WO1995028739A1 - Elektronisches bauelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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WO1995028739A1
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housing
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electronic component
chip
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Wilfried Laun
Peter Radvan
Christian HÄLSIG
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Tele Filter Tft Gmbh
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    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3025—Electromagnetic shielding

Definitions

  • the invention relates to an electronic component and a method for its production.
  • the component according to the invention can be used in particular in information and communication technology.
  • An essential part of the components used in modern electrical engineering and electronics consists of a suitable housing in which one component chip or also several component chips are arranged.
  • the housing is both the carrier of the chip, is used for handling during further processing, contacting, mechanical protection of the chip and, if necessary, fulfills further functions such as component cooling or electrical or electromagnetic shielding.
  • the component chip is attached to the housing or also to carrier strips by means of an adhesive connection, with fast and self-curing adhesive systems being preferred for reasons of effectiveness. After the adhesive has hardened, the component is fed to the further machining processes provided in accordance with the respective technological sequence and, after the machining has been completed, closed with a cap or a lid.
  • a disadvantage of this solution is that the mechanical stresses which arise from the further machining processes and the closure of the component in the component chip and / or between the component chip and the housing cannot be reduced or compensated for only incompletely.
  • the disadvantageous consequences of this are inadequate limit values, poor reproducibility of the parameters, higher reject rate and ultimately higher production costs.
  • the invention is therefore based on the object of providing a component and a method for its production, the component being able to be produced simply and effectively, having very good and reproducible technical parameters and the method being able to be integrated into the technological component manufacturing process without problems.
  • hotmelt adhesives are particularly suitable whose softening temperature is higher than 85 ° C. and whose processing temperature is between 120 ° C. and 240 ° C.
  • the softening temperature is approximately 140 ° C. and the processing temperature is between 180 ° C. and 210 ° C.
  • the viscosity of the melt should have a value which makes it possible for the adhesive to drip.
  • Hot melt adhesives based on ethylene-ethyl acrylate copolymers (EEA), ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA), polyamides (PA), polyesters (PES), polyisobutylenes (PIB) and polyvinyl butyrates (PVB) can be used particularly advantageously according to the invention.
  • the electronic components are produced in a simple and cost-effective manner by applying a defined amount of hot-melt adhesive to the connection point provided between the component chip and the housing and subsequently positioning and pressing on the component chip.
  • the component prefabricated in this way is subsequently cooled and another Subjected to machining. After completion of the processing and closure of the housing of the component, the entire electronic component is heated again at least to the softening point, so that the hot melt adhesive softens again and solidifies again when it cools down.
  • the process steps can be easily integrated into the component manufacturing process.
  • An additional advantage of the invention results from the fact that the application site and application amount of the liquid adhesive are very precisely defined. This is achieved by using nozzles, the temperature of the nozzles being substantially higher than the temperature of the liquid adhesive in the storage tank.
  • FIG. 1 The basic structure of an electronic component manufactured according to the invention is shown in FIG. 1.
  • the electronic component consists of a housing and a component chip (1), wherein between the
  • a layer (3) of hot melt adhesive is arranged on the inside (2a) of the housing base (2).
  • the housing consists in the present
  • Embodiment made of a multilayer ceramic but housings made of metal or plastic can also be used.
  • Embodiment is a SAW filter made of ST quartz, with the housing (2) is connected purely mechanically via the layer (3) of hot melt adhesive.
  • the electrical contact points (5) of the component chip (1) are arranged on the upper side (lb) of the component chip (1).
  • the connection to the bond points (6) on the housing base (2) is realized by means of bond wires (4).
  • the hotmelt adhesive which is available in bars or as granules, is melted in a tank, which is filled to a third.
  • the device is designed with regard to heating temperature and delivery pressure in such a way that optimum working conditions exist when the liquid adhesive is applied.
  • the adhesive in the tank is heated to a temperature of 140 ° C.
  • the delivery pressure in the tank is 0.1 bar.
  • the housings are provided in a suitable magazine or on a carrier strip unit for dropping the adhesive.
  • the outlet nozzle for the hot melt adhesive is heated to 220 ° C. by means of a nozzle heater. Once the metered amount of adhesive has been applied to the housing, the component chip is attached.
  • Magazine or carrier are fed to a temperature-controlled hot plate, so that the glue point is brought to the required processing temperature.
  • the chip is positioned and pressed exactly by a device.
  • the component is then cooled and fed to the further work steps for processing and finally closed by a corresponding housing cap or a cover.
  • the mechanical stresses caused by the processing and by the closure of the electronic component, which would lead to impairment of the component, are compensated for by the fact that, after the processing, the component is again heated to approx. 150 ° C. in the closed state, so that the hot melt adhesive softens again and solidifies again upon subsequent cooling.
  • the adhesive is not provided in liquid form, but has been processed into a film before the processing process.
  • This thin film is on a suitable base material and is separated from this base material shortly before processing.
  • the necessary amount of adhesive is separated from the film and placed in the location of the housing on which the component chip is to be mounted. After heating the film in the housing, the adhesive is liquefied and the component chip can be inserted and processed as in the previous exemplary embodiment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das elektronische Bauelement besteht aus einem Bauelementechip und einem Gehäuse, wobei zwischen der Unterseite (1a) des Bauelementechips (1) und der Innenseite (2a) des Gehäusebodens (2) eine Schicht (3) aus Schmelzklebstoff angeordnet ist. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Bauelementes erfolgt derart, daß auf die vorgesehene Verbindungsstelle zwischen Bauelementechip und Gehäuse eine definierte Menge Schmelzklebstoff aufgebracht und der Bauelementechip positioniert und angedrückt wird. Das so vorgefertigte Bauelement wird abgekühlt und der weiteren Bearbeitung unterzogen. Nach Abschluß der Bearbeitung und Verschluß des Gehäuses des Bauelementes wird das komplette Bauelement einer nochmaligen Erwärmung unterzogen, so daß sich der Schmelzklebstoff erneut erweicht und bei nachfolgender Abkühlung wieder erstarrt. Hierdurch werden mechanische Spannungen in dem Bauelementechip bzw. zwischen Bauelementechip und Gehäuse abgebaut.

Description

Elektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das erfindungsgemäße Bauelement ist insbesondere in der Informations- und Kommunikationstechnik anwendbar.
Ein wesentlicher Anteil der in der modernen Elektrotechnik und Elektronik Verwendung findenden Bauelemente besteht aus einem geeigneten Gehäuse, in welchem ein Bauelementechip oder auch mehrere Bauelementechips angeordnet sind. Das Gehäuse ist dabei sowohl Träger des Chips, dient dem Handling bei der weiteren Verarbeitung, der Kontaktierung, dem me¬ chanischen Schutz des Chips und erfüllt ggf. weitere Funktionen wie beispielsweise die Bauelementekühlung oder die elektrische bzw. elektromagnetische Abschirmung. Die Befestigung des Bauelementechips an dem Gehäuse oder auch an Trägerstreifen erfolgt bei bekannten Herstellungsverfahren durch eine Klebstoffverbindung, wobei aus Effektivitätsgründen schnell und selbstaushärtende KlebstoffSysteme bevorzugt werden. Nach Aushärtung des Klebstoffes wird das Bauelement den gemäß dem jeweiligen technologischen Ablauf vorgesehenen weiteren Bearbeitungsprozessen zugeführt und nach Abschluß der Bearbeitung mit einer Kappe oder einem Deckel verschlossen.
Nachteilig an dieser Lösung ist, daß die durch die weiteren Bearbeitungsprozesse und den Verschluß des Bauelementes in dem Bauelementechip und/oder zwischen Bauelementechip und Gehäuse entstandenen mechanischen Spannungen nicht oder nur unvollständig abgebaut bzw. ausgeglichen werden können. Nachteilige Folgen hiervon sind unzureichende Grenzwerte, schlechte Reproduzierbarkeit der Parameter, höhere Ausschußrate und letztendlich höhere Herstellungskosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, wobei das Bauelement einfach und effektiv produziert werden kann, sehr gute und reproduzierbare technische Parameter aufweist und das Verfahren problem¬ los in den technologischen Bauelementeherstellungsprozeß integrierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 9 in Verbindung mit den Merkmalen der Oberbegriffe. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Der besondere Vorteil der Erfindung resultiert aus der Verwendung von Schmelzklebstoff bei der Befestigung der Bauelementechips am Gehäuse bzw. am Trägerstreifen, indem zwischen der Unterseite des Bauelementechips und der Innenseite des Gehäusebodens eine Schicht aus Schmelzklebstoff angeordnet wird und durch einen zusätzlichen Erwärmungsschritt, durch welchen die infolge des Bearbeitungsprozesses und des Verschlusses des Bauelementes entstandenen mechanischen Spannungen in dem Bauelementechip und/oder zwischen dem Bauelementechip und dem Gehäuse abgebaut werden.
Erfindungsgemäß eignen sich insbesondere Schmelzkleb¬ stoffe, deren Erweichungstemperatur höher als 85 °C ist und deren Verarbeitungstemperatur zwischen 120 °C und 240 °C liegt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt die Erweichungstemperatur bei etwa 140 °C und die Verarbeitungstemperatur zwischen 180 °C und 210 °C, wobei die Viskosität der Schmelze eine Wert haben sollte, der eine Tropfbarkeit des Klebstoffes möglich macht.
Schmelzklebstoffe auf der Basis von Ethylen-Ethylacrylat- , Copolymeren (EEA) , Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA) , Polyamiden (PA) , Polyestern (PES) , Polyisobutylenen (PIB) und Polyvinylbutyraten (PVB) sind erfindungsgemäß besonders vorteilhaft einsetzbar.
Die Herstellung der elektronischen Bauelemente erfolgt in einfacher und kostengünstiger Weise, indem auf die vorgesehene Verbindungsstelle zwischen Bauelementechip und Gehäuse eine definierte Menge Schmelzklebstoff aufgebracht und der Bauelementechip nachfolgend positioniert und angedrückt wird. Das so vorgefertigte Bauelement wird nachfolgend abgekühlt und einer weiteren Bearbeitung unterzogen. Nach Abschluß der Bearbeitung und Verschluß des Gehäuses des Bauelementes erfolgt eine nochmalige Erwärmung des gesamten elektronischen Bauelementes mindestens bis zum Erweichungs-punkt, so daß der Schmelzklebstoff erneut erweicht und bei nachfolgender Abkühlung wieder erstarrt. Die Verfahrensschritte sind problemlos in den Bauelementeher¬ stellungsprozeß integrierbar.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung resultiert daraus, daß Auftragungsort und Auftragungsmenge des flüssigen Klebstoffes sehr genau definiert werden. Erreicht wird dies durch die Verwendung von Düsen, wobei die Temperatur der Düsen wesentlich höher ist als die Temperatur des flüssigen Klebstoffes in dem Vorratstank.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert werden.
Der prinzipielle Aufbau eines gemäß der Erfindung herge¬ stellten elektronischen Bauelementes ist in Fig. 1 darge¬ stellt.
Das elektronische Bauelement besteht aus einem Gehäuse und einem Bauelementechip (1) , wobei zwischen der
Unterseite (la) des Bauelementechips (1) und der
Innenseite (2a) des Gehäusebodens (2) eine Schicht (3) aus Schmelzklebstoff angeordnet ist. Die KlebstoffSchicht
(3) ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vollflächig ausgebildet. Für spezielle Anwendungsfälle ist es ebenfalls möglich, die Schicht (3) lediglich punktuell auszubilden. Das Gehäuse besteht im vorliegenden
Ausführungsbeispiel aus einer Mehrschichtkeramik, es sind jedoch ebenso Gehäuse aus Metall oder aus Kunststoff verwendbar. Der Bauelementechip, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein SAW-Filter aus ST-Quarz, ist mit dem Gehäuse (2) rein mechanisch über die Schicht (3) aus Schmelzklebstoff verbunden. Die elektrischen Kontaktstellen (5) des Bauelementechips (1) sind an der Oberseite (lb) des Bauelementechips (1) angeordnet. Die Verbindung zu den Bondstellen (6) am Gehäuseboden (2) wird mittels Bonddrähten (4) realisiert.
Nachfolgend soll eine Variante des Herstellungsverfahrens näher beschrieben werden.
Der Schmelzklebstoff, welcher in Stangen oder als Granu¬ lat zur Verfügung steht, wird in einem Tank, welcher zu einem Drittel gefüllt ist, aufgeschmolzen. Die Vorrich¬ tung ist hinsichtlich Heiztemperatur und Förderdruck so ausgestaltet, daß optimale Arbeitsbedingungen beim Auftragen des flüssigen Klebstoffes bestehen. Der Klebstoff in dem Tank wird im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel auf eine Temperatur von 140 °C aufgeheizt, der Förderdruck im Tank beträgt 0,1 bar. Die Gehäuse werden in einem geeigneten Magazin bzw. auf einer Trägerstreifeneinheit zum Auftropfen des Klebstoffes bereitgestellt. Die Austrittsdüse für den Schmelzklebstoff wird mittels einer Düsenheizung auf 220 °C erhitzt. Ist die dosierte Klebstoffmenge auf das Gehäuse aufgetragen, wird der Bauelementechip aufgesetzt. Magazin bzw. Träger werden einer temperaturgeregelten Wärmeplatte zugeführt, so daß die Klebestelle auf die benötigte Verarbeitungstemperatur gebracht wird. Ist die Temperatur erreicht, wird der Chip durch eine Vorrichtung exakt positioniert und angedrückt. Danach wird das Bauelement abgekühlt und zur Bearbeitung den weiteren Arbeits-schritten zugeführt und schließlich durch eine entspre-chende Gehäusekappe bzw. einen Deckel verschlossen. Die durch die Bearbeitung und durch den Verschluß des elektronischen Bauelementes" entstandenen mechanischen Spannungen, die zur Beeinträchtigung des Bauelementes führen würden, werden dadurch ausgeglichen, daß nach den Bearbeitungen das Bauelement im verschlossenen Zustand nochmals einer Erwärmung auf ca. 150 °C zugeführt wird, so daß sich der Schmelzklebstoff erneut erweicht und bei nachfolgender Abkühlung wieder erstarrt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der Klebstoff nicht flüssig bereitgestellt, sondern ist vor dem Bearbeitungsprozeß in eine Folie verarbeitet worden. Diese dünne Folie befindet sich auf einem geeigneten Grundmaterial und wird kurz vor der Verarbeitung von diesem Grundmaterial getrennt. Die notwendige Menge des Klebstoffes wird von der Folie abgetrennt und an die Stelle des Gehäuses eingebracht, auf der der Bauelementechip montiert werden soll. Nach Erwärmen der Folie im Gehäuse wird der Klebstoff verflüssigt und der Bauelementechip kann wie im voranstehenden Ausfuhrungsbeispiel eingelegt und weiter verarbeitet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Variationen der aufgezeigten Merkmale und Parameter weitere Ausführungsformen zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektronisches Bauelement, bestehend aus einem nicht zum Austausch vorgesehenen Bauelementechip und einem
Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterseite (la) des Bauelementechips (1) und der Innenseite (2a) des Gehäusebodens (2) eine Schicht (3) aus im Herstellungsprozeß des
Bauelementes mindestens zweimalig erhitzten Schmelzklebstoff angeordnet ist.
2. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) vollflächig ausgebildet ist.
3. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) punktuell ausgebildet ist.
4. Elektronisches Bauelement Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen (5) des Bauelementechips (1) an der Oberseite (lb) angeordnet sind und die Verbindung zu den Bondstellen (6) am Gehäuseboden (2) mittels Bonddrähten (4) realisiert ist.
5. Elektronisches Bauelement nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Mehrschichtkeramikgehäuse ist
6. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauelementechip ein SAW-Filter aus ST-Quarz ist.
7. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzklebstoff eine Wärmestandfestigkeit- stemperatur von mindestens 85 °C aufweist.
8. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzklebstoff eine Verarbeitungstemperatur zwischen 120 °C und 240 °C aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung elektronischer Bauelemente welche aus einem Gehäuse und darin mittels Schmelzklebstoffs befestigten Bauelementechips bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß - auf die vorgesehene Verbindungsstelle zwischen
Bauelementechip und Gehäuse eine definierte Menge Schmelzklebstoff aufgebracht,
- der Bauelementechip positioniert und angedrückt,
- das so vorgefertigte Bauelement abgekühlt und der weiteren Bearbeitung unterzogen wird und
- nach Abschluß der Bearbeitung und Verschluß des Ge¬ häuses das Bauelement einer nochmaligen Erwärmung unterzogen wird, so daß sich der Schmelzklebstoff erneut erweicht und bei nachfolgender Abkühlung wieder erstarrt .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Menge Schmelzklebstoff auf die vorge¬ sehene Verbindungsstelle in flüssiger Form aufge¬ bracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Menge S -.elzklebstoff auf die vorge¬ sehene Verbindungsstelle in fester Form aufgebracht und nachfolgend erwärmt und damit verflüssigt wird.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehene Verbindungsstelle am Gehäuse bzw. Träger vorgewärmt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet άaß der feste Klebstoff in eine Folie eingebunden ist, welche sich auf einem Grundmaterial befindet und von diesem kurz vor der Verarbeitung abgetrennt, an der Verbindungsstelle positioniert und verflüssigt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Klebstoff der Verbindungsstelle aus ei¬ nem Vorratstank über mindestens eine Düse dosiert zu¬ geführt wird, wobei die Temperatur der Düse wesent- lieh höher ist als die Temperatur des flüssigen Kleb¬ stoffes in dem Vorratstank.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmelzklebstoff eingesetzt wird, der eine Wär- mestandfestigkeitstemperatur von mindestens 85 °C be¬ sitzt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüchen 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmelzklebstoff eingesetzt wird, der eine Verarbeitungstemperatur zwischen 120 °C und 240 °C besitzt.
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