiden Giessformhälften umschlossene Giesshohlraum mit Einkapselkunststoff vollgegossen oder -gespritzt.
In Fig. h ist ein Querschnitt eines eingekapselten Kristalls gezeichnet, hergestellt unter Aiwendung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die unteren und oberen Giessformhälften sind auf beiden Seiten des Streifens 1 in der oben beschriebenen Weise angeordnet. Die äusseren Abmessungen der aus dem Streifen 1 und den beiden Giessformhälften 8, 11 gebildeten Elemente haben die Aussenabmessungen, die den dafür bestimmten internationalen Normen entsprechen. Beim bekannten Verfahren würde der ganze Querschnitt aus
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Einkapselkunststoff 16 bestehen, während beim erfindungsgemleseiVerfahren nur ein Teil dieses Querschnitts den teueren Einkapselkunststoff 16 umfasst und der Rest des Querschnitts vom billigeren Kunststoffmaterial der beiden Giessformhälften 8, 11 eingenommen wird.
In Fig. 5 ist ein Längsschnitt der auf dem streifenförmigen Material angeordneten Giessformhälfteri 8, 11 wiedergegeben. Aus dieser Figur geht die Form des Giesshohlraumes 10 bzw. 14 hervor, während aus Fig. 5 ebenfalls die Menge des Einkapselkunststoffes 16 hervorgeht, die durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens gespart werden kann. Es ist klar, dass das Kristall 15 mit seinen Anschlussdrähten genügend eingekapselt ist und dass der restliche Querschnitt vom Material der beiden Giessformhälften 8, 11 eingenommen wird.
In Fig. 6 ist schematisch ein automatisiertes Verfahren zum Einkapseln von Kristallen angegeben. Eine Anzahl Giessformhälften 8, 11 ist auf dem streifenförmigen Material 1 gedruckt, und zwar in der oben angegebenen Weise. Das streifenförmige Material wird in Richtung F fortbewegt, wahrend über der Bewegungsbahn des mit Giessformhälften versehenen Streifens 1 eine Anzahl Spritzdüsen 17 angeordnet sind, selbstverständlich im Teilungsabstand S des Leitermusters 2. Es wird klar sein, dass in diesen Giessformhälften auch Ansprechöffnungen an einer geeigneten Stelle vorgesehen sind. Der mit Kristallen mit Anschlussdrähten versehene Streifen kann von einer Zufuhrhaspel einer nicht-wiedergegebenen Station zum Anordnen der Giessformhälften zugeführt werden, anschliessend zur Spritzgussvorrichtung weiterbefördert werden, worauf die entsprechend eingekapselten Kristalle wieder auf eine Haspel aufgewickelt werden können. Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Verfahrens gegenüber dem bisher bekannten Verfahren besteht darin, dass der Einkapselkunststoff in der permanenten Umhüllung, die von den Giessformhälften 8, 11 gebildet wird, erstarren kann und dass dies nicht mehr in der Giessmatrize zu erfolgen braucht, wodurch eine
erheblich höhere Produktion erreichbar ist und weitere Automatisierung aufeinanderfolgender Bearbeitungen in einer Linie möglich ist.
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Claims (3)

ANSPRUECHE
1.j Verfahren zum Einkapseln von mikroelektronischen Elementen, ausgehend von streifenförmigem Material, das aus einer Anzahl miteinander verbundener Leitermuster zusammengesetzt ist, die je eine Anzahl Anschlussleitungen für das einzukapselnde mikroelektronische Element umfassen, wohei im Zentrum eines jeden Leitermusteis ein mikroelektronisches Element oder Kristall angeordnet wird, dessen Anschlusselemente an die Anschlussleitungen des Leitermusters angeschlossen werden, worauf das Kristalle tragende streifenförmige Material derart in eine Giessform gebracht wird, dass jedes Kristall sich annähernd in der Mitte eines Giesshohlraumes befindet, welcher Hohlraum anschliessend mit einem Einkapselkunststoff vollgegossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem kristalltragenden Leitermuster (2) auf beiden Seiten des streifenförmigen Materials (1) eine mit einer Ausnehmung (10, 1U) · versehene Giessformhälfte (8, 11) angeordnet wird, und zwar derart, dass die beiden Ausnehmungen (10, 1^) zusammen den Giesshohlraum für den Einkapselkunststoff (16) bilden, wobei die beiden Giessformhälften (8, 11) nach dem Vollgiessen des Giesshohlraumes (10, lh) als permanente Umhüllung für das Kristall (15) dienen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Giessformhälften (8, 11) angewendet werden, deren eine (11) an zwei Enden mit vorspringenden Stiften (12) versehen ist, die durch entsprechend vorgesehene Ausnehmungen (T) in jedem Leitermuster (2) gesteckt werden, während die andere Giessformhälfte (8) mit Ausnehmungen (9) versehen ist, die die durch Leitermuster (2) hindurchragenden Stifte (12) schnappend umgreifen.
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3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Abmessungen der an jedem Leiternuster (2) angeordneten, zusammengesetzten Giessform (8, 11) den geltenden internationalen Nonnen für eingekapselte mikroelektronische Elemente (5) entsprechen, während die in jeder Giessformhälfte (8, 11) vorhandene Ausnehmung (1O, lh) sowohl im Längs- als auch im Querschnitt kugelförmig ausgebildet ist, das alles derart, dass der in den Giesshohlraum einzuspritzende Einkapselkunststoff (16) auf die Menge beschränkt werden kann, die genügt, um das Kristall (15) und seine Verbindung mit den Anschlussleitungen (3) einzukapseln.
h. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Kristallen (15) versehene streifenförmige Material (1) von einem Vorratsbehälter einer Station zum Anbringen der beiden Giessformhälften (8S 11) zugeführt wird, anschliessend an einer Spritzgussvorrichtung entlang—geführt wird, welche Vorrichtung im wesentlichen
aus einem oder mehreren im Teilungsabstand (5) der Leitermuster (2) angeordneten Spritzdüsen (17) besteht, zum Einspritzen des Einkapsel— kunststoffes (16) in die Giessformen (8, 11), worauf das streifenformige Material (1) mit den vollgespritzten Giessformhälften (8, 11) in einen zweiten Vorratsbehälter aufgenommen wird.
5· Mikroelektronisches Element, im wesentlichen bestehend aus einem von Einkapselkunststoff umgebenen Kristall mit nach aussen vorstehenden Anschlussleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Umhüllung des Kristalls (15) aus zwei miteinander verbundenen und durch die Anschlussleitungen (3) getrennten, hohl ausgebildeten Elementen (8, 11) eines anderen Kunststoffes als dem Einkapselkunststoff (16) besteht, wahrend innerhalb dieser Umhüllung eine Menge an das Kristall (15) und seine Verbindung mit den Anschlussleitungen (3) unmittelbar umgebendem Einkapselkunststoff (i6) vorhanden ist.
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