NL1026670C2

NL1026670C2 - Werkwijze en inrichting voor het met een conditioneringsgas omhullen van elektronische componenten.

Info

Publication number: NL1026670C2
Application number: NL1026670A
Authority: NL
Inventors: Franciscus Bernardus Ant Vries; Henrikus Johannes Berna Peters; Willem Otto De Jong
Original assignee: Fico Bv
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-01-17
Also published as: MY147681A; TWI390741B; WO2006009429A1; JP4874967B2; US20090026649A1; JP2008506553A; US8268217B2; KR20070041554A; KR101257518B1; CN101018658A; TW200610164A; CN101018658B

Description

Λ

Werkwijze en inrichting voor het met een conditioneringsgas omhullen van elektronische componenten

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het in een mal omhullen van 5 elektronische componenten door de bewerkingsstappen: A) het in een vormholte plaatsen van de te omhullen elektronische component, en B) het aan de vormholte toevoeren van een omhulmateriaal. De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het met omhulmateriaal omhullen van een elektronische component, in het bijzonder een halfgeleider, omvattende: twee samenwerkende maldelen die 10 onderling verplaatsbaar zijn tussen een omhulstand waarin de maldelen een positie innemen voor het bepalen van een ten minste één de elektronische component opnemende vormholte, en een geopende stand waarin de maldelen zich op een grotere afstand van elkaar bevinden dan in de omhulstand, en op de vormholte aansluitende toevoermiddelen voor omhulmateriaal.

15

Het omhullen van elektronische componenten, zoals in het bijzonder halfgeleider schakelingen, vindt op grote schaal toepassing. Daarbij zijn de elektronische componenten meestal op een drager (“ leadframe”, “ board”) bevestigd en wordt zo een drager tussen maldelen zodanig ingeklemd dat er rond een op de drager bevestigde 20 elektronische componenten een vormholte wordt bepaald. Een belangrijk punt van aandacht is dat er de hechting van het omhulmateriaal tijdens het uitharden van het omhulmateriaal aan de mal beperkt dient te blijven om zo beschadiging van de omhulde producten te voorkomen en verontreiniging van de mal tegen te gaan. Er bestaan diverse oplossingen om de mate van hechting tussen omhulmateriaal en mal te beperken. Zo 25 kan er gebruik worden gemaakt van een het omhulmateriaal en de mal scheidende laag foliemateriaal. Deze oplossing is kostbaar en niet voor alle maluitvoeringen mogelijk. Een ander tot op heden op grote schaal toegepaste oplossing is het al dan niet lokaal van een specifieke deklaag voorzien van een maldeel (bijvoorbeeld een deklaag met een verhoogde concentratie Cr en/of TiN) al dan niet in combinatie met het opbrengen van 30 een tijdelijke deklaag (zoals een waslaag). In de praktijk worden maldelen bij eerste gebruik of na enige tijd van stilstand eerst geconditioneerd door het uitvoeren van enige loze omhulbewerkingen zodanig dat conditioneringsmateriaal afkomstig uit het omhulmateriaal tijdens die loze omhulbewerkingen een (tijdelijke) deklaag achterlaat op een maldeel. Bij ongewenste toename, tijdens het uitvoeren van opvolgende 1026670 ' 2 omhulbewerkingen, van de hechting tussen het omhulmateriaal en een maldeel wordt er gebruikelijk voor gekozen het of de maldelen gedurende enige tijd buiten productie te stellen en de maldelen langduriger te reinigen met een specifiek reinigingsmateriaal (zoals bijvoorbeeld Melamine). De bestaande oplossingen voor het beperken van de 5 hechting tussen omhulmateriaal en maldeel, bij werkwijzen en in inrichtingen zoals beschreven in aanhef, zijn dat de hechting nog steeds ongewenst hoge waarden kan aannemen, dat het proces van het toenemen van de hechting gedurende gebruik niet volledig voorspelbaar en verklaarbaar is, dat maldelen gedurende een deel van de tijd onbruikbaar zijn, en dat er productieverliezen worden geleden.

10

Doel van de onderhavige uitvinding is daarom het verschaffen van een verbeterde werkwijze en inrichting voor het in een mal omhullen van elektronische componenten waarmee de aanhechting tussen mal en omhulmateriaal op beheersbare wijze beperkt kan worden.

15

De uitvinding verschaft daartoe een werkwijze van het in aanhef genoemde type, waarbij ten minste een deel van het de vormholte bepalende maloppervlak op een moment dat dit niet in aanraking is met het omhulmateriaal in contact wordt gebracht met een conditioneringsgas met een ten opzichte van de atmosfeer verlaagde 20 zuurstofconcentratie. Het onverwacht voordelige resultaat van het toepassen van een conditioneringsgas is dat doorgaans de aanhechting tussen omhulmateriaal en maldeel direct significant vermindert en dat dit effect (ook al vindt er slechts een eenmalige behandeling plaatst met behulp van conditioneringsgas) zich gedurende enkele of zelfs een zeer groot aantal opvolgende bewerkingen nog steeds zal laten gelden. Onder een 25 conditioneringsgas met een ten opzichte van de atmosfeer verlaagde zuurstofconcentratie (of zuurstofarm conditioneringsgas) wordt verstaan een gas met minder dan 20,9 volumeprocent, bij voorkeur minder dan 15 volumeprocent, of nog meer bij voorkeur minder dan 10 volumeprocent, zuurstof. Andere voorbeelden van bruikbare gassen zijn inerte gassen zoals min of meer zuiver stikstofgas. Het toevoeren 30 van een gas is een zeer eenvoudige handeling die met eenvoudige middelen kan worden gerealiseerd en die tevens eenvoudig is te mechaniseren respectievelijk is te automatiseren. Anderzijds leidt ook het gebruik van een reducerend gas (waarmee zuurstof wordt gebonden) tot zeer voordelige resultaten. Tijdens testen met zowel stikstof als reducerende gassen (al dan niet in combinatie) in de toepassing van het 1026670 3 conditioneringsgas zijn zeer gunstige resultaten bereikt in de reductie van de mate van aanhechting van het omhulmateriaal op het maloppervlak (ook wel uitgedrukt in loskracht of “release force” per oppervlakte eenheid). De afname van de mate van aanhechting beliep tijdens een test met een TiN coating van de mal en stiksof als 5 conditioneringsgas meer dan 95%.

Het de vormholte bepalende maloppervlak kan tussen iedere opvolgend omhulbewerking in contact worden gebracht met conditioneringsgas, bijvoorbeeld door na het ten minste gedeeltelijk uitharden van het omhulmateriaal in de vormholte het 10 conditioneringsgas tussen het omhulmateriaal en het de vormholte bepalende maloppervlak wordt gebracht. Een bijkomend voordeel van het tussen het omhulmateriaal en de vormholte brengen (persen) van het conditioneringsgas is dat het conditioneringsgas gelijktijdig kan worden aangewend voor het uitoefenen van krachten waardoor het omhulmateriaal (makkelijker of volledig) los van een maldeel. Een andere 15 mogelijkheid is het maloppervlak tijdens een mechanische reinigingsbewerking tussen opvolgende omhulbewerkingen of op enig ander moment tussen opvolgende omhulbewerkingen in aanraking te brengen met conditioneringsgas.

Een andere voordelige variant van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding 20 wordt de omhulbewerking uitgevoerd in een met conditioneringsgas gevulde omgeving. Zo wordt het met het verbruiken van slechts een beperkt volume conditioneringsgas een maldeel (of de maldelen) min of meer constant in een geconditioneerde omgeving te laten verblijven hetgeèn, afhankelijk van de omstandigheden, tot een maximalisatie van het gewenste effect van verminderde aanhechting zal leiden.

25

Anderzijds is het ook mogelijk dat er opvolgend meerdere elektronische componenten worden omhuld tussen de opvolgende malen dat het de vormholte bepalende maloppervlak in contact wordt gebracht met conditioneringsgas. Op deze wijze kan het toevoeren van conditioneringsgas worden beperkt, hetgeen vanuit economische 30 argumenten voordelig kan zijn. Voorwaarde daarbij is uiteraard wel dat de toename van de mate van hechting van omhulmateriaal een maldeel'tot een acceptabele maximale waarde blijft beperkt. Zodra deze maximale waarde wordt bereikt zal het maloppervlak weer in contact gebracht dienen te worden met het conditioneringsgas.

1026670 4

Voor een vergroting van de doelmatigheid van het contact tussen het conditioneringsgas en het maldeel is het voordelig indien er een stroom conditioneringsgas langs ten minste een deel van het de vormholte bepalende maloppervlak wordt gevoerd.

5 De onderhavige uitvinding verschaft tevens een inrichting voor het met omhulmateriaal omhullen van een elektronische component van het in aanhef genoemde type, met het kenmerk dat de inrichting tevens is voorzien van toevoermiddelen voor een conditioneringsgas met een ten opzichte van de atmosfeer verlaagde zuurstofconcentratie. Een dergelijke inrichting wordt in het bijzonder toegepast voor het 10 omhullen van op een drager bevestigde elektronische componenten. Daarbij zijn de maldelen dan gebruikelijk voorzien van een ruimte voor het opnemen van zo een drager. Opgemerkt zij dat er gebruik kan worden gemaakt van ten minste twee maar eventueel ook meer dan twee onderling verplaatsbare maldelen. Dè inrichting zal gewoonlijk tevens zijn voorzien van aandrijfmiddelen voor het onderling verplaatsen 15 van de maldelen, doorgaans een elektromotor, en van ejectormiddelen voor het uit de maldelen verwijderen van een omhulde elektronische component. Een dergelijke inrichting is met uitzondering van de toevoermiddelen voor het conditioneringsgas in de handel verkrijgbaar en het aanbrengen van dergelijke toevoermiddelen behoeft in de praktijk geen al te complexe modificatie te betreffen. Voor de verdere voordelen van de 20 inrichting volgens de uitvinding wordt verwezen naar de voordelen in relatie tot de bovengaand beschreven werkwijze die eveneens deel uitmaakt van deze vinding.

De toevoermiddelen kunnen in een voorkeursvariant zijn samengebouwd met op ten minste één van de maldelen aangrijpende mechanische reinigingsmiddelen 25 (bijvoorbeeld roterende en/of intermitterend bewegende borstels). Zulke reinigingsmiddelen worden met regelmaat in contact gebracht met de maldelen en zijn daarom ook zeer geschikt om de toevoermiddelen voor conditioneringsgas te huisvesten. Nog een voordeel van deze samenbouw is dat de relatief complexe en kostbare maldelen geen modificatie behoeven.

In weer een andere uitvoeringsvariant zijn de maldelen omgeven door een afscherming, binnen welke afscherming de toevoermiddelen voor het conditioneringsgas aansluiten op de inrichting. Met zo een afscherming kan een kamer worden gevormd die althans 30 5 ten minste gedeeltelijk gasdicht is voor het opwekken van een locale, de vormdelen omgevende, gastoestand die afwijkt van de gebruikelijke atmosferische gascondities.

In weer een ander uitvoeringsvariant bestaan de maldelen uit een enkel materiaal. Dit 5 wil zeggen dat een specifieke deklaag die volgens de stand der techniek was benodigd om aanhechting van omhulmateriaal tegen te gaan overbodig wordt. Dergelijke deklagen (of “coatings”), zoals een deklaag op basis van nikkel (bijvoorbeeld NiCrN) werd aangebracht op het oppervlak van aan maldeel en het aanbrengen van de deklaag leidt tot een substantiële verhoging van de kostprijs van de maldelen. Volgens· de 10 onderhavige uitvinding is een dergelijke deklaag overbodig.

In weer een andere uitvoeringsvariant sluiten de toevoeimiddelen voor het conditioneringsgas aan op een vormholte in één van de maldelen. Zo kan het conditioneringsgas direct op de positie worden gebracht waar het werkzaam is en wordt 15 het eventpeel zelfs mogelij k het conditioneringsgas aanvullend öp de conditionerende werking aan te wenden als ejectormiddel. Zo kunnen de toevoermiddelen aansluiten op een venting en/of op een deelvlak naast de vormholte.

De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijk aan de hand van de in 20 navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: figuur 1 een schematische dwarsdoorsnede door een omhulinrichting overeenkomstig de uitvinding voorzien van toevoermiddelen voor een conditioneringsgas, figuur 2 een schematische dwarsdoorsnede door een alternatieve uitvoeringsvariant van een omhulinrichting overeenkomstig de uitvinding, 25 figuur 3 een schematische dwarsdoorsnede door een tweede alternatieve uitvoeringsvariant van een omhulinrichting overeenkomstig de uitvinding, en figuur 4 een schematische dwarsdoorsnede door een derde alternatieve uitvoeringsvariant van een omhulinrichting overeenkomstig de uitvinding.

30 Figuur 1 toont een omhulinrichting 1 met een onderste maldeel 2 ten opzichte waarvan overeenkomstig pijl Pi een bovenste maldeel 3 verplaatsbaar is. In het bovenste maldeel 3 is een vormholte 4 vrijgelaten voor de vorming van een met omhulmateriaal 5 te vervaardigen behuizing, die in deze figuur niet is getoond. In het onderste maldeel 2 is een uitsparing 6 aangebracht waarin een drager van een elektronische component kan iO9fifi70_ 6 worden geplaatst. Het omhulmateriaal 5 kan naar de vormholte 4 worden gedrongen door een overeenkomstig de pijl P2 verplaatsbare plunjer 7. Om met name de hechting tussen de contactzijde 8 van de vormholte 4 en het omhulmateriaal 5 te beperken kan er door de buizen 9 een conditioneringsgas worden aangevoerd dat door een ventilator 10 5 tussen de maldelen 2,3 kan worden geblazen.

In figuur 2 wordt een omhulinrichting 20 getoond waarvan de onderdelen die overeenkomen met de onderdelen van de in figuur 1 getoonde omhulinrichting 1 zijn voorzien van overeenkomstige verwijscijfers. Anders dan in figuur 1 is nu in de 10 uitsparing 6 in het onderste maldeel 3 een drager 21 geplaatst waarop een te omhullen elektronische component 22 is geplaatst. In een bovenste maldeel 23 is nu een eventueel afsluitbaar kanaal 24 uitgespaard dat aansluit op de vormholte 4, of een open kanaal naast de vormholte uitkomend op het deelvlak, maar in de richting van de vormholte blazend, in geopende stand. Door het kanaal 24 kan conditioneringsgas direct in de 15 vormholte 4 worden gevoerd en kan zelf een kracht op (ten minste gedeeltelijk uitgehard) omhulmateriaal worden uitgeoefend om dit los te maken van de contactzijde 8 van de vormholte 4.

Figuur 3 toont weer een andere omhulinrichting 30 echter nu met een 20 reinigingsinrichting 31 die overeenkomstig de pijl P3 tot tussen de maldelen 2,3 kan worden bewogen. De reinigingsinrichting 31 is voorzien van twee roteerbare borstels 32 waarmee de maldelen 2, 3 kunnen worden schoongeborsteld. Dit schooriborstelen gebeurt gebruikelijk na iedere omhulbewerking. In de reinigingsinrichting 31 zijn tevens toevoermiddelen voor een conditioneringsgas aangebracht in de vorm van een 25 kanaal 33 dat aansluit op uitstroomopeningen 34. Opgemerkt wordt dat de reinigingsinrichting 31 ook kan zijn voorzien van toevoermiddelen voor pellets (pillen) omhulmateriaal zodanig dat deze de pellets op de plunjer 7 plaats. Als alternatief is het ook denkbaar dat de toevoermiddelen voor een conditioneringsgas worden samengebouwd met een toevoerunit voor de pellets omhulmateriaal.

30

Figuur 4 ten slotte toont een omhulinrichting 40 waarin een drager 41 is geplaatst met een daarop aangebrachte behuizing 42 uit omhulmateriaal. Tevens is een runner 43 zichtbaar die wordt gevormd door een in een toevoerkanaal uitgehard omhulmateriaal. Deze runner 43 wordt gebruikelijk in een opvolgende bewerking van de drager 41 1028670 7 gescheiden. De ruimte tussen de maldelen 2,3 wordt begrensd door een schermplaat 44 waardoor een toevoer 45 voor conditioneringsgas steekt en een overeenkomstig pijl P4 verplaatsbare tweede schermplaat 46. Door de afschermmiddelen 44,46 is het mogelijk een gastoestand te handhaven tussen de maldelen 2,3 die afwijkt van de omgeving.

1026670__

Claims

1. Werkwijze voor het in een mal omhullen van elektronische componenten door de bewerkingsstappen:

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het de vormholte bepalende maloppervlak tussen iedere opvolgend omhulbewerking in contact wordt gebracht met conditioneringsgas. 15

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat na het ten minste gedeeltelijk uitharden van het omhulmateriaal in de vormholte het conditioneringsgas tussen het omhulmateriaal en het de vormholte bepalende maloppervlak wordt gebracht.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de omhulbewerking wordt uitgevoerd in een met conditioneringsgas gevulde omgeving.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat er opvolgend meerdere elektronische componenten worden omhuld tussen de opvolgende malen dat het de 25 vormholte bepalende maloppervlak in contact wordt gebracht met conditioneringsgas.

5 A) het in een vormholte plaatsen van de te omhullen elektronische component, en B) het aan de vormholte toevoeren van een omhulmateriaal, waarbij ten minste een deel van het de vormholte bepalende maloppervlak op een moment dat dit niet in aanraking is met het omhulmateriaal in contact wordt gebracht met een conditioneringsgas met een ten opzichte van de atmosfeer verlaagde 10 zuurstofconcentratie.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat er een stroom conditioneringsgas langs ten minste een deel van het de vormholte bepalende maloppervlak wordt gevoerd. 30

7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het de vormholte bepalende maloppervlak in contact wordt gebracht met een inert conditioneringsgas. 1026670_ «

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat het de vormholte bepalende maloppervlak in contact wordt gebracht met stikstof als conditioneringsgas.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het de 5 vormholte bepalende maloppervlak in contact wordt gebracht met een reducerend gas.

10. Inrichting voor het met omhulmateriaal omhullen van een elektronische component, in het bijzonder een halfgeleider, omvattende: - twee samenwerkende maldelen die onderling verplaatsbaar zijn tussen een 10 omhulstand waarin de maldelen een positie innemen voor het bepalen van een ten minste één de elektronische component opnemende vormholte, en een geopende stand waarin de maldelen zich op een grotere afstand van elkaar bevinden dan in de omhulstand, en - op de vormholte aansluitende toevoermiddelen voor omhulmateriaal, 15 met het kenmerk dat de inrichting tevens is voorzien van toevoermiddelen voor een conditioneringsgas met een ten opzichte van de atmosfeer verlaagde zuurstofconcentratie.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk dat de toevoermiddelen zijn 20 samengebouwd met op ten minste één van de maldelen aangrijpende mechanische reinigingsmiddelen.

12. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk dat de maldelen zijn omgeven door een afscherming, binnen welke afscherming de toevoermiddelen voor het 25 conditioneringsgas aansluiten op de inrichting.

13. Inrichting volgens een der conclusies 10 - 12, met het kenmerk dat de maldelen bestaan uit een enkel materiaal.

14. Inrichting volgens een der conclusies 10-13, met het kenmerk dat de toevoermiddelen voor het conditioneringsgas aansluiten op een vormholte in één van de maldelen. 1026670

15. Inrichting volgens een der conclusies 10-14, met het kenmerk dat de toevoermiddelen voor het conditioneringsgas aansluiten op een venting van de vormholte.

16. Inrichting volgens een der conclusies 10-15, met het kenmerk dat de toevoermiddelen voor het conditioneringsgas aansluiten op een deelvlak naast de vormholte. 1026670 i