DE69737248T2

DE69737248T2 - Verfahren zum Einkapseln einer integrierten Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE69737248T2
Application number: DE69737248T
Authority: DE
Inventors: Peter Jacobus Kaldenberg
Original assignee: Elmos Advanced Packaging BV
Current assignee: Elmos Advanced Packaging BV
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: NL1003315C2; EP0813236B1; US5897338A; EP0813236A1; DE69737248D1; ATE352100T1; JPH1070146A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einkapseln eines Halbleiterchips mit einem Kunststoffgehäuse mit den Schritten:

a) Befestigen des Halbleiterchips auf einer Montageoberfläche eines Leiterrahmens so, dass eine Oberseite des Halbleiterchips freiliegt;
b) Befestigen von Bonddrähten zwischen Kontaktflächen des Halbleiterchips und ausgewählten Teilen des Leiterrahmens;
c) Einlegen der im Schritt b) erhaltenen Struktur in eine Form, welche einen sich nach innen erstreckenden Abschnitt mit einer sich parallel zu der Oberseite erstreckenden und in einem geringem Abstand von der Oberseite befindlichen Endfläche und einer Schicht eines verformbaren wärmebeständigen Materials auf der Endfläche aufweist, die so auf die Endoberfläche aufgebracht ist, dass ein Teil der Oberseite durch das verformbare wärmebeständige Material abgedeckt wird, wobei das verformbare wärmebeständige Material aus einem Material besteht, welches nicht oder kaum an dem auszubildenden Kunststoffgehäuse anhaftet; und
d) Erzeugen des Kunststoffgehäuses durch Einspritzen eines Harzes in die Form mit der im Schritt b) erhaltenen Struktur darin nach dem Schritt c) so, dass ein Teil des Leiterrahmens, der Bonddrähte und des Halbleiterchips eingekapselt wird, wodurch der Teil der Oberseite durch die Schicht des verformbaren wärmebeständigen Materials von dem Harz freigehalten wird;

Ein derartiges Verfahren ist aus DE-A442541 bekannt. Die Materialschicht zwischen der Oberseite und der Endfläche besteht aus einem Fotolack, welcher auf dem Chip am Ende des Waferbearbeitungsvorgangs verbleibt, durch welchen der Chip zusammen mit einer Menge anderer Chips hergestellt wurde. Nach dem Trennen der verschiedenen Chips aus dem Wafer kann der Chip unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingekapselt werden.
Ein erster Nachteil besteht darin, dass das vorstehend beschriebene Verfahren nur angewendet werden kann, wenn in dem vorausgehenden Waferherstellungsprozess die während der letzen Prozessschritte verwendete Fotolackschicht selektiv nur teilweise entfernt wird, so dass der ausgewählte Teil der oberen Chipfläche an dem Ende des Waferherstellungsprozesses immer noch bedeckt ist. Das bringt mit sich, dass eine Überprüfung dieses ausgewählten Oberflächenteils nicht möglich ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Lackschicht nach dem Einkapselungsprozess unter Verwendung eines chemischen Prozesses entfernt werden muss, das mindestens einen zusätzlichen Prozessschritt mit sich bringt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung dieser Nachteile.
Diese Aufgabe wird mittels eines wie vorstehend beschrieben Verfahrens gelöst, welches gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass das verformbare wärmebeständige Material aus einem Gel besteht.
Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 stellt einen Querschnitt durch eine Form mit der darin befindlichen Halbleiterschaltung, dem Leiterrahmen und den Verbindungsdrähten zwischen der Schaltung und dem Rahmen dar.
2 stellt einen Querschnitt durch die Form dar, nachdem die Öffnung an der Oberseite durch eine sich nach innen erstreckende Komponente geschlossen ist, Fluidmaterial in der Form einer Schicht oder eines Rings zwischen der Komponente und der Halbleiterschaltung aufgebracht ist und der Kunststoff, welcher die Einkapselung ausbildet, eingespritzt ist.
3 stellt einen Querschnitt durch das Gehäuse nach dem Entfernen des Gehäuses aus der Form dar.
4 stellt einen Querschnitt durch das Gehäuse nach der Positionierung eines Verschlussfensters dar.
Während der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen wird im Allgemeinen eine große Anzahl dieser Schaltungen gleichzeitig auf einem einzigen großen Siliziumblättchen, einem so genannten Wafer, hergestellt. Nach dem Abschluss des tatsächlichen Integrationsprozesses wird der Wafer in die getrennten Halbleiterschaltungen oder Chips unter Anwendung bekannter Techniken, beispielsweise durch Schneiden oder Ätzen getrennt. (In der englischen Literatur werden diese Chips auch als "die" oder "pellet" bezeichnet). Danach wird jeder Chip auf einem Metallleiterrahmen mit Kontaktstiften positioniert, welche wechselseitig über Verbindungsteile so verbunden sind, dass sie insgesamt einen so genannten Leiterrahmen bilden. Der mittige Abschnitt eines so genannten Leiterrahmens weist eine Montagefläche auf, auf welcher der Chip positioniert und mittels Lötung oder eines anderen Verfahrens, welches als solches bekannt ist, befestigt werden kann. Nach der Fixierung des Chips in dieser Art auf dem mittigen Abschnitt des Leiterrahmens werden die Bonddrähte zwischen den verschiedenen Kontaktstiften und den Verbindungsoberflächen oder "pellets" auf dem Chip befestigt. Das Ergebnis am Ende dieser Operation ist schematisch im Querschnitt in 1 dargestellt.
In 1 sind die Kontaktstifte bei 10a und 10c dargestellt, während die zentrale Montagefläche des Leiterrahmens bei 10b dargestellt ist. Auf dieser Montagefläche 10b (in der englischen Sprache als das "die pad" bezeichnet) wird der Chip 12 in einer bekannten Weise fixiert, welche innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung keine Rolle spielt. Ferner werden zwischen den Verbindungsstiften 10a und 10c einerseits und dem Chip 12 andererseits Bonddrähte 14a und 14b befestigt. Alle angewendeten Techniken sind somit als solche bekannt und erfordern keine weitere Erläuterung.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Form zwei Teile auf, das heißt, einen unteren Teil 16 und einen Deckelteil 18. Im Gegensatz zu den üblicherweise vollständig verschlossenen Formen ist eine Öffnung 20 in dem Deckelteil 18 über der Halbleiterschaltung 12 ausgebildet.
Ein weiterer Zwischenritt in dem Verfahren ist in 2 dargestellt. Die Öffnung 20 wird mittels eines sich nach innen erstreckenden Teils 22 verschlossen, dessen Querschnitt mit der Form der Öffnung 20 übereinstimmt. In der dargestellten Ausführungsform besteht dieses Teil aus einer zentralen Säule 22a und einem Ring 22b, der um die Säule herum anliegt. Die Säule 22a erstreckt sich aus Gründen, welche hierin nachstehend erläutert werden, innen weiter als der Ring 22b.
Vor dem Einführen des Teils 22 wird auf dessen Unterseite, insbesondere auf die Unterseite der Säule 22a eine bestimmte Menge eines wärmebeständigen, verformbaren Materials 23, welches aus einem Gel besteht, in der Form eines Rings oder einer zusammenhängenden Schicht aufgebracht, wobei das Material ein Typ ist, welcher nicht oder kaum an dem Kunststoff anhaftet, welcher danach das Gehäuse ausbildet. Die Menge dieses Materials ist so gewählt, dass nach der Positionierung des Teils 22 ein Teil der Halbleiterschaltungsoberfläche von diesem Material bedeckt oder eingeschlossen ist, wie es in 2 dargestellt ist. Natürlich kann als Alternative das verformbare Material auf die Oberfläche der Halbleiterschaltung aufgebracht werden, worauf dann das Teil 22 in Position gebracht wird. Das erste Verfahren wird jedoch wegen der sehr einfachen korrekten Positionierung bevorzugt.
Bevorzugt besteht das verformbare Material aus einem Siliziumgel. Dieses Material haftet nicht oder kaum an den verschiedenen Arten von Epoxid an, welche im Allgemeinen zur Herstellung der tatsächlichen Einkapselung verwendet werden.
Danach wird das Epoxid oder Harz in den freien Raum der Form eingespritzt, um die Einkapselung zu erzeugen. Das Harz ist in der 2 mit 24 bezeichnet.
Nach wenigstens einer teilweisen Härtung der nun eingekapselten Halbleiterschaltung, deren Entfernung aus der Form und der Entfernung des verformbaren Materials 23 wird das Zwischenprodukt erhalten, welches im Querschnitt in 3 dargestellt ist. Die Halbleiterschaltung ist teilweise eingekapselt, und ein Teil der Oberseite der Halbleiterschaltung liegt noch frei. Die Öffnung über diesem Abschnitt hat eine stufenartige Form, wie es deutlich in 3 sichtbar ist. Diese Form, die sich aus der Verwendung einer Säule 22a und eines getrennten Rohres 22b ergibt, ist für die Befestigung eines Fensters 26 in der in 4 dargestellten Weise geeignet. Dieses Fenster kann beispielsweise durch Verwendung eines geeigneten Klebers 28 befestigt werden.
Es ist offensichtlich, dass das dargestellte Verfahren angewendet werden kann, um mehrere Hohlräume über einer Halbleiterschaltung zu erzeugen. In diesem Falle sollte die Form eine entsprechende Anzahl von Öffnungen aufweisen, wovon jede durch ein sich nach innen erstreckendes Element, wie zum Beispiel die Kombination einer Säule 22a und des Rohres 22b, zu schließen ist.
Ferner dürfte es ersichtlich sein, dass anstelle dieser Kombination nur eine einzige Komponente mit angepasster Form angewendet werden kann.
Ferner dürfte es ersichtlich sein, dass die Position des offenen Hohlraums auf der Basis der Lage des aktiven Bereichs auf dem "Chip" variiert werden kann. In diesem Falle könnte die Form eine entsprechende Öffnung 20 aufweisen, deren Position durch ein sich nach innen erstreckendes Element zu schließen ist.

Claims

Verfahren zum Einkapseln eines Halbleiterchips mit einem Kunststoffgehäuse umfassend die Schritte: a) Befestigen des Halbleiterchips (12) auf einer Montageoberfläche (10b) eines Leiterrahmens (10a, 10b, 10c) so, dass eine Oberseite des Halbleiterchips freiliegt; b) Befestigen von Bonddrähten (14a, 14b) zwischen Kontaktflächen des Halbleiterchips und ausgewählten Teilen des Leiterrahmens; c) Einlegen der im Schritt b) erhaltenen Struktur in eine Form (16, 18), welche einen sich nach innen erstreckenden Abschnitt (22a, 22b) mit einer sich parallel zu der Oberseite erstreckenden und in einem geringem Abstand von der Oberseite befindlichen Endfläche aufweist und eine Schicht eines verformbaren wärmebeständigen Materials (23) auf der Endfläche aufgebracht ist, so dass ein Teil der Oberseite durch das verformbare wärmebeständige Material abgedeckt wird, wobei das verformbare wärmebeständige Material aus einem Material besteht, welches nicht oder kaum an dem auszubildenden Kunststoffgehäuse anhaftet; und d) Erzeugen des Kunststoffgehäuses durch Einspritzen eines Harzes in die Form mit der im Schritt b) erhaltenen Struktur dahinein nach dem Schritt c) so, dass ein Teil des Leiterrahmens, der Bonddrähte und des Halbleiterchips eingekapselt wird, wobei der Teil der Oberseite durch die Schicht des verformbaren wärmebeständigen Materials von dem Harz freigehalten wird; dadurch gekennzeichnet, dass das wärmebeständige Material aus einem Gel besteht.
Verfahren zum Einkapseln eines Halbleiterchips mit einem Kunststoffgehäuse nach Anspruch 1, wobei das Gel ein Silizium-Gel ist.