DE3508008A1

DE3508008A1 - Formverfahren und formvorrichtung zum partiellen umgeben eines metallischen einsatzes mit einem kunststoffmaterial

Info

Publication number: DE3508008A1
Application number: DE19853508008
Authority: DE
Inventors: Richardus Henricus Johannes Herwen Fierkens; Ireneus Johannes Theodorus Maria Rozendaal Pas
Original assignee: ASM Fico Tooling BV
Current assignee: ASM Fico Tooling BV
Priority date: 1984-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1985-11-28
Also published as: JPS6110420A; FR2560814A1; GB8505652D0; GB2155395A; NL8500636A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kunststoffformung von Gegenständen mit vorragenden Metalleinsätzen, und insbesondere auf die Kunststoff-Einkapselung von elektronischen Halbleitereinrichtungen.

Bei der Kunststoff-Einkapselung von Halbleiter-Einrichtungen oder integrierten Schaltungen, die auf einem metallischen Leiterrahmen aufgebaut sind, der zur Herstellung der äußeren elektrischen Anschlüsse benützt wird, werden die Einrichtung und der Leiterrahmen in einen Formhohlraum eingesetzt, wobei sich die Leitungen aus dem Hohlraum heraus erstrecken. Die Form wird erhitzt und der Kunststoff wird in die Form in flüssigem oder halbflüssigem Zustand unter sehr hohem Druck eingespritzt. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, den Kunststoff in den Formhohlraum in Form von kleinen Kunststoffperlen oder -teilchen einzubringen und anschließend zu erhitzen. Wegen seiner Fließfähigkeit fließt das Material durch jegliche Spalte, wo die Abdichtung unzureichend ist, aus der Form heraus. Da die metallischen Leiterrahmen, auf die die Formhalften schließen, gewöhnlich nicht sehr enge Toleranzen

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haben, verhindert ihre unterschiedliche Dicke, daß die Formhälften auf die gewünschten Teile der Leiterrahmen gleichmäßig schließen, so daß Bereiche verbleiben, an denen das unter hohem Druck stehende Kunststoffmaterial um die Leiter herum herausgedrückt wird. Wenn der Kunststoff härtet, umgibt er nicht nur die Halbleitereinrichtung oder integrierte Schaltung und die gewünschten Teile des Leiterrahmens, sondern er bedeckt auch Teile des Leiterrahmens, von denen gewünscht wird, daß sie frei liegen. Dies bedeutet, daß der Austritt des Kunststoffmaterials aus dem Formhohlraum einen unannehmbaren Kusntstoffüberzug auf unerwünschten Teilen des metallischen Leiterrahmens oder Einsatzes zurückläßt.

Es sind zwar verschiedene Verfahren zum Entfernen dieses unerwünschten Überzuges bekannt geworden, doch besteht ein Bedarf für die Schaffung eines Verfahrens und von Formteilen, die eine weitaus perfektere Abdichtung der Formteile ergeben, und zwar speziell dort, wo sie den metallischen Leiterrahmen oder die metallischen Einsätze einklemmen, so daß der Kunsts'toffaustritt und der resultierende Überzug weitestgehend vermieden werden.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für die Einsatzformung von kleinen Gegenständen zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Formvorrichtung für die Einsatzformung von elek-QQ tronischen Halbleitereinrichtungen und integrierten Schal tungen zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Formvorrichtung gg zu schaffen, die verhindern, daß das Kunststoff-Formmaterial

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an Leitungen anhaftet, die sich von dem einzukapselnden Objekt aus erstrecken.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Formvorrichtung zu schaffen, die eine im wesentlichen vollständige Abdichtung zwischen den Formteilen und Teilen des Einsatzes des zu formenden Gegenstandes ergeben.

Gemäß der Erfindung sind die Teile der Formelemente, die den metallischen Leiterrahmen oder Einsatz klemmend fassen, mit einem Dichtungsmaterial versehen, welches weicher ist als der Körper der Form, aber einen höheren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als dieser. Wenn der metallische Einsatz in die Form eingeklemmt wird und die Anordnung auf die Formtemperatur erhitzt wird, bewirkt der Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen der Form und dem Dichtungsmaterial eine absolute Abdichtung zwischen der Form und den metallischen Leiterrahmen oder Einsatz.

Gemäß der Erfindung wird ein Plastik-Dichtungsmaterial an den Stellen vorgesehen, wo metallische Formteile den Leiterrahmen einer elektronischen Halbleiteranordnung oder integrierten Schaltung umschliessen. Da die Plastikdichtunq sowohl weicher ist als auch einen höheren Ausdehnungskoeffizienten hat als die metallischen Formteile, führt die Erhitzung der Anordnug auf die Formtemperatur zu einer nahezu leckfreien Dichtung zwischen der Form und dem metallischen Leiterrahmeneinsatz. Auf diese Weise wird ein unerwünschter Überzug nahezu vollständig vermieden während andererseits keine Notwendigkeit für eng tolerierte Leiterrahmen besteht und möglicherweise etwas größere Toleranzen an den Formen selbst ermöglicht werden.

Die vorstehenden und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile

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der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, detallierteren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines einsatzgeformten Gegenstandes, der aus einem geformten Kunststoffteil und einer Vielzahl von freiliegenden metallischen Leitern besteht,

Fig. 2 zusammenpassende Formteile , nämlich eine Unterform und eine Oberform, die für die erfindungsgemäße Verwendung zur Herstellung des geformten Gegenstandes gemäßFig. 1 geeignet sind, und

Fig. 3 eine Querschnittsansicht mit weggebrochenen Teilen, der zu entnehmen ist, wie die Formteile gemäß Fig. 2 um den einsatzgeformten Gegenstand (Leiterrahmen) gemäß Eig. 1 passen.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer, zum Teil geschnittener Ansicht einen einsatzgeformten Gegenstand bestehend aus einem Kunststoffkörper 1, der teilweise einen metallischen Einsatz umgibt, der eine Vielzahl von Leitern 3 aufweist, die während der Formoperation durch rechtwinklige Teile 5 zusammengehalten werden, auf die sich die Formteile setzen. Wenn es sich bei dem einsatzgeformten Gegenstand um eine elektronische Halbleitereinrichtung oder integrierte Schaltung handelt, gehören die Teile 3 und 5 zu einem Leiterrahmen, auf dem die eigentlichen Halbleiteranordnung vor der Kunststoffeinkapselung mit Kunststoffmaterial oder dem Körper 1 montiert wird. Ausnehmungen 7 ermöglichen es, daß die Leiter durch Weg-

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schneiden von Teilen der metallischen Dichtungsfläche 5 von dem Leiterrahmen nach dem Formen der Einrichtung elektrisch isoliert werden.

Die Fig. 2 zeigt die Oberhälfte 1OA und die Unterhälfte 1OB von Teilen einer Form, die für die Bildung der geformten Anordnung gemäß Fig. 1 geeignet ist. In den Oberformteil 1OA und den Unterformteil 1OB sind Hohlraumteile lla bzw. 11b eingearbeitet. Für den Fachmann ist ersichtlieh, daß gewöhnlich viele solcher Hohlräume in einer einzelnen Form vorhanden sind, so daß in einem Arbeitsgang eine Vielzahl von geformten Gegenständen hergestellt werden kann. Im Falle von Halbleitereinrichtungen bedeutet dies beispielsweise, daß ein eine Einheit bildender metallischer Leiterrahmen mit einer Vielzahl an ihm befestigter Halbleitereinrichtungen oder integrierter Schaltungen versehen ist, von denen jede einzeln von dem Kunststoff-Formteil 1 gemäß Fig. 1 während der Formoperation umgeben wird. Der Einfachheit halber sind die vielen Formhohlräume in Fig. 2 nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt sind die vielen Gießkanäle und Augen, die für die Steuerung des Flusses des flüssigen oder halbflüssigen Kunststoffmaterials erforderlich sind. Diese sind ebenfalls in die Oberflächen der Formhälften bei deren Herstellung eingearbeitet worden.

Die Fig. 3 zeigt die Formhälften 1OA und 1OB in ihrer den Leiterrahmen 3 umgebenden Position mit dem zu umformenden metallischen Einsatz bzw. der zu umformenden Einrichtung. ο« Es sei daran erinnert, daß die Bezugszahl 1 den auf den metallischen Einsatz durch die Formoperation zu bildenden Kunststoffkörper bezeichnet. Die Fig. 3 zeigt der Übersichtlichkeit halber die metallischen Formhälften in einem von dem metallischen Einsatz etwas getrennten Zuge stand. Vor der tatsächlichen Formoperation müssen diese

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Formhälften fest auf den metallischen Einsatz geklemmt werden, um das Formmaterial im wesentlichen auf die Hohlraumteile HA und HB der Form zu beschränken. Bei einem großen Leiterrahmen mit vielen elektronischen Einrichtungen oder integrierten Schaltungen führen die Dickeschwankungen des Leiterrahmens über die Oberfläche der Form hinweg zu einem festen Klemmsitz an einigen wenigen Stellen und einer Vielzahl von Öffnungen oder Spalten , durch die das unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende Kunststoffmaterial an der Stelle, wo die Abdichtung gewünscht wird, heraustreten oder herauslecken kann. Im Falle von elektronischen Halbleitereinrichtungen oder integrierten Schaltungen ist das Kunststoff-Formmaterial gewöhnlich ein Epoxyd oder irgendeine Kunststoffzusammensetzung, die ¹^ sehr fest an dem metallischen Leiterrahmen anhaftet, um eine hermetische Abdichtung zu ergeben. Im Falle eines unerwünschten Austrittes ist der sich ergebende, fest anhaftende Überzug schwierig zu entfernen und führt zu

einem unwirtschaftlichen Prozess.
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Gemäß der Erfindung sind Dichtungsmittel, die einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen als das Material der metallischen Form selbst auf der Oberfläche der Form vorgesehen und umgeben den Hohlraum, auf dem das Formmaterial oder die Formzusammensetzung wünschenswerterweise beschränkt ist. Die Dichtungsmittel befinden sich vorzugsweise an den Stellen, an denen ein Überzug am schädlichsten wäre, auf den Oberflächen einer jeden Formhälfte. Die Dichtungsmittel sind auch so gewählt, daß sie etwas weicher sind als die Form selbst. Es wurde gefunden, daß ein passendes Material für die Dichtungsmittel Kunststoff ist. Gemäß Fig. 2 flankieren zwei Kunststoffbänder 12 jeden Halb-Hohlraum HA bzw. HB in jeder Formfläche. Etwas schematisch dargestellt, können diese Kunststoffbänder 12 an den Enden der Form verankert oder in Nuten

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angeordnet sein, die in die Formflächen eingearbeitet sind. Da die Dichtungseinrichtungen etwas weicher sind als die Form selbst, verschleißen sie schneller, und sie sind so gestaltet, daß sie in passenden Intervallen ersetzbar sind. Vorzugsweise werden die Dichtungseinrichtungen 12 an den Formoberflächen montiert, nachdem alle Hohlräume, Augen und Gießkanäle eingearbeitet worden sind. Der abschließende Arbeitsgang kann dann der Endbearbeitung sowohl der Formflächen als auch der Kunststoff-Dichtungseinrichtung dienen.

Im Betrieb werden die Formhälften um den metallischen Einsatz oder Leiterrahmen herumgeklemmt. Die Dichtungseinrichtungen 12 greifen fest und dicht an den dicksten Teilen des Leiterrahmens an. Wenn die Anordnung dann auf die Temperatur der Formoperation, die gewöhnlich im Bereich von 150° C bis 180° C liegt, erhitzt wird, bewirkt der Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Formmaterial und demjenigen der Dichtungseinrichtung eine im wesentlichen absolute Abdichtung zwischen der Form und dem Einsatz. Auf diese Weise wird ein Aussickern oder Auspressen weitestgehend verhindert und der sonst daraus resultierende unerwünschte Überzug im wesentlichen vermieden.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel erläutert, und es ist offensichtlich, daß der Durchschnittsfachmann vielerlei Abwandlungen und Abänderungen vornehmen kann, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Formvorrichtung zum teilweisen Umgeben eines metallischen Einsatzes mit Kunststoffmaterial, wobei zwei metallische Formen vorgesehen sind, die zwei Oberflächen aufweisen, von denen jede mit mindestens einem Formhohlraum versehen ist, gekennzeichnet durch an jeder der beiden Oberflächen angebrachte Dichtungsmittel zum Einklemmen des metallischen Einsatzes in der Formvorrichtung, wobei die Dichtungsmittel aus einem Material bestehen, das einen größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als die metallischen

20 Formen.

2. Formvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel aus einem Ma terial bestehen, das weicher ist als die metallischen Formen .

Formvorrichtung nach Anspruch 1, d a du r c h gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel aus Kunststoff bestehen.

4. Formvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Halbleitereinrichtungen auf dem metallischen Einsatz montiert sind, der einen eine Einheit bildenden metallischen Leig₅ terrahmen umfaßt, wobei jede Form eine Oberfläche

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aufweist, die mit einer Vielzahl von Hohlräumen versehen ist, die die Halbleitereinrichtungen jeweils umgeben.

5. Formvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel aus einem Material bestehen, das weicher ist als die metallischen Formen.

6. Formvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel aus Kunststoff bestehen.

7. Formvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Dichtungsmittel aus Streifen aus Kunststoff bestehen, die die einzelnen Hohlräume flankieren.

8. Formvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Dichtungsmittel Teflon aufweisen.

9. Formvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel aus einem

weichen Metall bestehen.

10. Verfahren zum im wesentlichen grat- oder fehlüberzug-[reicn Formen mit einem Einsatz gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei metallische Formon

teile vorgesehen werden, von denen jeder mindestens einen dem zu formenden Gegenstand entsprechenden Hohlraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

° an der Oberfläche eines jeden der beiden metal-

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lischen Formteile in der Nähe des Hohlraumes eine Dichtungseinrichtung montiert wird, die einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als die metallischen Formteile,

der metallische Einsatz zwischen die metallischen Formteile und die Dichtungseinrichtungen geklemmt wird, und

die Temperatur der Formteile, der Dichtungseinrichtungen und des metallischen Einsatzes erhöht wird, um im Abstand von den Hohlräumen zwischen diesen und den äußeren Enden des metallischen Einsatzes eine im wesentlichen leck-freie Abdichtung zu schaffen.