DE68910738T2

DE68910738T2 - Hohle Plastikpackung für Halbleiteranordnungen.

Info

Publication number: DE68910738T2
Application number: DE89830270T
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Marchisi
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2009-06-17
Also published as: IT8883642A0; EP0348361B1; DE68910738D1; IT1221258B; EP0348361A2; US5034800A; EP0348361A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpackung für eine Halbleitervorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine einen Hohlraum aufweisende Verpackung, die in einfacher Weise mit einem transparenten Fenster zum Verkapseln von optisch aktiven Vorrichtungen versehen werden kann.
Optisch aktive Vorrichtungen, wie beispielsweise EPROMS, optische Sensoren und Videokamerasensoren sowie integrierte Schaltungen auf relativ großen Silikonchips, sind sehr empfindlich gegenüber Spannungen, die durch das Schrumpfen eines zum Verkapseln dienenden Epoxidharzes verursacht werden, wie beispielsweise des üblicherweise für vollständig aus Kunststoff geformte Verpackungen verwendeten Harzes. Daher benötigen solche Vorrichtungen metallische oder keramische hohle Verpackungen, die sowohl aufgrund der verwendeten Materialien als auch des eingesetzten Herstellvorganges relativ teuer sind.
In der US-A-4 644 384 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Formen einer Schutzverpackung für eine integrierte Schaltung beschrieben. Hierbei wird die integrierte Schaltung zuerst in eine kastenförmige Keramikverpackung gegeben, die dann in einer geformten äußeren Kunststoffverpackung teilweise verkapselt wird. Ein Stopfen aus elastomerein Material kann in der zum Verkapseln verwendeten Kunststofform eingesetzt werden, um in der fertigen Verpackung ein gegenüber Strahlung durchlässiges Fenster vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hohle Verpackung zu schaffen, die vollständig aus Kunststoff besteht, mit wesentlichen Standardherstelltechniken kompatibel ist und relativ billig ist.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Verpackung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist, verwendet ein kastenförmiges Gehäuse aus einem im wesentlichen starren Kunststoffmaterial, das durch zwei passende Hälften gebildet ist, die zwei beabstandete und miteinander koinzidierende Seitenwände besitzen, um die Halbleiterplatte, die auf das zentrale Kissen eines metallischen Rahmens geklebt ist, und die damit in Verbindung stehenden elektrischen Anschlußdrähte zu umschließen und auf diese Weise zu verhindern, daß das zum Verkapseln dienende Harz während des Formvorganges in das Gehäuse eindringt. Wenn optisch aktive Vorrichtungen verkapselt werden, wird eine der beiden Hälften des kastenförmigen Gehäuses mit einem Fenster versehen, das mit Hilfe einer kleinen Scheibe aus Glas oder einem äquivalenten transparenten Material abgedichtet wird. Darüber hinaus kann der freie Raum innerhalb eines zentralen Hohlraumes des die Halbleiterplatte enthaltenden Gehäuses zumindest teilweise mit einem Silikonschutzharz verfüllt werden, um den durch das Gehäuse erreichten Schutz zu verbessern und das Eindringen des zum Verkapseln dienenden Harzes in den zentralen Hohlraum während des Formens der Verpackung noch wirksamer zu verhindern.
Von den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die in eine hohle Kunststoffverpackung der vorliegenden Erfindung, die mit einem transparenten Fenster versehen ist, gekapselt ist;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht der oberen Hälfte des starren Kunststoffkastens, der bei der Verpackung der Figur 1 Verwendung findet;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht der unteren Hälfte des starren Kunststoffkastens, der bei der Verpackung der Figur 1 Verwendung findet; und
Figur 4 eine perspektivische schematische Ansicht der vollständig in eine erfindungsgemäß ausgebildete Kunststoffverpackung gekapselten Halbleitervorrichtung.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie im Falle einer optisch aktiven Halbleitervorrichtung Verwendung findet, die eine Verpackung benötigt, die mit mindestens einem optisch transparenten Fenster versehen ist, durch das die Vorderseite der Halbleitervorrichtung, die die optisch aktiven Komponenten enthält, beleuchtet werden kann.
In den Figuren bildet eine Silikonplatte 1 das Halbleitersubstrat, auf dem durch Abscheidung, Implantation und Diffusionstechniken Schaltungskomponenten verschiedener Arten ausgebildet sein können, unter denen sich ebenfalls optisch aktive Komponenten sowie die erforderlichen elektrischen Verbindungen zur Realisation einer integrierten Schaltung befinden. Entlang dem Umfang der Oberseite der Platte 1 ist eine Vielzahl von metallisierten Kissen verteilt, an die Drähte zur Herstellung einer elektrischen Verbindung an die äußeren Steckerstifte der Vorrichtung geschweißt sind. Solche elektrischen Verbindungen sind durch Metalldrähte 2a, 2b.. realisiert, die mit einem Ende an das entsprechende Verbindungskissen der Oberseite der Platte 1 und mit dem anderen Ende an entsprechende koplanare Metallfinger 3a, 3b.. geschweißt sind. Die Metallfinger erstrecken sich allgemein in einer radialen Richtung und werden nach Beendigung der Montage gegeneinander elektrisch isoliert. Sie verlaufen außerhalb der zum Verkapseln dienenden Kunststoffverpackung und bilden auf diese Weise Steckerstifte der Vorrichtung zum elektrischen Anschließen derselben an eine äußere Schaltung. Die koplanaren Finger sind ursprünglich Teil eines Metallrahmens, üblicherweise aus Kupfer oder versilbertem Kupfer, der durch Stanzen eines dünnen kontinuierlichen Metallbandes hergestellt ist. Dieser Metallrahmen, der insgesamt in Figur 1 mit 3 bezeichnet ist, ist mit einem zentralen Kissen 3c versehen, das vorzugsweise in bezug auf die Ebene der die Finger 3a, 3b.. bildenden radialen Sektoren "abgesenkt" ist. Die Silikonplatte 1 ist auf die Oberseite eines solchen zentralen Kissens des Metallrahmens geklebt, wobei hierfür ein als Klebemittel dienendes Harz verwendet wird, das mit Metalllpulvern versehen ist und nach dem Aushärten im wesentlichen zu einem guten Leiter von Elektrizität und Wärme wird. Der Metallrahmen bildet auf diese Weise ein wesentliches Mittel zur Wärmevernichtung.
Die Silikonplatte 1, die inneren Enden der koplanaren Finger 3a, 3b.. sowie die daran geschweißten Anschlußdrähte 2a, 2b.. aus Metall sind innerhalb eines kastenförmigen Gehäuses angeordnet, das als Ganzes mit 4 bezeichnet ist und aus einem starren Kunststoffmaterial besteht sowie durch zwei entsprechende Hälften 4a und 4b gebildet wird. Wie man in Figur 1 erkennen kann, erstrecken sich die koplanaren Finger des Metallrahmens aus dem Gehäuse 4 heraus und verlaufen dabei durch einen Spalt zwischen den aneinandergepaßten Kanten der beiden Hälften 4a und 4b des Kastens. Die beiden Hälften des Gehäuses können unter Verwendung eines formbaren Harzes, beispielsweise eines mit einem Pulver versehenen Nylon- oder anderen thermoplastischen Harzes, das in der Lage ist, bis zu einer Temperatur von 180-190ºC über mindestens eine relativ kurze Zeitdauer, die üblicherweise zwischen 10 und 15 Sekunden liegt, eine ausreichende Steifigkeit aufrechtzuerhalten, geformt sein.
Der Kasten 4, der eine ausreichende Größe besitzt, um die Platte und die an die Enden der Finger des Metallrahmens geschweißten Anschlußdrähte zu umschließen, muß in der Lage sein, während des Formens der Kunstharzverpackung der Vorrichtung als Schutzgehäuse zu wirken, um zu verhindern, daß das zum Verkapseln dienende Harz mit der Silikonplatte und mit den Anschlußdrähten in Kontakt tritt. Das Harz verkapselt das Gehäuse und einen mittleren Abschnitt der Metallfinger des Rahmens, so daß eine vollständig aus Kunststoff bestehende hohle Verpackung 8 gebildet wird. Somit werden Probleme, die durch das Schrumpfen des zum Verkapseln dienenden Harzes beim Abkühlen nach dem Formen verursacht werden, beispielsweise die Erzeugung von Spannungen in der Silikonplatte und/oder das Brechen der Drahtanschlüsse, in wirksamer Weise verhindert. Andere Probleme chemischer und elektrochemischer Natur infolge der Tatsache, daß die zum Verkapseln dienenden Harze, üblicherweise auf der Basis von Epoxidharzen, starke ionische Ladungen tragen, die Elektrokorrosionsprobleme und Wanderungsphänomene verursachen und/oder negativ beeinflussen können, welche zu einem Ausfall der integrierten Schaltung führen können, werden ebenfalls verhindert.
Darüber hinaus wird der Einsatz eines sogenannten Überzugsharzes, das auf die Oberfläche der Platte und auf die elektrischen Anschlußdrähte aufgebracht wird, um diese während des Formens der Kunststoffverpackung zu schützen, besonders einfach und wirksam in Verbindung mit dem Schutzgehäuse der erfindungsgemäß ausgebildeten Verpackung. Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Leerraum innerhalb des zentralen Hohlraumes des Gehäuses, das die Platte und die Anschlußdrähte enthält, vorteilhafterweise mit einem transparenten nicht starren Kunststoffmaterial gefüllt, beispielsweise eineinbesonders reinen Silikonharz mit einer Härte, die nicht über etwa 70 Shore liegt. Durch die Verwendung eines solchen Überzugsharzes wird die "Versiegelung" der Platte in bezug auf ein mögliches Eindringen des zum Verkapseln dienenden Harzes in den Hohlraum durch Extrusion über zwischen den aneinandergepaßten Kanten der beiden Hälften des Gehäuses vorhandene Spalte verbessert.
Um den durch das Gehäuse erreichten Schutz weiter zu verbessern, ist dieses vorzugsweise mit einer Hilfsumfangskammer 5 versehen, die sich um den zentralen Hohlraum 6 erstreckt, der die Halbleiterplatte und die elektrischen Anschlußdrähte umgibt. Eine solche Umfangskammer 5 wird dadurch erhalten, daß beide Hälften 4a und 4b des Gehäuses mit zwei beabstandeten (doppelten) seitlichen Wänden 7a und 7a', 7b und 7b' versehen werden und auf diese Weise eine erste innere Dichtungsbegrenzung (d.h. die aneinander stoßenden Ränder der inneren seitlichen Wände 7a und 7b) und eine zweite äußere Dichtungsbegrenzung (d.h. die aneinander stoßenden Ränder der äußeren seitlichen Wände 7a' und 7b') um den zentralen Hohlraum 6 des Gehäuses herum gebildet werden. Auf diese Weise wird während des Formvorganges des zum Verkapseln dienenden Kunststoffkörpers 8 das zum Verkapseln dienende Harz, das gelegentlich durch Spalte einer derartigen äußeren Dichtungsbegrenzung dringen könnte, in eine solche Hilfsumfangskammer 5 geführt, ohne daß es in den zentralen Hohlraum 6 des Gehäuses eindringen kann. Das kastenförmige Gehäuse 4 kann mit geeigneten Zentrierstiften versehen sein, um die Positionierung des Metallrahmens zu erleichtern, der die Halbleiterplatte innerhalb des Gehäuses trägt. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist der Rand der Innenwand 7b der unteren Hälfte 4b des Gehäuses mit mindestens zwei Zentrierstiften 9 versehen, die mit im Metallrahmen 3 ausgebildeten Zentrierlöchern zusammenwirken. Diese Zentrierstifte können durch Vorsprünge gebildet sein, die am Rand von einer der Gehäusehälften während des Formens derselben ausgebildet werden.
Bei einer in den Figuren gezeigten Ausführungsform, bei der eine Vorrichtung optisch aktive Komponenten enthält, ist die obere Hälfte 4a des Gehäuses mit einem zentralen Fenster 10 versehen, das durch eine Scheibe aus transparentem starren Material 11, beispielsweise Quarz, geschlossen ist. Die Fensteröffnung in der oberen Hälfte des Gehäuses kann zweckmäßigerweise so ausgebildet sein, daß ein Umfangsflanschabschnitt 12 vorgesehen ist, auf dem die transparente Scheibe 11 ruht. Die Fensteröffnung wird von einem Rahmenabschnitt 13 umgeben, in den die Glasscheibe 11 eingesetzt sein kann. Der Rahmen kann mit Schlitzen 14 versehen sein, die über die Seiten des Umfangs des Rahmens verteilt sind, um das Verteilen des zum Verkapseln dienenden Harzes während des Formens des Harzkörpers 8 zu erleichtern, um auf diese Weise den Umfang der transparenten Fensterscheibe 11 durch Ausbildung eines Dichtungssaumes entlang dem Innenumfang des Rahmens 13 der oberen Hälfte des Gehäuses abzudichten. Natürlich besitzt beim Formen des zum Verkapseln dienenden Korpus 8 die obere Gegenplatte der Form einen geeigneten Vorsprung, der gegen den Deckflächenbereich der transparenten Fensterscheibe 11 stößt, die von dem zum Verkapseln dienenden Harz nicht abgedeckt werden muß.
Die fertige Vorrichtung ist in einer im wesentlichen hohlen, vollständig aus Kunststoff bestehenden Verpackung gemäß der Erfindung verkapselt und kann mit einem transparenten Fenster versehen sein, wie in Figur 4 gezeigt, in der mit Hilfe von gestrichelten Linien die Form des die Platte und die Anschlußdrähte enthaltenden eingebetteten Gehäuses 4 im zum Verkapseln dienenden Harzkorpus 8 dargestellt ist.
Obwohl sich die dargestellte Ausführungsform auf optisch aktive Vorrichtungen bezieht, die ein transparentes Fenster in der Verpackung erfordern, versteht es sich von selbst, daß die erfindungsgemäße, ein Schutzgehäuse aus einem starren Kunststoff enthaltende Verpackung auch für andere Vorrichtungsarten geeignet ist, für die es, obwohl ein optisch transparentes Fenster in der Verpackung nicht erforderlich sein kann, ebenfalls nicht empfehlenswert ist, eine herkömmlich geformte Kunststoffverpackung zu benutzen. In all diesen Fällen kann die vollständig aus Kunststoff bestehende Verpackung der Erfindung anstelle einer teuereren hohlen Keramik- oder Metallverpackung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden. Wie für den Fachmann klar ist, kann die vollständig aus Kunststoff bestehende hohle Verpackung der vorliegenden Erfindung unter Einsatz eines herkömmlichen Verfahrens zur Kunststoffverkapselung von Halbleitervorrichtungen hergestellt werden. Die Verfahren des Klebens der Siliziumplatte an den Metallrahmen und des Schweißens der Anschlußdrähte an die Kissen der Siliziumplatte und an die Finger des Metallrahmens mit Hilfe von Golddraht können durch Standardverfahren realisiert werden. Die Anordnung der beiden Hälften des kastenförmigen Schutzgehäuses um die Platte und die Drähte herum und das wahlweise Aufbringen einer bestimmten Menge eines Überzugharzes auf die Platte und die Drähte ist mit einer herkömmlichen Fließmontage vollständig kompatibel.
Das Formen des zum Verkapseln dienenden Korpus unter Verwendung eines herkömmlichen Epoxidharzes kann auch über eine normale Spritzgießtechnik des sogenannten Spritzpressens durchgeführt werden. Bei dieser Technik wird ein Epoxidharz bei einer Temperatur von etwa 160ºC geformt, und das Material des Schutzgehäuses muß natürlich in der Lage sein, bei einer solchen Formtemperatur des zum Verkapseln dienenden Epoxidharzes eine ausreichende Steifigkeit beizubehalten.

Claims

1. Verpackung (8) für eine Halbleitervorrichtung mit einer Halbleiterplatte (1), die zwei parallele Hauptflächen und eine Vielzahl von Metallkissen aufweist, die auf einer Fläche der Platte vorgesehen sind und elektrische Anschlüsse bilden, wobei die andere Fläche der Platte mit Hilfe eines Wärme- und Elektrizität leitenden Klebers an ein zentrales Kissen eines Metallrahmens (3) geklebt ist, welcher eine Vielzahl von koplanaren Fingern (3a, 3b..) aufweist, die das zentrale Kissen mit einem Abstand hierzu umgeben und sich im wesentlichen in einer radialen Richtung erstrecken sowie gegeneinander elektrisch isoliert sind, und wobei jedes metallische Kissen mit Hilfe eines Metalldrahtes (2a, 2b..), der an seinem einen Ende an das Metallkissen und am anderen Ende an einen entsprechenden Finger des Metallrahmens (3) geschweißt ist, mit mindestens einem der Finger (3a, 3b..) verbunden ist, einem kastenförmigen, im wesentlichen hohlen Gehäuse (4) aus einem Kunststoffmaterial mit beträchtlicher Steifigkeit, das durch zwei angepaßte Hälften (4a, 4b) gebildet ist, die zwei beabstandete koinzidierende Seitenwände (7a, 7a'; 7b, 7b') besitzen, welche einen ersten inneren abgedichteten Umfang und einen zweiten äußeren abgedichteten Umfang sowie eine Umfangskammer (5) bilden, die dazwischen ausgebildet ist und einen zentralen Hohlraum (6) des Gehäuses umgibt, das die Platte (1), die angeschweißten Metalldrähte (2a, 2b..) und mindestens die inneren Enden der radial verlaufenden koplanaren Finger (3a, 3b..) uinschließt, während sich die anderen Enden der Finger (3a, 3b..) durch einen zwischen gegenüberliegenden Umfangsrändern der beiden beabstandeten Seitenwände (7a, 7a'; 7b, 7b') der beiden Hälften des Gehäuses (4a, 4b) gebildeten Spalt aus dem Gehäuse (4) heraus erstrecken, und einem zum Verkapseln dienenden Kunststoffkörper, der um das kastenförmige Gehäuse (4) herum geformt ist und von dem die äußeren Enden der radial verlaufenden Finger (3a, 3b..) des Metallrahmens (3) vorstehen, wobei die Umfangskammer (5) jegliches zum Verkapseln dienendes Harzmaterial aufnimmt, das während des Formens des zum Verkapseln dienenden Kunststoffkörpers (8) durch Spalte im äußeren abgedichteten Umfang dringt.

2. Verpackung nach Anspruch 1, bei der der leere Raum des Hohlraums des hohlen kastenförmigen Gehäuses, das die Platte und die angeschweißten Drahtanschlüsse umschließt, mit einem nicht starren inerten Harz gefüllt wird, bevor der zum Kapseln dienende Kunststoffkörper geformt wird.

3. Verpackung nach Anspruch 1, bei der mindestens eine angepaßte Hälfte des kastenförmigen Gehäuses mit mindestens zwei Zentrierstiften (9) versehen ist, die mit Zentrierlöchern zusammenwirken, die im Metallrahmen vorgesehen sind.

4. Verpackung nach Anspruch 1, bei der eine angepaßte Hälfte des kastenförmigen Gehäuses mit einem Fenster (10) versehen ist, das durch eine Scheibe aus einem transparenten starren Material (11) hermetisch abgeschlossen ist, wobei der zum Verkapseln dienende Kunststoffkörper den Umfang der Scheibe umgeben und abdichten kann.