WO1999005718A2 - Materialtablette sowie verfahren zum herstellen eines kunststoffverbundkörpers - Google Patents

Materialtablette sowie verfahren zum herstellen eines kunststoffverbundkörpers Download PDF

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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
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    • B29C45/462—Injection of preformed charges of material
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a plastic composite body, in particular an electrical component with an electrical circuit and with a thermosetting plastic housing surrounding the circuit, which comprises the following steps: providing a compression mold,
  • thermoset material Inserting the circuit into a cavity of the press mold, inserting thermoset material into a sprue area of the press mold, - pressing the thermoset material into the
  • a method of the type mentioned is known from EP-0 681 897 AI.
  • one or more semiconductor chips, each with an associated carrier frame (lead frame) are inserted into a cavity of a multi-part mold.
  • a high-quality pressed material is fed through a feed channel, which is heated and pressurized by a pressure stamp Feed channels flow into the cavities and thus completely enclose the components used.
  • the pressure stamp acts on the molding material via an elastically deformable, pressure-transmitting intermediate component.
  • hardened molding material then remains, which must continue to be disposed of as waste.
  • thermosetting primary material Inserting the thermosetting primary material, at least one secondary material is introduced into the sprue area of the press mold, and the secondary material is plastically deformed while displacing the thermosetting primary material in the direction of flow towards the cavity.
  • the invention is based on the basic idea that the transfer process is carried out in such a way that essentially only the circuit or the semiconductor component is covered with high-quality molding compound and that the sprue area of the mold is filled with an inferior material.
  • the molding material should preferably melt before the secondary material and be pressed into the cavity. At a later point in time, the secondary material melts and presses the material that is still in the gate area into the
  • the invention expressly goes a way that differs from the ways known in the prior art.
  • the sprue area cannot be dimensioned as small as desired.
  • the ratio between the actual chip encapsulation and waste is approximately 1: 1.
  • a separation between the high-quality molding compound, namely the transfer molding compound in the plastic housing surrounding the circuit, and the inferior secondary transfer molding compound in the sprue area of the press mold remains at the end of the coating process of the circuit.
  • High-quality, highly filled epoxy resin molding compound with in particular low moisture absorption, low thermal expansion coefficient, good flow behavior, low residual chlorine content, low alpha radiation emission etc. envelops the semiconductor component.
  • the step of inserting the secondary material into the cavity of the mold takes place before the step of pressing the thermosetting press material into the mold, this can preferably be done in such a way that the secondary material is pressed into the mold at the same time. It is particularly advantageous if the thermosetting molding material is pressed into the gates provided in the flow direction in front of the cavity by the action of the thermosetting or thermoplastic secondary material in particular in the cavity, because then a good separation between the secondary material and molding material is achieved.
  • the method according to the invention is advantageously carried out in accordance with an injection molding technique and in particular in accordance with a transfer process of the transfer press technique, this taking place at least partially with heating of the molding material and / or the secondary material.
  • the molding material according to the invention can be a highly filled, highly reactive epoxy resin composition or generally a resin composition such as e.g. Epoxy, melamine, phenol, etc. have.
  • the secondary material can have a highly filled, highly reactive epoxy resin composition or, alternatively, mineral-filled epoxy resin recyclate or other materials such as thermoplastic materials.
  • Both the pressed material and the secondary material are to be coordinated with one another in particular with regard to their flow behavior.
  • the pressed material differs from the secondary material in particular with regard to the following features: - Value of the material (high quality, expensive / inferior, cheap) and / or
  • the press material is preferably a highly filled epoxy resin based on novolac or biphenyl, to which approximately 60% - 90% spherical Si0 2 is added.
  • Both the pressed material and the secondary material can be provided as material tablets compressed cold to epoxy resin powder. It is particularly provided that the pressed material and / or the secondary material are each provided in a single material tablet. Such material tablets have the advantage of being simple and uncomplicated to handle in an automated manufacturing process.
  • the press material and / or the secondary material are arranged in at least two separate layers which adjoin one another at a boundary layer.
  • Such a material tablet for the transfer press technique can in particular have two or more layers within a tablet or two or more individual tablets per processing cycle and each processed individually.
  • the method according to the invention with the material tablet according to the invention makes it possible to reduce the material costs when wrapping electrical materials
  • the introduction of the method according to the invention does not require a change in the existing technology. -
  • the implementation of the method according to the invention can be implemented within a short time.
  • the method according to the invention requires only a small amount
  • Figures 1 to 4 show a transfer press in each case one process step of the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a transfer mold 1, which is shown in cross section.
  • the transfer mold 1 has
  • two mutually symmetrical cavities 4 are provided, as can best be seen in FIG. 1.
  • the cavities 4 are connected to the outside of the transfer mold 1 via a plunger receptacle 5 with a cylindrical shape and via sprue channels 6 extending between the cavities 4 and the plunger receptacle 5.
  • Two identical electrical circuits 7 are used in the cavities 4.
  • the electrical circuit 7 is divided into a chip 8 and a lead frame 9.
  • Figure 2 shows the transfer mold from Figure 1, wherein in the state shown in Figure 2, a material tablet 10 is inserted into the plunger 5 so that it on the
  • a secondary material tablet 11 is placed on the material tablet 10. Both the material tablet 10 and the secondary material tablet 11 are disc-shaped. Finally, a plunger 12 is inserted into the plunger receptacle 5, which can be acted upon by a force generated by a hydraulic or electromechanical press, not shown.
  • the method according to the invention is heated
  • Transfer mold 1 executed. After the electrical circuit 7 has been inserted into the parting plane between the thermoset tool upper part 2 and the thermoset tool lower part 3, the transfer mold 1 is closed, as shown in FIG. After inserting the material tablet 10 and the secondary material tablet 11 into the plunger holder 5, the plunger 12 moves into the plunger holder 5 from above or from below, depending on the machine manufacturer, until it rests on the secondary material tablet 11. This process step is shown in FIG. 2.
  • the material tablet 10 melts due to the heat of the transfer molding die 1.
  • the material of the material tablet 10 is then pressed into the sprue channels 6 and into the cavity 4 by the pressure of the plunger 12, as shown in FIG. 3.
  • the secondary material tablet 11 melts and, by the pressure of the plunger 12, displaces the material of the material tablet 10 still remaining in the runner channels 6. Both the material of the material tablet 10 and the material of the secondary material tablet 11 harden under pressure and temperature .
  • the material of the material tablet 10 essentially envelops only the electrical circuit 7, while the material of the secondary material tablet 11 forms the so-called sprue spider remaining in the sprue channels 6 and in the lower region of the plunger receptacle 5.

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Abstract

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Kunstoffverbundkörpers erfolgt nach dem Schritt des Einsetzens von duroplastischem Material (10) der Schritt des Einsetzens wenigstens eines Sekundärmaterials (11) in einen Angußbereich (5) der Preßform (1). Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß der Prozeß so geführt wird, daß im wesentlichen lediglich ein zu umgießender Grundkörper (7) mit hochwertiger Preßmasse (10) umhüllt ist, während der Angußbereich (5, 6) der Preßform (1) mit einem minderwertigen Material (11) ausgepreßt wird.

Description

Beschreibung
Materialtablette sowie Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverbundkörpers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoff erbundkörpers, insbesondere eines elektrischen Bauelements mit einer elektrischen Schaltung und mit einem die Schaltung umgebenden duroplastischen Kunststoffgehäuse, das die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen einer Preßform,
Einsetzung der Schaltung in eine Kavität der Preßform, Einsetzen von duroplastischem Material in einen Angußbereich der Preßform, - Eindrücken des duroplastischen Materials in die
Kavität, bis die Schaltung von Material umhüllt ist.
Bei den bekannten Gußverfahren zum Herstellen von elektronischen Bauelementen und Bauteilen wie beispielsweise bei Halbleiterbauelementen wird häufig die sogenannte Transferpreßtechnik angewandt. Hierzu wird eine Spritzgießform bereitgestellt, die auf einer hohen Temperatur gehalten wird
Bei dem im Stand der Technik bekannten Verfahren ist von Nachteil, daß in einem Angußbereich der Spritzgießform häufig große Mengen von Preßmaterial verbleiben, das nach dem Ausformen des eigentlichen Kunststoffverbundkörpers aus der Preßform als Abfall entsorgt werden muß. Dabei, fallen hohe Kosten an, weil viel Preßmaterial verbraucht wird.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der EP-0 681 897 AI bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden ein oder mehrerer Halbleiterchips mit jeweils zugeordneten Trägerrahmen (Lead-Frame) in jeweils eine Kavität einer mehrteiligen Preßform eingesetzt. Durch einen Zuführungskanal wird ein hochwertiges Preßmaterial zugeführt, das unter Wärmung und Druckbeaufschlagung durch einen Druckstempel über Zuführkanäle in die Kavitäten fließt und somit die eingesetzten Bauteile vollständig umhüllt.
Zum Preßmaterialtransport in die Kavitäten wirkt der Druckstempel über ein elastisch verformbares, druckübertragendes Zwischenbauteil auf das Preßmaterial ein. Dabei verbleibt zumindest in den Zuführkanälen zu den Kavitäten anschließend ausgehärtetes Preßmaterial, das weiterhin als Abfall entsorgt werden muß.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dem besonders kostengünstig Kunststoffverbundkörper hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach dem Schritt des
Einsetzens des duroplastischen Primärmaterials wenigstens ein Sekundärmaterial in den Angußbereich der Preßform eingebracht wird, und daß das Sekundärmaterial unter Verdrängung des duroplastischen Primärmaterials in Fließrichtung zu der Kavität hin plastisch verformt wird.
Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß der Transferprozeß so geführt wird, daß im wesentlichen nur die Schaltung bzw. das Halbleiterbauelement mit hochwertiger Preßmasse umhüllt ist und daß der Angußbereich der Preßform mit einem minderwertigen Material gefüllt wird. Dabei soll vorzugsweise das Preßmaterial vor dem Sekundärmaterial aufschmelzen und in die Kavität gepreßt werden. Zu einem späteren Zeitpunkt schmilzt das Sekundärmaterial auf und drückt das noch im Angußbereich befindliche Material in die
Kavität . Durch Nachpressen kann für die benötigte Verdichtung im Bereich der Kavität gesorgt werden.
Die Erfindung geht ausdrücklich einen Weg, der sich von den im Stand der Technik bekannten Wegen unterscheidet. Dort wurde versucht, durch eine möglichst kleine Ausführung des Angußbereichs einer Preßform sicherzustellen, daß nur wenig Preßmaterial im Angußbereich verbleibt. Aus verfahrenstechnischen Gründen kann der Angußbereich jedoch nicht beliebig klein dimensioniert werden. Gemäß einer der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis wird bei immer kleiner werdenden Chipgehäusen der Anteil der benötigten Preßmasse für die eigentliche Chipumhüllung zum erzeugten Abfall in dem Angußbereich einer Preßform immer größer. Bei Preßformen des Standes der Technik beträgt das Verhältnis zwischen eigentlicher Chipumhüllung und Abfall circa 1:1.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren bleibt am Ende des Umhüllungsvorgangs der Schaltung eine Trennung zwischen hochwertiger Preßmasse, nämlich der Transferpreßmasse in dem die Schaltung umgebenden Kunststoffgehäuse, und der minder- wertigen Sekundär-Transferpreßmasse im Angußbereich der Preßform erhalten. Hochwertige, hochgefüllte Epoxidharzpreßmasse mit insbesondere geringer Feuchteaufnahme, geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, gutem Fließverhalten, geringem Restchlorgehalt, geringer Alpha- Strahlungsemission usw. umhüllt das Halbleiterbauelement.
Minderwertige Sekundär-Preßmasse mit z.B. Recyclatmaterial , gegebenenfalls mit kleinen Resten der hochwertigen Preßmasse verbleibt im Angußbereich der Preßform, der auch "Cull" genannt wird.
Vorzugsweise erfolgt der Schritt des Einsetzens des Sekundärmaterials in die Kavität der Preßform vor dem Schritt des Eindrückens des duroplastischen Preßmaterials in die Preßform, wobei dies vorzugsweise so erfolgen kann, daß dabei gleich das Sekundärmaterial mit in die Preßform eingedrückt wird. Besonders vorteilhaft ist es dann, wenn das duroplastische Preßmaterial durch die Einwirkung des insbesondere duroplastischen oder thermoplastischen Sekundärmaterials in die Kavität in in Flußrichtung vor der Kavität vorgesehene Angußkanäle gedrückt wird, weil dann eine gute Trennung zwischen Sekundärmaterial und Preßmaterial erreicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise gemäß einer Spritzgußtechnik und insbesondere gemäß einem Transferprozeß der Transferpreßtechnik ausgeführt, wobei dieser wenigstens teilweise unter Erwärmung des Preßmaterials und/oder des Sekundärmaterials erfolgt.
Das Preßmaterial gemäß der Erfindung kann eine hochgefüllte, hoch reaktive Epoxidharzmasse oder allgemein eine Harzmasse wie z.B. Epoxid, Melamin, Phenol etc. aufweisen. Demgegenüber kann das Sekundärmaterial neben einer hochgefüllten, hoch reaktiven Epoxidharzmasse oder alternativ dazu mineralgefülltes Epoxidharzrecyclat oder auch andere Materialien wie thermoplastische Kunststoffe aufweisen. Dabei sind sowohl das Preßmaterial als auch das Sekundärmaterial insbesondere hinsichtlich ihres Fließverhaltens zueinander abzustimmen. Dazu unterscheidet sich das Preßmaterial von dem Sekundärmaterial insbesondere hinsichtlich der folgenden Merkmale : - Wertigkeit des Materials (hochwertig, teuer/minderwertig, billig) und/oder
Aufschmelzverhalten bzw. Reaktionszeit und/oder Viskosität in kaltem oder in erwärmtem Zustand und/oder chemischer Aufbau und/oder - Gelier- und Härtezeit und/oder Aushärtungstemperatur und/oder Verglasungstemperatur .
Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, indem für das Sekundärmaterial
Recyclingmaterial aus früheren Pressungen verwendet wird.
Dabei ist das Preßmaterial vorzugsweise ein hochgefülltes Epoxidharz auf Novolack- bzw. Biphenylbasis, dem ca. 60%- 90% sphärisches Si02 beigemengt ist. Sowohl das Preßmaterial als auch das Sekundärmaterial können als kalt zu Epoxidharzpulver verpreßte Materialtabletten bereitgestellt werden. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, das Preßmaterial und/oder das Sekundärmaterial jeweils in einer einzigen Materialtablette bereitzustellen. Solche Materialtabletten haben den Vorteil, bei einem automatisierten Fertigungsprozeß einfach und unkompliziert handhabbar zu sein. Dabei ist insbesondere vorgesehen, daß das Preßmaterial und/oder das Sekundärmaterial in wenigstens zwei separaten Schichten angeordnet sind, die an einer Grenzschicht aneinander angrenzen. Eine solche Materialtablette für die Transferpreßtechnik kann insbesondere zwei oder mehrere Schichten innerhalb einer Tablette bzw. zwei oder mehrere einzelne Tabletten je Verarbeitungszyklus und jeweils einzeln verarbeitet aufweisen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Materialtablette lassen sich die Materialkosten bei der Umhüllung von elektrischen
Bauelementen und Bauteilen in hohem Maße senken, ohne die bisherige Transferpreßtechnologie wesentlich zu verändern. Durch die Aufteilung der erfindungsgemäßen Materialtablette in zwei oder mehrere Materialien und Sekundärmaterialien ergeben sich die folgenden Vorteile:
Reduktion der Materialkosten in der Halbleitertechnik beim
Transferpreßverfahren .
Die Einführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt keine Änderung der vorhandenen Technologie . - Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist innerhalb kurzer Zeit realisierbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedarf nur geringer
Investitionen .
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine Transferpreßform bei jeweils einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt eine Transferpreßform 1, die im Querschnitt dargestellt ist. Die Transferpreßform 1 weist ein
Duroplastwerkzeugoberteil 2 sowie ein Duroplastwerkzeugunterteil 3 auf . Im Inneren der Transferpreßform 1 sind zwei zueinander symmetrische Kavitäten 4 vorgesehen, wie am besten in Figur 1 zu sehen ist. Die Kavitäten 4 stehen über eine Plungeraufnahme 5 mit zylindrischer Form sowie über sich zwischen den Kavitäten 4 und der Plungeraufnahme 5 erstreckenden Angußkanäle 6 mit der Außenseite der Transferpreßform 1 in Verbindung. In den Kavitäten 4 sind zwei identische elektrische Schaltungen 7 eingesetzt. Die elektrische Schaltung 7 gliedert sich in einen Chip 8 sowie in ein Lead-Frame 9.
Figur 2 zeigt die Transferpreßform aus Figur 1, wobei in dem in Figur 2 gezeigten Zustand eine Materialtablette 10 so in die Plungeraufnahme 5 eingesetzt ist, daß diese an der
Unterseite der Plungeraufnahme 5 aufliegt. Auf die Materialtablette 10 ist eine Sekundärmaterialtablette 11 aufgesetzt. Sowohl die Materialtablette 10 als auch die Sekundärmaterialtablette 11 sind scheibenförmig ausgeführt. Schließlich ist noch ein Plunger 12 in die Plungeraufnahme 5 eingesetzt, der mit einer durch eine nicht gezeigte hydraulische oder elektro-mechanische Presse erzeugten Kraft beaufschlagbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei erwärmter
Transferpreßform 1 ausgeführt . Nach dem Einlegen der elektrischen Schaltung 7 in die Trennebene zwischen Duroplastwerkzeugoberteil 2 und Duroplastwerkzeugunterteil 3 wird die Transferpreßform 1 geschlossen, wie in Figur 1 dargestellt ist. Nach dem Einführen der Materialtablette 10 und der Sekundärmaterialtablette 11 in die Plungeraufnahme 5 fährt der Plunger 12 je nach Maschinenhersteller von oben oder von unten in die Plungeraufnahme 5 ein, bis er auf der Sekundärmaterialtablette 11 aufliegt. Dieser Verfahrensschritt ist in Figur 2 dargestellt.
Wie in Figur 3 dargestellt ist, schmilzt die Materialtablette 10 durch die Wärme der Transferpreßform 1 auf. Daraufhin wird das Material der Materialtablette 10 durch den Druck des Plungers 12 in die Angußkanäle 6 und in die Kavität 4 gepreßt, wie in Figur 3 dargestellt ist.
Zu einem späteren Zeitpunkt schmilzt die Sekundärmaterial - tablette 11 auf und verdrängt durch den Druck des Plungers 12 das noch in den Angußkanälen 6 verbliebene Material der Materialtablette 10. Sowohl das Material der Materialtablette 10 als auch das Material der Sekundärmaterialtablette 11 härten unter Druck und Temperatur aus. Dabei umhüllt das Material der Materialtablette 10 im wesentlichen nur die elektrische Schaltung 7, während das Material der Sekundärmaterialtablette 11 die in den Angußkanälen 6 und in dem unteren Bereich der Plungeraufnahme 5 verbleibende sogenannte Angußspinne ausbildet .
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