DE69508815T2 - Verfahren zum Umhüllen eines elektronischen Bauteils mit härtbarem Kunststoff - Google Patents
Verfahren zum Umhüllen eines elektronischen Bauteils mit härtbarem KunststoffInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umhüllen eines elektronischen Bauteils, insbesondere eines integrierten Schaltkreises mit einem härtbaren Kunststoff, bei dem das Bauteil in der Kavität einer teilbaren Form mit einem Film positioniert wird, der von den Wänden der Kavität lösbar und zwischen dem Bauteil und der Form angeordnet ist, und wobei der Kunststoff in den Raum zwischen dem Bauteil und dem Film eingespritzt wird. Ein solches Verfahren ist aus dem französischen Patent 2103917 (MOTOROLA) bekannt, das auf der US- Patentanmeldung 60.339 basiert, eingereicht am 3. August 1970.
- Dieses bekannte Verfahren hat viele Vorteile, wie das Nichtvorhandensein eines Trennmittels im für die Umhüllung verwendeten Kunststoff, die Tatsache, daß die Form keinem Verschleiß durch die scheuernden Füllstoffe im Kunststoff unterworfen ist, und ein gutes und vollständiges Lösen der umhüllten Bauteile von der Form.
- Die Erfindung, wie sie in Anspruch 1 dargestellt ist, zielt darauf, dieses bekannte Verfahren zu verbessern, und basiert auf der Einsicht, daß besonders interessante und vorteilhafte Anwendungen auftreten, wenn ein Film an der dem Bauteil zugewandten Seite ein Material trägt, das aus einer Metallbeschichtung oder Keramik oder Glas besteht, das am noch warmen eingespritzten Kunststoff, der das Bauteil umhüllt, besser haftet als am Film und somit an der Kunststoffumhüllung haften bleibt, wenn die letztere nach dem Abkühlen aus der Form entnommen wird.
- Bei diesem Verfahren kann das Material mit der Möglichkeit, die Außenfläche eines solchen Bauteils mit jeder Art von Mustern zu versehen, entweder als vollständiger Überzug oder als teilweiser Überzug auf die Umhüllung eines elektronischen Bauteils aufgebracht werden.
- Wenn das Material Glas ist, dann kann dieses Glas in einem Muster nichtleitender Bahnen auf den Film aufgebracht werden, die mit lichtempfindlichen oder strahlungsempfindlichen elektronischen Bauteilen kombiniert oder so ausgebildet sein können, daß sie mit diesen wechselwirken. Diese lichtleitenden Bahnen können auch mit lichtdurchlässigen oder strahlungsdurchlässigen elektronischen Bauteilen kombiniert oder so ausgebildet sein, daß sie mit diesen wechselwirken.
- Eine vorteilhafte Weise, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, besteht darin, das Umhüllen in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Schritten wie folgt auszuführen:
- - einem ersten Schritt, in dem die Wände der Formkavität ihre Endposition noch nicht vollständig erreicht haben und der Kunststoff zwischen das Bauteil und den Film bei einem Druck eingespritzt wird, bei dem der Film in dichtender Weise an die Wände der Formkavität zu liegen kommt, und
- - einem unmittelbar folgenden zweiten Schritt, in dem die Wände der Formkavität in die Endposition bewegt werden.
- Vorzugsweise wird der Einspritzdruck während der Durchführung des zweiten Schritts aufrechterhalten.
- Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in welcher:
- Fig. 1 einen Schnitt einer Form zeigt, um das erfindungsgemäße Verfahren zu erläutern,
- Fig. 2 eine Draufsicht eines Teils der Form gemäß Fig. 1 zeigt und
- Fig. 3A bis 3B Schnitte der Form in verschiedenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
- Fig. 1 zeigt einen Schnitt einer bekannten Form, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet ein Halbleiterbauteil, insbesondere einen integrierten Schaltkreis, das an einem Leitungsrahmenstreifen 2 angebracht ist. Die elektrischen Verbindungen des Halbleiterbauteils 1 sind mittels Drähten 3 mit dem Leitungsrahmenstreifen 2 verbunden. Der Leitungsrahmenstreifen ist zwischen zwei Teile der Form 4 geklemmt. Die Form 4 besteht aus zwei Schuhen 5, die poröse Formteile 6 beinhalten, die Kavitäten 7 in der Form definieren. Die Schuhe 5 weisen Kanäle 8 auf, mittels derer Luft aus den Formteilen 6 abgezogen oder in die Formteile eingelassen werden kann. Bevor nun ein härtbarer Kunststoff 20 in die Kavität 7 gepreßt wird, werden die Innenwände der Formenteile mit einem dehnbaren Film 10 bedeckt, der am Kunststoff nicht haftet und der auch nicht an der Form haftet. Der Film wird durch Abziehen der Luft aus dem Raum zwischen dem Formteil 6 und dem Film 10 eng an das Formteil angelegt.
- Anschließend wird die mit dem Film versehene Kavität 7 durch Einspritzen eines flüssigen, härtbaren Kunststoffes 20 gefüllt, z. B. durch Herauspressen des Kunststoffes aus einer flexiblen Umhüllung 21 zwischen zwei Druckplatten 22. Zu diesem Zweck hat die Kavität eine Öffnung, z. B. einen Spalt in der Teilfläche der Form 4.
- Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei der obere Teil 5, 6 der Form und die Druckplatte 22 entfernt sind. Teile mit gleichen Bezugsziffern wie jenen in Fig. 1 sind von der gleichen Art und haben die gleiche Funktion.
- Die horizontale Begrenzung der Kavität 7 in der Form ist durch die gestrichelte Linie 30 angegeben:
- Im allgemeinen sind am Leitungsrahmenstreifen 2 durch Wiederholen der dargestellten Strukturen nach oben und/oder nach unten in der Figur verschiedene Halbleiterbauteile 1 angeordnet.
- Fig. 3 stellt aufeinanderfolgend in Fig. 3A, 3B, 3C, 3D und 3E die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführenden Verfahrensschritte dar. Teile mit gleichen Bezugsziffern wie jenen in Fig. 1 oder Fig. 2 sind von der gleichen Art und haben die gleiche Funktion.
- Fig. 3A zeigt eine offene Form 4, die aus zwei Teilen besteht, zwischen denen zwei flache Filmstreifen 10, einer für jeden Formenteil, gedehnt sind. Jeder Filmstreifen kommt von einer Vorratsrolle 40, von wo der Film, nachdem er einmal benutzt wurde, auf eine zweite Rolle 41 gerollt wird, wie in Fig. 3B, 3C, 3D und 3E gezeigt. Zum Abrollen und Aufrollen des Films können die Rollen 40 und 41 zum Beispiel in einer nicht ausführlicher gezeigten Weise derart gebremst und angetrieben werden, daß der Film in der Form straff gehalten wird.
- Fig. 3B zeigt den nächsten Schritt. Die Formteile mit den unbenutzten Filmstreifen dazwischen werden zusammengeklammert, wonach die Luft durch die Kanäle 8 zwischen den porösen Formteilen 6 und dem Film 10 abgezogen wird. Dies ist durch die Pfeile, die an den Kanälen 8 von der Form weg zeigen, symbolisch dargestellt. Der Film, der dehnbar ist, wird verformt, so daß er sich eng an die Kavitäten 7 anlegt und somit eine Schicht auf der Innenwand der Formenteile bildet.
- Fig. 3C zeigt das anschließende Öffnen der Form, während der Film an die Formteile 6 angesogen verbleibt. Nach dem Öffnen wird ein Leitungsrahmenstreifen 2 mit bei diesem Beispiel vier daran angebrachten Halbleiterbauteilen 1 zwischen den Formenteilen positioniert und dadurch nach dem Zusammenbringen der Formenteile festgeklemmt.
- Fig. 3D stellt den nächsten Schritt gemäß dem neuen Verfahren dar, in welchem ein härtbarer Kunststoff 20 in die mit Halbleiterbauteilen, Leitungsrahmenstreifen und Film versehenen Kavitäten gepreßt wird.
- Fig. 3E zeigt ein Beispiel des Lösens der Halbleiterbauteile auf dem mit gehärtetem Kunststoff umhüllten Leitungsrahmenstreifen von der geschlossenen Form. Zu diesem Zweck kann durch die Kanäle 8 des oberen Formenteils den porösen Formteilen 6 des oberen Formenteils Luft zugeführt werden (durch die an den Kanälen 8 zur Form hin zeigenden Pfeile symbolisch dargestellt), wonach die Form geöffnet wird. Der obere Film löst sich nun von den oberen Formteilen, vom oberen Formenteil und von den umhüllten Halbleiterbauteilen, da der Film an den betreffenden Materialien nicht haftet. Die Bauteile werden in entsprechender Weise vom unteren Formenteil gelöst, wonach die Bauteile aus der Form entnommen werden. Die in der Form benutzten Teile des Films 10 werden dann auf die Rollen 41 gewickelt, wonach die in Fig. 3A dargestellte Situation wieder vorliegt.
- Auf diese Weise ist es möglich, dieses Verfahren so oft wie gewünscht zu wiederholen, bestimmt durch den Vorrat an Roh- und anderen Materialien.
- Das erfindungsgemäße Verfahren bietet besonders interessante Anwendungen, indem eine Film verwendet wird, der auf der zum Bauteil zeigenden Seite ein Material trägt, das am das Bauteil umhüllenden, noch warmen Kunststoff besser haftet als am Film und somit nach seiner Entnahme aus der Form nach dem Abkühlen an der Kunststoffumhüllung haften bleibt.
- Nachfolgend wird eine Anzahl von Beispielen gegeben.
- Wenn das Material aus einer Metallbeschichtung besteht, wird um das Bauteil herum ein Faraday-Käfig gebildet, mittels dem das Bauteil gegen auftreffende elektromagnetische Strahlung geschützt ist und auch die Abgabe von elektromagnetischer Strahlung unterdrückt wird. Darüber hinaus wird ein gewisser Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit erhalten und wird auch Strahlung im sichtbaren Lichtspektrum und im ultravioletten Spektrum blockiert.
- Ein besonderer Vorteil ist, daß die Metallschicht die Möglichkeit zum Löten des Bauteils in einfacher Weise an ein Metallelement, z. B. ein Kühlelement, bietet.
- Natürlich ist es auch möglich, die Metallbeschichtung in Form von Bahnen auszuführen, mit dem Ergebnis, daß nachdem der umhüllende Kunststoff auf dem Bauteil selbst aushärtet, ein Muster aus elektrisch leitenden Bahnen zurückgelassen wird und mit getrennten elektronischen Bauteilen kombiniert werden kann. Es ist klar, daß hier durch die auf dem Bauteil gebildete "gedruckte Schaltung" eine Vielfalt von interessanten und unerwarteten möglichen Anwendungen gewönnen wird.
- Ein teilweises Wegdrücken der Trägerfilmmasse am Übergang von der Klemmfläche um die Formkavität und der Formkavität selbst stellt sicher, daß die Beschichtung durch Dehnen des elastischen Trägerfilms derart gedehnt wird, daß die nicht elastische Metallschicht dieser Dehnung nicht mehr folgen kann und unterbrochen wird, so daß die aus dem elektronischen Bauteil herauskommenden Kontakte daran gehindert werden, sich miteinander kurzuschließen.
- Eine zweite Möglichkeit ist die Verwendung eines Keramikmaterials. Dieses ergibt eine absolute Abschirmung des umhüllten Bauteils und einen beträchtlich erhöhten Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, da viel weniger feuchtigkeitsabsorbierende Moleküle auf der Außenfläche des so erhaltenen Produkts vorhanden sind, als im Falle einer nicht mit Keramikmaterial abgeschirmten Kunststoffoberfläche. Diese vollständige Abdichtung gegen Eindringen von Feuchtigkeit bedeutet, daß es nun keine "Spreng"-Gefahr durch Dampfbildung gibt, die auftreten könnte, wo es eine große lokale Erwärmung gibt, z. B. während des Lötens oder wenn eine große Menge elektrischer Energie im umhüllten Bauteil mit der begleitenden Wärmeentwicklung dissipiert wird. Hier kann wiederum ein weitreichender Schutz gegen Strahlung aus dem sichtbaren und ultravioletten Spektrum erhalten werden.
- Die Verwendung von Glas als das Material, das vom Film auf die Umhüllung übertragen wird, ist besonders interessant. Mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen wird es zum ersten Mal ökonomisch möglich, sehr dünne Glasschichten in Form von lichtleitenden Bahnen zu verwenden, um vollständige optische Schaltkreise auf der Außenfläche eines umhüllten Bauteils auszubilden. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur optische Schaltkreise zu erhalten, sondern auch optoelektronische Kombinationen auszubilden, indem die Glasbahnen mit lichtempfindlichen oder strahlungsempfindlichen elektronischen Bauteilen oder lichtdurchlässigen oder strahlungsdurchlässigen elektronischen Bauteilen kombiniert oder so ausgebildet werden, daß sie mit diesen wechselwirken. Dies bedeutet, daß es nicht mehr nötig ist, optoelektronische Koppler als diskrete Bauteile zu verwenden. Unterbrechungen können bereitgestellt werden, indem zum Beispiel durch selektives Aufbringen einer zweiten Beschichtung als Trennmittel im Voraus die Übertragung an bestimmten Punkten verhindert wird.
- Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die in Fig. 1 und 3 gezeigten porösen Formteile 6 zum Erreichen des erfindungsgemäßen Zieles nicht absolut erforderlich sind.
- Eine einzige Luftablaß- oder Luftzufuhröffnung oder eine begrenzte Anzahl solcher Öffnungen in der Kavität 7, verbunden mit einem Luftkanal 8, kann den porösen Formenteil ersetzen, wobei dies von den Dehnungseigenschaften des Films abhängt.
- Ein Film, der die oben genannte Eigenschaften aufweist, ist zum Beispiel ein Polymerfilm.
- Besondere Vorteile werden erhalten, wenn das Umhüllen in zwei aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt wird. Im ersten Schritt befinden sich die Wände der Formkavität noch nicht vollständig in ihrer Endposition, und der Kunststoff wird zwischen das Bauteil und den Film bei einem Druck eingespritzt, bei dem der Film dichtend an den Wänden der Formkavität zu liegen kommt. Danach werden die Wände der Formkavität in die Endposition gebracht, was eine starke Erhöhung des Drucks in der Formkavität bewirkt, was zu einer guten Abdichtung der Formmasse an kritischen Punkten führt, an denen oft Lufteinschlüsse festgestellt werden, wenn die Umhüllung in einem Schritt ausgeführt wird. In diesem Fall kann man eine Form verwenden, die im ersten Schritt nicht vollständig geschlossen wird, wobei in diesem Fall daher für die Dichtung auf die dichtende Wirkung des Films vertraut wird, es ist jedoch bevorzugt, eine Form zu verwenden, bei der die Wände der Formkavität selbst mehr oder weniger unabhängig von der Form beweglich sind. Im ersten Schritt wird dann die Form vollständig geschlossen, aber die Wände der Formkavität haben noch nicht ihre definitive Endposition erreicht; die letztere wird bis zum zweiten Schritt nicht erreicht, während dem die Formmasse verdichtet wird.
- Mit diesen Maßnahmen wird die Dichtigkeit der Umhüllung an den schwierigsten und kritischsten Punkten beträchtlich verbessert. Es hat hier Vorteile, wenn im Einspritzkanal ein Absperrelement bereitgestellt ist.
Claims (7)
1. Verfahren zum Umhüllen eines elektronischen Bauteils
(1), insbesondere eines integrierten Schaltkreises, mit einem
härtbaren Kunststoff (20), wobei das Bauteil in einer Kavität
(7) einer teilbaren Form (4) mit einem Film (10) positioniert
wird, der von der Wand der Kavität (7) lösbar und zwischen
dem Bauteil (1) und der Form angeordnet ist, und wobei der
Kunststoff (20) in den Raum zwischen dem Bauteil (1) und dem
Film (10) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der
Film (10) auf der dem Bauteil (1) gegenüberliegenden Seite
ein Material bestehend aus einer Metallschicht oder einer
Keramik oder Glas aufweist, das besser am noch warmen
eingespritzten Kunststoff (20), der das Bauteil (1) umhüllt,
haftet, als an dem Film (10), und so an der Kunststoffhülle
(20) verbleibt, wenn diese aus der Form (4) nach dem Abkühlen
entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
das Material Glas ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß
das Glas auf den Film in einem Muster lichtleitender Bahnen
aufgebracht ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß
diese lichtleitenden Bahnen mit licht- oder
strahlungsempfindlichen elektronischen Komponenten kombiniert
oder so ausgebildet sind, daß sie mit diesen wechselwirken.
5. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß
die lichtleitenden Bahnen mit licht- oder
strahlungsdurchlässigen elektronischen Bauteilen kombiniert
oder so ausgebildet sind, daß sie mit diesen wechselwirken.
6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
die Umhüllung folgendermaßen in wenigstens zwei
aufeinanderfolgenden Schritten ausgeführt wird:
- ein erster Schritt, in dem die Wände der Formkavität (7)
noch nicht vollständig ihre Endposition erreicht haben und
der Kunststoff (20) zwischen das Bauteil und den Film (10)
bei einem Druck eingespritzt wird, bei dem der Film (10) in
dichtender Weise an die Wände der Formkavität (7) zu liegen
kommt, und
- ein unmittelbar folgender zweiter Schritt, in dem die Wände
der Formkavität in ihre Endposition gebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß
der Einspritzdruck während der Durchführung des zweiten
Schritts aufrecht erhalten wird.
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