DE60105375T2 - Herstellungsverfahren einer elektronischen Packungsanordnung - Google Patents

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Description

  • Anwendungsgebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Umformverfahren zur Bildung einer schützenden Bauteilgruppe für elektronische Schaltungen.
  • Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Umformverfahren mit Formen einer schützenden Bauteilgruppe aus Plastik bzw. Kunststoff für eine integrierte elektronische Schaltung, welche ein elektronisches Bauelement aufweist, das von außerhalb der schützenden Bauteilgruppe aktiviert wird.
  • Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine schützende Bauteilgruppe aus Kunststoff für eine in einen Halbleiter integrierte elektronische Schaltung, welche einen Träger aufweist, auf dem sich elektronische Bauelemente wie Sensoren befinden, die von außerhalb der schützenden Bauteilgruppe aktiviert werden können.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf ein Verfahren zur Bildung einer schützenden Bauteilgruppe aus Kunststoff für integrierte elektronische Bauelemente, wobei die Bauteilgruppe mit einem Fenster ausgebildet ist, so dass die enthaltenen elektronischen Bauelemente wenigstens zum Teil von außerhalb der Bauteilgruppe zugänglich sind, wobei die folgende Beschreibung mit Bezug auf dieses Anwendungsgebiet nur zu Darstellungszwecken erfolgt.
  • Stand der Technik
  • Wie hinlänglich bekannt ist, finden elektronische Halbleiterschaltungen mit Drucksensoren oder optischen Sensoren steigenden Absatz und haben in jüngster Zeit eine weit verbreitete Akzeptanz gefunden.
  • Eine Lösung aus dem Stand der Technik zur Integrierung solcher elektronischen Bauelemente in eine Bauteilgruppe ist in den 1 und 2 gezeigt.
  • In diesen Figuren ist anhand eines Beispiels eine Bauteilgruppe 1 gezeigt, die durch ein herkömmliches Formverfahren erhalten wird. Diese Bauteilgruppe 1 ist im Wesentlichen wannenförmig ausgebildet und umfasst einen Träger 2 für eine integrierte Schaltung.
  • Im Spezielleren ist auf dem Träger 2 eine integrierte Schaltung befestigt, die einen Sensor 3 wie z.B. einen Näherungs- oder Drucksensor umfasst, der an eine Steuerschaltung 4 angeschlossen ist. Die Steuerschaltung 4 steht mit Steueranschlüssen über dünne Leitungsdrähte 4a in Verbindung, die eine elektrische Verbindung nach außen bereitstellen. Sowohl der Sensor 3 als auch die Steuerschaltung 4 sind auf dem Träger 2 mittels einer Epoxid-Klebstoffschicht 5 befestigt.
  • Der Sensor 3, die Schaltung 4 und der Träger 2 sind mit einem Umhüllungsgel 6 bedeckt.
  • Entlang ihres Rands ist die Bauteilgruppe 1 durch ein Verschlusselement 7 verschlossen, das in der Art eines Fensters vorliegen kann, welches aus Glas, Kunststoff oder einem anderen Werkstoff besteht.
  • Dieses Verschlusselement 7 hat eine Öffnung 8, die mit dem Sensor 3 ausgerichtet ist. Ein Stift wird durch diese Öffnung 8 gleitend eingeführt, um den Sensor 3 von außerhalb der Bauteilgruppe zu aktivieren.
  • Obwohl sie in vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist, hat diese Lösung aus dem Stand der Technik einige Nachteile. Um das Bauelement fertig zu stellen, muss man zuerst die Bauteilgruppe bilden, dann die Komponenten in die Bauteilgruppe einsetzen, die Bauteilgruppe dicht verschließen, und das Element zur Betätigung des Sensors durch das Fenster der Bauteil gruppe einführen. Bei solchen Bauelementen ist die Vorgehensweise zum Ausrichten und Positionieren des Fensters zum Einführen des den Sensor betätigenden Elements problembehaftet, wodurch die Bauelementkonstruktion schwierig zu reproduzieren ist. Andere bekannte Lösungen sind in US 5 622 873 und JP 04002152 offenbart, in denen über dem Sensor nach dem Formschritt eine Schutzschicht vorgesehen wird. Bei beiden Lösungen aber wird diese Schutzschicht nach dem Formschritt entfernt.
  • Das dieser Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren zur Bildung einer Bauteilgruppe für elektronische Schaltungen bereitzustellen, die einen Sensor umfassen, der von außerhalb der Bauteilgruppe aktiviert werden kann, welches Verfahren geeignete Konstruktions- und Funktionsmerkmale aufweist, so dass die Bauteilgruppe mittels herkömmlicher Formverfahren hergestellt werden kann, während die Beschränkungen der Lösungen aus dem Stand der Technik überwunden werden.
  • Es ist auch das Ziel der Erfindung, eine Form und eine integrierte Bauteilgruppe mit Sensoren bereitzustellen, die von außerhalb der Bauteilgruppe aktiviert werden können.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die zur Lösung führende Idee dieser Erfindung besteht darin, eine Bauteilgruppe mittels eines herkömmlichen Formverfahrens zu bilden, und sie mit einem Fenster zu versehen, das mit einem integrierten elektronischen Bauelement, beispielsweise einem Sensor ausgerichtet ist, der in der Bauteilgruppe aufgenommen ist, aber in Verbindung mit der Außenumgebung der Bauteilgruppe steht. Wenn das elektronische Bauelement und die Steuerschaltung auf dem Träger befestigt sind, wird eine Fläche des elektronischen Bauelements mit einer aus elastischem Material bestehenden Abdeckschicht bedeckt, um einen von der Bauelementfläche vorstehenden Abschnitt auszubilden. Der Träger wird in eine Form so einge setzt, dass der vorstehende Abschnitt an der oberen Wand der Form anliegt, wenn diese geschlossen ist. Dann wird die Form mit einem Isoliermaterial gefüllt, um die Bauteilgruppe mit ihrem Fenster in einem einzigen Schritt auszubilden, wobei die Abdeckschicht Teil der oberen, ebenen Fläche der Bauteilgruppe ist.
  • Basierend auf dieser zur Lösung führenden Idee wird das technische Problem gelöst durch ein Verfahren zur Bildung einer elektronischen Schaltung in einer schützenden Bauteilgruppe, wie es vorstehend angegeben wurde und in Anspruch 1 definiert ist.
  • Das Problem wird darüber hinaus durch eine Bauteilgruppe gelöst, wie sie zuvor angegeben wurde und im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 definiert ist.
  • Die Merkmale und Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einer Ausführungsform davon, die anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erfolgt, und nicht einschränkend sein soll.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In diesen zeigen:
  • 1 eine auseinander gezogene Ansicht, in der schematisch eine schützende Bauteilgruppe für integrierte Schaltungen nach dem Stand der Technik gezeigt ist;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer schützenden Bauteilgruppe für integrierte Schaltungen nach dem Stand der Technik;
  • 2A eine Schnittansicht einer schützenden Bauteilgruppe für integrierte Schaltungen während des Formvorgangs;
  • 2B eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer schützenden Bauteilgruppe aus Kunststoff, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ausgebildet ist;
  • 3 eine Schnittansicht einer Form, die nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist, und beim Formen einer schützenden Bauteilgruppe für integrierte Schaltungen verwendet wird, und zwar am Ende des Formvorgangs gemäß der Erfindung;
  • die 4, 5 und 6 Schnittansichten von Beispielen einer schützenden Bauteilgruppe aus Kunststoff am Ende des Formungsschrittes, der nicht Teil der Erfindung ist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere auf die Beispiele der 2A und 2B, ist eine schützende Bauteilgruppe mit einem Fenster gezeigt, die mit dem Verfahren gemäß dieser Erfindung ausgebildet wurde.
  • 2A zeigt einen Vertikalschnitt einer Einzelform, die einen Hohlraum begrenzt, obwohl bei herkömmlichen Formverfahren die Form mehrere aneinander grenzende Formteile mit Formenhohlräumen umfasst, um mehrere Bauteilgruppen gleichzeitig zu formen.
  • Ein Leiterrahmen oder Träger 20, z.B. in Form einer Metallfolie, wird ins Innere des Formenhohlraums gelegt. Auf dem Leiterrahmen 20 wird eine elektronische Schaltung befestigt, die einen integrierten elektronischen Sensor 30 umfasst, z.B. einen Näherungssensor in Form eines Berührungssensors oder eines optisch arbeitenden Sensors. Dieser elektronische Sensor 30 wird am Träger 20 mittels einer Verbindungsschicht 41 befestigt.
  • Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf diese Sensorarten. Natürlich ist die Erfindung auch auf alle anderen elektronischen Bauelemente anwendbar, die, obwohl sie von einer schützenden Bauteilgruppe umschlossen sind, einen Oberflächenabschnitt haben sollten, der in Verbindung mit der Umgebung der Bauteilgruppe steht.
  • Gemäß der Erfindung wird über dem Sensor 30 eine Abdeckschicht 50 vorgesehen. Diese Abdeckschicht 50 kann aus einem Flüssiggel bestehen, das im Anschluss polymerisiert und elastisch gemacht wird. Ein geeigneter Werkstoff für diese Schicht 50 kann ein Elastomer- oder Silikongel sein.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Abdeckschicht 50 so geformt, dass sie einen vorstehenden Abschnitt 51 bildet.
  • Vorteilhafterweise ist auf der Kappe des Sensors 30 ein Ring vorgesehen, der beispielsweise aus Halbleitermaterial gebildet ist. Dieser Ring (nicht gezeigt) wird mit dem Material der Abdeckschicht 50 gefüllt. Somit bildet der Ring also einen Damm oder eine Eindämmungsabsperrung für die Abdeckschicht 50.
  • Vorteilhafterweise erzeugt die Abdeckschicht 50 eine Schutzschicht über der Oberfläche des Sensors 30, wenn die schützende Bauteilgruppe fertig gestellt ist.
  • 3 zeigt ein Beispiel für einen Sensor 30, der nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist. Dieser Sensor 30 kann eine transparente Schicht 31, z.B. aus Glas umfassen, wobei eine Membran 32 aus Halbleitermaterial darauf aufgelegt ist. Diese Membran 32 hat eine Ausnehmung, die so angeordnet ist, dass sie der transparenten Schicht 31 zugewandt ist, um so eine Aussparung 33 zu begrenzen.
  • Die Membran 32 hat vorteilhafterweise eine im Wesentlichen flache Außenfläche.
  • Es erfolgt nun die Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der schützenden Bauteilgruppe aus Kunststoff dieser Erfindung.
  • Bei 20 ist in den 2A und 2B ein Metallträger gezeigt, z.B. ein Kühlkörper, auf den ein mit einer inneren integrierten Schaltung ausgebildeter Rohchip aufgesetzt ist.
  • Die integrierte Schaltung umfasst einen Sensor 30, der von außerhalb der schützenden Bauteilgruppe 9 aktiviert werden kann und mit einer Steuerschaltung 40 verbunden ist. Die Schaltung 40 ist über dünne Leitungsdrähte 42 an Anschlussstifte angeschlossen, wodurch eine externe elektrische Verbindung bereitgestellt ist.
  • Vorteilhafterweise befindet sich der Träger 20 am Grund des Formenhohlraums einer herkömmlichen Form 100, insbesondere innerhalb der Aussparung, die durch die untere Formhälfte 110 gebildet ist.
  • Gemäß der Erfindung wird die Oberfläche des Sensors 30 wenigstens teilweise mit einer Abdeckschicht 50 überzogen, z.B. einem Gel, das ein Elastomergel oder ein Silikongel umfasst.
  • Diese Abdeckschicht 50 wird insbesondere so geformt, dass ein vom Sensor 30 vorstehender Abschnitt 51 gebildet ist.
  • Die Ausbildung dieses vorstehenden Abschnitts 51 wird verwirklicht durch ein volumetrisches Auftragen auf die Sensoren, bevor durch Zerteilen des Wafers die einzelnen Bauelemente erhalten werden, oder während des Montageschrittes der Schaltung.
  • Alternativ wird dieser vorstehende Abschnitt 51 gebildet durch ein Verfahren, das als Siebdrucken bekannt ist und eine präzise Formgebung des vorstehenden Abschnitts 51 bietet.
  • Vorteilhafterweise ist auf der Oberseite des Sensors 30 eine z.B. ringförmige Absperrung ausgebildet. Die Abdeckschicht 50 wird dann innerhalb dieser durch die Absperrung gebildeten Barriere abgeschieden, wobei der so ausgebildete vorstehende Abschnitt 51 dann von der Absperrung umgeben ist.
  • Der Träger 20 wird in den Hohlraum der herkömmlichen Form 100 eingelegt, und zwar genau in die Aussparung der unteren Formhälfte 110, wobei der Sensor 30 an ihm angebracht ist. Außerhalb der Aussparung werden die Anschlussstifte an die Formhälfte 110 angelegt.
  • Dann werden die obere Formhälfte 120 und die untere Formhälfte 110 zusammengefahren, so dass zwischen den beiden Formhälften 110 und 120 wie in 2A gezeigt ein Aufnahmeraum entsteht.
  • Wenn die obere Formhälfte 120 und die untere Formhälfte 110 zusammengefahren sind, liegt der vorstehende Abschnitt 51 an der oberen Wand des Formenhohlraums der geschlossenen Form an.
  • Gemäß der Erfindung schützt der vorstehende Abschnitt 51 den Sensor 30 vor einer möglichen Beschädigung durch den Druck der oberen Formhälfte 120 auf die Oberfläche des Sensors 30, wenn die Formhälfte 120 und die untere Formhälfte 110 zusammengefahren sind. Der vorstehende Abschnitt 51 bietet faktisch einen Dämpfungseffekt.
  • Insbesondere gibt, wenn der vorstehende Abschnitt 51 aus einem Elastomer oder Silikon besteht und die obere Formhälfte 120 und die untere Formhälfte 110 zusammengefahren werden, der vorstehende Abschnitt 51 dem Druck von der Formhälfte 120 nach und verhindert eine Rissbildung an der Sensoroberfläche.
  • Wenn die beiden Formhälften 110 und 120 zusammengefahren sind, wird der Schritt des Bildens der schützenden Bauteilgruppe 9 ausgeführt.
  • Über einen Einlass 60 und Spritzkanäle (nicht gezeigt) wird ein Kunststoffmaterial wie z.B. ein Epoxidharz mit Druck in geschmolzenem Zustand und bei hoher Temperatur in den Formenhohlraum zwischen den Formhälften 110 und 120 eingespritzt.
  • Dann folgen hinlänglich bekannte thermodynamische Prozesse zum Kühlen und Vernetzen des Harzes.
  • Als Ergebnis dessen, dass der vorstehende Abschnitt 51 sich gegen die obere Wand der oberen Formhälfte 120 abstützt, hat die Bauteilgruppe 10 schließlich eine Öffnung oder ein Fenster 70 an der Stelle des Sensors 30.
  • Es werden nun alternative Ausführungsformen offenbart, selbst wenn sie nicht in den Schutzumfang der Erfindung fallen.
  • In 3 ist ein Beispiel gezeigt. Eine Form 10 umfasst im Wesentlichen zwei Teile: eine untere Formhälfte 11 und eine obere Formhälfte 12. Wenn die beiden Formhälften zusammengefahren sind, ist ein Raum oder ein Formenhohlraum definiert, der die elektronische Schaltung aufnimmt.
  • Gemäß diesem Beispiel hat die obere Formhälfte 12 einen innenseitig vorstehenden Ansatz 13, der darin mittig vorspringt, und zwar ungefähr an der Stelle des Sensors 30. Dieser Ansatz 13 ist so angeordnet, dass sich, wenn die Formhälfte 12 und die untere Formhälfte 11 aufein ander gesetzt sind, der Ansatz 13 gegen die den Sensor bedeckende Schicht 50 abstützt oder sie wenigstens berührt.
  • Der Ansatz 13 ist vorteilhafterweise im Wesentlichen zylinderförmig und hat dieselbe Breite wie die Abdeckschicht 50.
  • In einem alternativen Beispiel kann der Ansatz 13 im Wesentlichen wie ein Kegelstumpf geformt sein.
  • Die Unterseite des Ansatzes 13 hat vorteilhafterweise eine kleinere Fläche als die Oberseite des Sensors, und demzufolge eine kleinere Fläche als der vorstehende Abschnitt 51.
  • Wenn also die obere Formhälfte 12 und die untere Formhälfte 11 zusammengefahren sind, ist der Ansatz 13 so platziert, dass er sich gegen den vorstehenden Abschnitt 51 abstützt.
  • Wenn der Ansatz 13 die Form eines Kegelstumpfs hat, dann weist das Fenster 70 Wandungen auf, die nach innen zum Sensor 30 hin laufen.
  • Bei diesem Beispiel ist es nur notwendig, dass sich der vorstehende Abschnitt 51 am Ansatz 13 abstützt, so dass die Ausbildung des vorstehenden Abschnitts 51 weniger kritisch ist.
  • In 5 ist eine Bauteilgruppe 9 gezeigt, die entsprechend einem Beispiel geformt wurde, und zwar für den Fall mit einem darin integrierten Drucksensor 30.
  • In diesem Fall sind sowohl der Träger 20 als auch die Glasschicht 31 des Sensors 30 mit einer Öffnung 80 ausgebildet, die unter der Membran 32 in die Aussparung 33 mündet.
  • Auch hier kann eine Bauteilgruppe 9 mit einem mit dem Sensor 30 ausgerichteten Fenster 70 unter Verwendung einer herkömmlichen Form 100 und unter Ausbildung des vom Sensor 30 vorstehenden Abschnitts 51 erhalten werden, oder durch Verwendung einer Form 10 mit einem Ansatz 13.
  • Das Verfahren dieser Erfindung kann vorteilhafterweise auch bei einer integrierten Schaltung verwendet werden, die mit optischen Sensoren versehen ist.
  • In einem weiteren, in 6 gezeigten Beispiel ist auf dem Träger 20 ein optischer Sensor 30a befestigt. Der Sensor 30a wird vor den Formschritten mit einer Abdeckschicht 50 überdeckt, um die schützende Bauteilgruppe 9 gemäß dieser Erfindung zu erzeugen.
  • Bei diesem Beispiel ist die Abdeckschicht 50 für UV-Strahlung durchlässig.
  • Abschließend ist festzuhalten, dass mit dem Verfahren gemäß der Erfindung eine schützende Bauteilgruppe aus Kunststoff, in der ein Sensor integriert ist, der von außerhalb der Bauteilgruppe aktiviert werden kann, mithilfe eines herkömmlichen Formverfahrens hergestellt werden kann.
  • Eine Bauteilgruppe mit elektronischen Bauelementen, die mithilfe des Verfahrens gemäß dieser Erfindung erhalten wird, ermöglicht genauere Herstellungsprozesse.

Claims (5)

  1. Umformverfahren mit Formen einer schützende Bauteilgruppe (9) aus Plastik für eine in einen Halbleiter integrierte elektronische Schaltung, welche ein elektronisches Bauelement (30), das von außerhalb der schützenden Bauteilgruppe (9) aktiviert wird, sowie eine integrierte Steuerschaltung (40) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Vorsehen eines Trägers (20), auf dem das elektronische Bauelement (30) und die mit dem elektronischen Bauelement (30) verbundene Steuerschaltung (40) befestigt werden; – Auftragen einer Abdeckschicht (50) aus einem Elastomer- oder Siliziumgel zumindest über einen Teil des elektronischen Bauelements (30), das von außerhalb der schützenden Bauteilgruppe (9) aktiviert wird; – Formung der Abdeckschicht (50) zur Bildung eines vorstehenden Abschnitts (51) mit einer Oberfläche, die einer Fläche des elektronischen Bauelements (30) gegenüber liegt; – Formen des Trägers, des elektronischen Bauelements (30) und der Steuerschaltung (40) unter Verwendung einer Form, welche eine Formhälfte mit einer innen liegenden durchgehenden flachen Fläche umfasst, von welcher ein Abschnitt gegen den vorstehenden Abschnitt (51) anliegt, um die schützende Bauteilgruppe (9) aus Plastik zu bilden, wobei nach dem Formen die flache Oberfläche der schützenden Bauteilgruppe (9) aus Plastik bündig und zusammenhängend mit einer flachen Oberfläche des Elastomer- oder Gelmaterials abschließt, wobei die Abdeckschicht (50) nach Fertigstellung der Bauteilgruppe als Schutzschicht fungiert.
  2. Verfahren zum Formen einer schützenden Bauteilgruppe (9) aus Plastik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Abschnitt (51) durch volumetrisches Auftragen des elastischen Werkstoffs ausgebildet wird.
  3. Verfahren zum Formen einer schützenden Bauteilgruppe (9) aus Plastik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Abschnitt (51) mittels Siebdrucken des elastischen Werkstoffs ausgebildet wird.
  4. Schützende Bauteilgruppe (9) aus Plastik für eine integrierte Halbleiterschaltung, welche einen Träger (20) aufweist, auf welchem ein elektronisches Bauelement (30) zusammen mit einer mit dem elektronischen Bauelement (30) verbundenen integrierten Steuerschaltung (40) befestigt ist, bei welchem die schützende Bauteilgruppe ein Elastomer- oder ein Siliziumgel umschließt, das auf mindestens einem Abschnitt des elektronischen Bauelements (30) umschließt und eine flache Oberfläche gegenüber eine Fläche des elektronischen Bauelements (30) aufweist, wobei die flache Oberfläche bündig und zusammenhängend mit einer flachen Oberfläche der schützenden Bauteilgruppe (9) abschließt, wobei das Elastomer- bzw. Siliziumgel als Schutzschicht fungiert.
  5. Schützende Bauteilgruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer- bzw. Siliziumgel (51) von einer Absperrung umschlossen ist, die auf der Oberfläche des elektronischen Bauelements (30, 30a) ausgebildet wird.
DE60105375T 2000-11-30 2001-11-29 Herstellungsverfahren einer elektronischen Packungsanordnung Expired - Lifetime DE60105375T2 (de)

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US (1) US20020070464A1 (de)
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