DE68914927T2 - Halbleiteranordnung vom mit Plastik umhüllten Typ und Verfahren zur Herstellung derselben. - Google Patents
Halbleiteranordnung vom mit Plastik umhüllten Typ und Verfahren zur Herstellung derselben.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine harzumhüllte Halbleitereinrichtung umfassend: einen Anschlußkamm mit einer Auflagefläche und Außenanschlüssen; ein Halbleiterelement, das auf der Auflagefläche befestigt ist und Elektroden aufweist; einen feinen Metalldraht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Elektrode und dem Anschlußkamm; eine Harzschicht zur Umhüllung des Halbleiterlements, des feinen Metalldrahtes und eines Teiles des Anschlußkammes und eine Vertiefung, die im Mittelbereich einer Oberfläche der Harzschicht ausgebildet ist. Eine solche Einrichtung ist aus JP-A-60 208 847 bekannt.
- Eine harzumhüllte Halbleitereinrichtung umfaßt ein Halbleiterelement, das auf einer Auflagefläche eines Anschlußkammes befestigt ist, feine Metalldrähte zur elektrischen Verbindung der Elektroden des Halbleiterelements mit den Außenanschlüssen des Anschlußkammes, eine Harzschicht, die das Halbleiterelement, einen Teil des Anschlußkammes und die feinen Metalldrähte fest umhüllt und eine Vertiefung, die in der Harzschicht beim Schritt des Harzumhüllens ausgebildet worden ist. Der Schritt des Harzumhüllens erfolgt durch Einbringen der Baugruppe aus Halbleiterelement, einem Teil des Anschlußkammes und des feinen Metalldrahtes in einen Formhohlraum, Zugabe des Umhüllungsharzes, das in einem Behälter geschmolzen wurde, in den Formhohlraum, Unterwerfen des so engebrachten Harzes unter einen Alterungsprozeß und nach Anschluß dieser Folge von Schritten Ausstoßen des harzumhüllten Halbleiterelements durch einen Auswerferstift, der in der unteren Formhälfte angeordnet ist.
- Da bei diesem Ausstoßschritt das Umhüllungsharz noch nicht verfestigt ist, wird an der Stelle der Umhüllungsharzschicht, wo das Halbleiterelement durch den Auswerferstift ausgestoßen wird, eine Vertiefung gebildet. Der Auswerferstift steht aus der unteren Formhälfte ein wenig vor. Im Stand der Technik gibt es keinen Vorschlag, die Abmessungen des Auswerferstiftes zu beeinflussen. daher schwankt die Tiefe der so beim Harzumhüllungschritt erhaltenen Vertiefung in einem weiten Bereich von 80 bis 150 um.
- Nachdem die Halbleitereinrichtung zeitweilig auf dem Montagesubstrat befestigt ist, werden ihre Außenanschlüsse mit dem Montagesubstrat verlötet. In der herkömmlich aufgebrachten Harzumhüllung treten beim Löten der Baugruppe aus den zuvor genannten Elementen Risse infolge Wärmespannungen auf, so daß ein entscheidender Mangel durch solche Risse auftritt. Diese Mängel führen zu folgenden Fehlern:
- (1) Nachdem die Einrichtung, wie oben ausgeführt, befestigt worden ist, absorbiert die Harzschicht durch die Risse unter praktischen Atmosphärenbedingungen Feuchtigkeit und das Halbleiterelement oder benachbarte Bauteile können infolge der eingedrungenen Feuchtigkeit korrodieren.
- (2) Nachdem die Einrichtung, wie oben ausgeführt befestigt worden ist, treten durch die thermische Belastung infolge des Lötschrittes Risse in der Nähe der Vertiefung auf erweitern sich nach oben und bringen eine "zeitweilige Verfestigung" in den unstabilen Zustand. Im Extremfall wird das Halbleiterelement von der Auflagefläche abgerissen.
- Bei oberflächenmontierten Halbleitereinrichtungen wird die Harzschicht mindestens 1,0 mm dick ausgeführt. Es gibt jedoch wachsenden Bedarf nach kompakten Halbleiterelementen, die in hoher Packungsdichte in der Halbleitereinrichtung aufgebracht werden können. Eine Packung mit harzumhüllten Halbleiterelementen erfordert exakte Abstände der Außenanschlüsse und so nahe am nackten Chip als möglich. Es wurden jedoch keine angemessenen Lösungen der angeführten Probleme ausgeführt.
- Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine harzumhüllte Halbleitereinrichtung zu schaffen, die sogar wenn die Harzumhüllungsschicht dünner ausgeführt wird, die Neigung zur Rißbildung in der Harzumhüllungsschicht infolge Wärmebelastung vermindert.
- Nach einem Merkmal der Erfindung ist die anfangs definierte Halbleitereinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung eine gemessene Tiefe von 60 um oder weniger hat.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer harzumhüllten Halbleitereinrichtung vorgesehen, das folgende Schritte umfaßt: Herstellung eines Anschlußkammes mit einer Auflagefläche und Außenanschlüssen; Befestigung eines Halbleiterelements, das Elektroden aufweist, auf der Auflagefläche; elektrisches Verbinden des Anschlußkammes mit der Elektrode durch einen feinen Metalldraht; festes Umhüllen des Halbleiterelements, des feinen Metalldrahtes und eines Teiles des Anschlußkammes mit einer Harzschicht und Ausbildung einer Vertiefung mit einer gemessenen Tiefe von 60 Mikrometern oder weniger in der Harzschicht durch Einschlagen eines Auswerferstiftes einer Form.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Baugruppe aus einer harzumhüllten Halbleitereinrichtung, die auf einem Substrat angebracht ist sowie ein Verfahren zur Herstellung der Baugruppe vorgesehen, wie sie in den Ansprüchen 3 bzw. 6 definiert sind.
- Fig. 2B ist eine Perspektivdarstellung, die schematisch eine harzumhüllte Halbleitereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt
- und
- Fig. 3 ist eine vergleichende graphische Darstellung der Beziehung zwischen Scherfestigkeit sowie Sättigungsdampfdruck und Oberflächentemperatur der vorliegenden Halbleitereinrichtung und einer herkömmlichen Halbleitereinrichtung.
- Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt enthält eine harzumhüllte Halbleitereinrichtung einen Anschlußkamm 10. Der Anschlußkamm kann vom bekannten STP-, DIP- oder einem Mischtyp sein und wird nach dem Anwendungsgebiet der Einrichtung ausgewählt. Beispielsweise ist der Anschlußkamm für DIP oder den Mischtyp aus einer großen Anzahl von Metallrahmen zusammengesetzt, die je nach der Anzahl der benutzten Metallrahmen in Anschlußkämme großer und kleiner Länge eingeteilt werden. Diese Anschlußkämme werden bei Halbleitereinrichtungen größerer Integrationsdichte mit vielen Pins angewandt. Der Anschlußkamm umfaßt einen Rahmen mit einer Metall- Auflagefläche 11 in seinem Mittelbereich und einer Vielzahl bandförmiger Außenanschlüsse 12. Der Anschlußkamm nach der vorliegenden Erfindung kann beim sogenannten eingedrückten Aufbau mit einer in bezug auf die Anschlüsse verschobenen Auflagefläche angewandt werden. Die oben erwähnte Halbleitereinrichtung enthält ein Halbleiterelement 20, das auf der Auflagefläche befestigt ist und Elektroden 21 aufweist. Die Elektrode des Halbleiterelements wird einen feinen Metalldraht mit dem Außenanschluß des Anschlußkammes verbunden. Diese Art der Verbindung wird beispielsweise durch das Thermokompressionsbondverfahren oder das Ultraschallthermobondverfahren ausgeführt. Das Halbleiterelement 20, ein Teil des Anschlußkammes 10 und der feine Metalldraht 30 sind fest von einer Harzschicht 40 umhüllt, die verhindert, daß das Halbleiterelement von der Außenatmosphäre verschmutzt wird. Der Schritt der Umhüllung mit einer Harzschicht wird mittels einer Spezialvorrichtung durchgeführt, die als "Vielfachbehältersystem" bezeichnet wird und bei der tablettenförmiges Harz verwendet wird. Das in jedem Behälter geschmolzene wird hinter einem Spritzrest in eine Form gegeben, in deren Formhohlraum gleichzeitig das Halbleiterelement, ein Teil des Anschlußkammes und der dünne Metalldraht bereits angeordnet sind. Nun werden diese Bestandteile mit Harz umhüllt, das durch die Formöffnung in den Formhohlraum eingeführt wird. Dann unterliegt das Harz einem Alterungsprozeß. Nach Vollendung dieser Schritte werden diese Teile mit Harzschicht oder -masse aus der Form durch einen Auswerferstift, der sich in der unteren Formhälfte befindet, aus der Form ausgeworfen. Bei diesem Auswurfschritt wird eine Vertiefung 41 im Mittelbereich auf einer Seite der Harzschicht, entgegengesetzt zu derjenigen, auf der das Halbleiterelement angeordnet ist, ausgebildet. Die Vertiefung hat eine gemessene Tiefe d, vorzugsweise eine Tiefe von 60 um oder weniger. Die Vertiefung ist vorzugsweise so bemessen, daß sie kleinere Abmessungen hat als die Oberfläche des Halbleiterelements, das am Ort der Vertiefung angeordnet ist. Dies deshalb, um die Ausbildung von Rissen zu verhindern.
- Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die derart angeordnete Halbleitereinrichtung auf einem Substrat 60 zeitweilig mit einer in die Vertiefung der Harzschicht 40 eingebrachten Klebschicht 50 befestigt. Dann werden die Außenanschlüsse mit dem Substrat verlötet.
- Wie unten weiter ausgeführt wird, hat die Harzschicht eine Vertiefung mit einer gemessenen Tiefe.
- Die Erfinder haben gefunden, daß Wassertröpfchen, die auf einer Seite entgegengesetzt zur Seite der Auflagefläche des Anschlußkammes, wo das Halbleiterelement angeordnet ist, abgelagert sind, während der Wärmeeinwirkung bei der Oberflächenmontage verdampfen und zugleich die Ausbildung von Rissen in der Harzumhüllungsschicht auslösen. Die Erfinder haben auch gefunden, daß das Klebmaterial, durch das die Harzumhüllungsschicht mit dem Montagesubstrat verbunden ist, durch den Dampfdruck bei der Verdampfung der Wassertröpfchen angehoben oder ausgedehnt wird und so die Verbindung geschwächt wird. Ferner haben die Erfinder die Beziehung zwischen Form und Größe der Harzumhüllungsschicht und der Ausbildung von Rissen sowie auf die Verbindungswirkung untersucht und gefunden, daß das Anheben der Klebschicht und die Ausbildung von Rissen in der Harzumhüllungsschicht durch Bemessen insbesondere auf eine Tiefe von 60 um und darunter unterdrückt werden können. Die Erfinder nehmen an, daß diese Tatsache aus der Beziehung zwischen Dampfdruck des Wassers und der Scherfestigkeit der Harzumhüllung erklärt werden kann. In der graphischen Darstellung von Fig. 3 ist die Abzisse die Oberflächentemperatur der Harzumhüllungsschicht und die Ordinate ist die Scherfestigkeit der Harzumhüllungsschicht sowie der Sättigungsdampfdruck bei der Verdampfung der Wassertröpfchen. In Fig. 3 stellt Kurve a den bei der Oberflächentemperatur vorherrschenden Sättigungsdampfdruck dar und Kurve b die Änderung der Scherfestigkeit der Harzschicht bei ihrer Oberflächentemperatur, wen sie eine Vertiefung aufweist, deren Tiefe 60 um und darunter beträgt. Es wurde gefunden, daß die Risse in einem Bereich NG auftreten, wo der Sättigungsdampfdruck der Harzumhüllung groß im Vergleich zur Scherfestigkeit ist und daß in einem Bereich OK, wo der Sättigungsdampfdruck der Harzumhüllung klein im Vergleich mit der Scherfestigkeit ist, keine Risse auftreten. In diesem Zusammenhang muß angemerkt werden, daß die Löttemperatur bei 240 bis 260 ºC lag. Aus der graphischen Darstellung wurde hergeleitet, daß eine Harzschicht mit einer Vertiefung gemessener Tiefe die Ausbildung von Rissen in der Harzschicht im Zusammenhang mit der oben erwähnten Löttemperatur unterdrücken kann, wenn die Scherfestigkeit groß verglichen mit dem Sättigungsdampfdruck ist. Im Gegensatz dazu bezeichnet die Kurve b' in Fig. 3 die Änderung der Scherfestigkeit einer herkömmlichen Harzumhüllungsschicht bei ihrer Oberflächentemperatur, welche eine Vertiefung mit einer Tiefe von 100 um hat. Daraus kann abgeleitet werden, daß eine herkömmlich Harzumhüllungsschicht die Ausbildung von Rissen nicht unterdrücken kann, wenn bei einer Löttemperatur von 260 ºC, die die Harzumhüllungsschicht ertragen muß, der Sättigungsdampfdruck groß verglichen mit der Scherfestigkeit ist.
- Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, bei der Montage eines harzumhüllten Halbleiterelements einen Montageausfall zu verhindern, der durch eine Wärmequelle, wie die Lötspitze, verursacht wird und auch einem Verlust an Funktionssicherheit des Halbleitersubstrates vorzubeugen, der durch geschädigte Feuchtigkeitsbeständigkeit verursacht wird. Es ist daher möglich ultradünne Oberflächenmontage-Halbleitereinrichtungen zu erhalten. Somit kann nach der vorliegenden Erfindung eine kleine, sehr dünne Halbleitereinrichtung mit sehr hoher Integrationsdichte und hoher Wertschöpfung erhalten werden.
- Es wird ein DIP- oder DIP/SIP-Misch-Anschlußkamm 10 hergestellt. Dann wird ein Halbleiterelement 20, wie ein Bi-C/MOS oder ein D-RAM, das eine höhere Integrationsdichte hat auf der entsprechenden Auflagefläche 11 des Anschlußkammes 10 der oben näher ausgeführten Art befestigt. Diese Befestigung erfolgt nach dem normalen Verfahren unter Anwendung eines elektrisch leitenden Bindemittels und der eutektischen Gold/Silizium-Legierung. Dann wird ein feiner Metalldraht 30, der an einem Ende an jeden Anschluß des Anschlußkammes 10 und mit dem anderen andere and die Elektrode 21, die auf dem Halbleiterelement 20 ausgebildet ist, angeschlossen werden soll, mit dem Thermokompressionsbondverfahren befestigt.
- Dann wird in eine Vorrichtung, die den Harzumhüllungsschritt ausführt, eine Form eingesetzt. Eine Baugruppe aus Anschlußkamm, Halbleiterelement und feiner Metalleitung wird in den Formhohlraum eingelegt und Harz in die Form gefüllt, um die Harzumhüllungsschicht zu bilden. Dieses Formverfahren ist das bekannte Transfer- Formverfahren, das beispielsweise ein Vielbehältersystem und tablettenförmiges Harz anwendet. Die Abmessungen der Harzschicht, obwohl vom Maschinentyp abhängig, ist so konstruiert, daß sie etwa 20 mm lang, etwa 14 mm breit und etwa 1,4 mm dick ist. Das Material der Harzschicht ist Epoxidharz.
- Das harzumhüllte Halbleiterelement wird durch einen Auswerferstift, der in der unteren Formhälfte angeordnet ist, aus der Form ausgestoßen. Indem man so vorgeht, wird eine Vertiefung 41 in der noch nicht vollständig ausgehärteten Harzschicht ausgebildet. Die Vertiefung hat eine gemessene Tiefe von vorzugsweise 60 um oder weniger. Die gemessene Tiefe erzielt man durch Einstellen der Abmessungen des Auswerferstiftes entsprechend dem Typ der Halbleitereinrichtung, d.h. der Tiefe der Harzumhüllungsschicht. Die Vertiefung hat eine Fläche kleiner als diejenige des Halbleiterelements und der Durchmesser der Vertiefung, obwohl von der Größe des Halbleiterelements abhängig, ist beispielsweise etwa 2 bis 3 mm. Nach dem Harzumhüllungsschritt wird das Halbleiterelement auf einer Einrichtung befestigt, die Oberflächenmontage erfordert. Das heißt, nach einem Außenanschlußverbindungsschritt usw. wird das Halbleiterelement auf dem Montagesubstrat 60 zeitweilig durch eine Klebschicht (50) befestigt, die in der Nähe der Vertiefung aufgebracht ist. Dann werden die gebogenen Enden der Außenanschlüsse mit dem Montagesubstrat verlötet. Der Lötschritt wird durchgeführt, indem das gebogene Ende des Außenanschlusses, das von der Harzumhüllungsschicht ausgenommen wurde, in Kontakt mit dem Montagesubstrat, wie einer gedruckten Schaltung, gebracht wird, wo ein Lot angebracht ist und das Ganze ein Wärmequelle, wie einen Reflow-Lötofen durchläuft, wobei der Außenanschluß am Montagesubstrat befestigt wird. Es ist festgestellt worden, daß bei einer derart hergestellten harzumhüllten Halbleitereinrichtung in der Harzschicht keine Risse auftreten.
- Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen dem besseren Verständnis und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Claims (6)
1. Harzumhüllte Halbleitereinrichtung umfassend:
einen Anschlußkamm (10) mit einer Auflagefläche (11)
und Außenanschlüssen (12);
ein Halbleiterelement (20), das auf der
Auflagefläche befestigt ist und Elektroden (21)
aufweist;
einen feinen Metalldraht (30) zur Herstellung einer
elektrischen Verbindung zwischen der Elektrode und
dem Anschlußkamm;
eine Harzschicht (40) zur Umhüllung des
Halbleiterelements, des feinen Metalldrahtes und
eines Teiles des Anschlußkammes
und
eine Vertiefung (41), die im Mittelbereich einer
Oberfläche der Harzschicht ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung eine
kontrollierte Tiefe von 60 Mikrometer oder weniger hat.
2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vertiefung auf einer Seite
ausgebildet ist, die derjenigen entgegengesetzt ist,
auf der das Halbleiterelement angeordnet ist, wobei
die Vertiefung dem Halbleiterelement gegenüber liegt
und kleinere Abmessungen als dasselbe hat.
3. Harzumhüllte Halbleitereinrichtungsbaugruppe, die
eine harzumhüllte Halbleitereinrichtung enthält,
nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Außenanschlüsse
(12) fest auf einem Substrat (60) angebracht sind
und
eine am Substrat (60) befestigte Klebschicht (50)
auf der Harzschicht (40) in der Nähe der Vertiefung
aufgebracht ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer harzumhüllten
Halbleitereinrichtung mit den Schirtten:
Herstellung eines Anschlußkammes (10) mit einer
Auflagefläche (11) und Außenanschlüssen (12);
Befestigung eines Halbleiterelements (20), das
Elektroden (21) aufweist, auf der Auflagefläche;
elektrisches Verbinden des Anschlußkammes mit der
Elektrode durch einen feinen Metalldraht;
festes Umhüllen des Halbleiterelements, des feinen
Metalldrahtes und eine Teiles des Anschlußkammes
mit einer Harzschicht (40)
und
Ausbildung einer Vertiefung (41) mit einer
kontrollierten Tiefe von 60 Mikrometer oder weniger in
der Harzschicht (40) durch Einschlage eines
Auswerferstiftes einer Form.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vertiefung auf einer Seite
ausgebildet wird, die derjenigen entgegengesetzt
ist, wo das Halbleiterelement angeordnet ist, wobei
die Vertiefung dem Halbleiterelement gegenüberliegt
und kleinere Abmessungen hat als dasselbe.
6. Verfahren zur Herstellung einer
Halbleitereinrichtungsbaugruppe mit den Schritten
nach Anspruch 4 und 5 und den weiteren Schritten:
zeitweilige Befestigung der Harzschicht auf einem
Montagesubstrat durch Aufbringen eines Klebmaterial
auf der Harzschicht (40) in der Nähe der Vertiefung
und
festes Verlöten des Außenanschlusses (12) mit dem
Substrat.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) |