DE19837336B4 - Verfahren zur Herstellung einer Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen und Form zum Kapseln eines plattenförmigen Substrats von integrierten Schaltkreisen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen und Form zum Kapseln eines plattenförmigen Substrats von integrierten Schaltkreisen Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen (402, 404), bei dem ein elektrische Leiterbahnen aufweisendes plattenförmiges Substrat (400) mit integrierten Schaltkreisen (402, 404) bestückt und dann in einer Formausnehmung (240) angeordnet wird, wonach Gießmasse in die Formausnehmung (240) über wenigstens einen Formeinlaß (210) eingefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form (200) mit einer Formausnehmung (240) verwendet wird, die durch Rippen (220) in strömungsmäßig miteinander durch Durchlaßventile (450) verbundene benachbarte Ausnehmungen (230, 312, 322, 332, 344) für einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (402, 404) unterteilt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Form zum Kapseln eines plattenförmigen Substrats mit integrierten Schaltkreisen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
  • Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterbausteinen werden diese ausgehend von einem Siliciumwafer unter Verwendung verschiede ner Verfahrensschritte, wie Ätzen, Dotieren, Aufbringen von Schichten o. dgl., hergestellt und anschließend gekapselt, wozu häufig ein Plastikmaterial verwendet wird, da dies allgemein am billigsten ist.
  • Zur Verbesserung der Effizienz beim Kapseln ist es bekannt, plattenförmige Substrate zu verwenden, wie sie üblicherweise in Flipchip-Bausteinen o.dgl. verwendet werden. Das Substrat dient hierbei sowohl als mechanischer Träger für die integrierten Schaltkreise als auch zum Verbinden hiervon mit einer externen Schaltkreisanordnung. Zum Kapseln wird üblicherweise eine Form verwendet, die gleichzeitig eine Vielzahl von Gruppen von integrierten Schaltkreisen kapselt. Hierbei kann ein Spritztopf für jeweils ein Paar von einzukapselnden Bereichen verwendet werden, wobei Eingußrinnen zu einzelnen Abschnitten über das Substrat führen. Da hierbei Abschnitte des Substrats für die Führungsrinnen verwendet werden, wird ein beträchtlicher Anteil an Substratmaterial unnötigerweise verbraucht.
  • Außerdem wurde bereits vorgeschlagen, Gruppen von integrierten Schaltkreisen auf einem Substrat separat voneinander und in zugehörigen Kammern einer Form anzuordnen, die von entsprechenden Spritztöpfen mit Gießmasse zum Kapseln der integrierten Schaltkreise gefüllt werden. Hierbei ergeben sich Probleme beim Erhärten der Gießmasse infolge der dabei erzeugten Beanspruchungen infolge des gleichmäßigen Querschnitts der die integrierten Schaltkreise bedeckenden Gießmasse. Abgesehen davon beeinträchtigt das gleichmäßige Einkapseln einer Vielzahl von integrierten Schaltkreisen die nachfolgende Verarbeitung, wie das Vereinzeln.
  • Aus EP 07 51 561 A1 ist ein Verfahren zum Kapseln integrierter Schaltkreise bekannt, bei dem auf einer Kupferfolie befestigte integrierte Schaltkreise in einer Form mit Einlegeteil angeordnet und anschließend Gießmasse in die Form eingebracht wird, um eine alle Schaltkreise überdeckende Schicht aus Harz zur Einkapselung aufzutragen. Nach dem Einkapseln wird die Kupferfolie, auf der zur Bildung eines Verdrahtungsmusters für den integrierten Schaltkreis eine Nickelschicht galvanisiert wurde durch ein Alkalilösungsmittel aufgelöst, um das Nickel frei zu legen. Mit einem Nickellösungsmittel wird die Nickelschicht entfernt, um das Verdrahtungsmuster frei zu legen. Ein Lötabdeckmittel wird aufgebracht und ein Muster in solcher Weise gebildet, daß Abschnitte für Verbindungsanschlüsse freigelegt werden. Lötkugeln werden auf den freigelegten Abschnitten des Verbindungsmusters angeordnet und dann geschmolzen. Das Verdrahtungsmuster wird mit einer externen gedruckten Leiterplatte über die Lötkugeln verbunden.
  • Nachteilig bei dem aus EP 07 51 561 A1 bekannten Verfahren ist, daß eine aufwendige Verdrahtung nach dem Einkapseln erforderlich ist und durch die verwendete Metallfolie der Vorgang des Einkapselns in einer Form mit Einlegeteil schwierig zu handhaben ist.
  • Aus US 5 796 586 ist die Verwendung von Bismalimidtriaginharz als Material für ein finales Substrat bekannt. Das finale Substrat kann als Panel mehrere Chippositionen aufweisen. Ein Umspritzen des Chips wird beschrieben, wobei jedem Chip ein separater Einspritzkanal zugeordnet ist und die Formen zum Spritzen separierte Ausnehmungen für jede Chipposition zeigen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen bzw. eine Form zum Kapseln eines plattenförmigen Substrats mit integrierten Schaltkreisen nach dem Oberbergriff des Anspruchs 1 bzw. 4 zu schaffen, daß bzw. die eine vereinfachte, schnellere und kostengünstigere Herstellung ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 4 gelöst.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • 1 und 2 zeigen schematisiert in Draufsicht und im Schnitt längs der Linie A-A von 1 eine Form in Anordnung über einem mit integrierten Schaltkreisen bestückten Substrat.
  • 3A zeigt im Schnitt eine mit der Form der 1, 2 erzeugte Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen.
  • 3B zeigt eine weitere Ausführungsform einer Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen.
  • 4 zeigt in Draufsicht eine weitere Ausführungsform einer Form zum Kapseln.
  • 5 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Kapseln von integrierten Schaltkreisen.
  • In 1 und 2 ist ein Substrat 400 vorgesehen, auf dem eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen 402, 404 angeordnet sind, wobei die Schaltkreise 402 mit dem Sustrat 400 über Bonddrähte 405 und die Schaltkreise 404 mit dem Substrat 400 über ein Bondkugelfeld 407 verbunden ist (wobei letzteres auch als BGA, TAB oder Flipchip bezeichnet wird). Das Substrat 400 kann beispielsweise aus Bismalimidtriagin, PCB, FR4 oder FR5 bestehen.
  • Zum Kapseln ist eine Form 200 vorgesehen, die einen Formkörper 250 umfaßt, der mit einer Zuführöffnung 210 versehen ist, die einen Spritztopf 270 mit einer Formausnehmung 240 verbindet. Die Formausnehmung 240 umfaßt ein Feld von einzelnen Bausteinausnehmungen 230, die durch eine Matrix von Rippen 220 gebildet werden, die die Wände der Bausteinausnehmung 230 bilden. Jede Bausteinausnehmung 230 dient dazu, einen zugehörigen integrierten Schaltkreis 402 bzw. 404 zu kapseln.
  • Die integrierten Schaltkreise 402, 404 können hierbei auf unterschiedliche Weise elektrisch mit dem Substrat 400 verbunden sein.
  • Die Rippen 220 erstrecken sich nicht über die gesamte Tiefe der Formausnehmung 240, so daß relativ schmale Spalte zwischen den Rippen 220 und der diesen zugewandten Oberfläche 410 des Substrats 400 während einer Kapselung bestehen bleiben. Diese Spalte bilden Durchlaßventile 450 zwischen benachbarten Bausteinausnehmungen 230, die es ermögli chen, daß Kapselungsmaterial und Gase, die in jeder Bausteinausnehmung 230 enthalten sind, während des Gießvorgangs hindurchströmen. Stattdessen kann auch der Formhohlraum 240 ohne irgendwelche Rippen ausgebildet sein, um auf diese Weise eine Vielzahl von Bausteinen zu kapseln, um beispielsweise einen Multichip-Baustein herzustellen.
  • Größe, Form und Abstand der Bausteine, die durch die Form 200 gebildet werden, werden primär durch die Form und die Abstände der Rippen 220 definiert. Die Rippen 220 können variabel bemessen sein, um verschiedene Bausteintypen und Konfigurationen aufzunehmen. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform sind die Wände 221 der Rippen 220 relativ zur Oberfläche 410 schräg geneigt angeordnet, um das Entfernen irgendwelcher Gase während des Gießvorganges zu erleichtern und die Reduktion des Anhaftens der Gießmasse an den Wänden der Rippen 220 reduzieren zu helfen. Der Neigungswinkel θ kann hierbei entsprechend den Anforderungen eines speziellen Systems variieren. Neigungswinkel im Bereich von etwa 15 bis 30° arbeiten gut. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen die Rippen 220 eine gleichbleibende Höhe, so daß zwischen sämtlichen benachbarten Bausteinausnehmungen 230 Durchlaßventile 450 ausgebildet sind. Jedoch können die Rippen 220 auch von unterschiedlicher Höhe sein, um den Fluß von Kapselungsmaterial zwischen benachbarten Bausteinausnehmungen 230 zu steuern oder auszuschließen.
  • Wie aus 3A ersichtlich, erzeugt die Form 200 eine gekapselte Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen 402, 404. Die Wände 221 der Rippen 220 bilden Rillen 670 in dem Kapselungsmaterial zwischen benachbarten Bausteinen 630. Die Zwischenstege 680 sind wesentlich dünner als die Stärke der Gießmasse, die jeden integrierten Schaltkreis 402, 404 bedeckt, und zwischen benachbarten Bausteinen 630 an jeder der Durchlaßventilstellen ausgebildet. Die Rippen 670 können Ausrichtungsmarkierungen für eine nachfolgende Vereinzelung der gekapselten integrierten Schaltkreise 402, 404 liefern. Zusätzlich können die Rillen 670 den Substratabfall, der durch das Erhärten der Gießmasse bewirkt wird, vermindern, indem eine entsprechende Spannungsreduzierung erfolgt. Die Zwischenstege 680 sind als Bereiche mit reduzierter Gießmassenstärke flexibler als die dickeren Abschnitte der Gießmasse, die jeden inte grierten Schaltkreis 402, 404 bedecken.
  • Bei der in 3B dargestellten Ausführungsform sind keine Rillen 670 oder andere Oberflächenstrukturen der Gießmasse vorhanden, da hier ein Multichip-Baustein vorliegt. Die Platte 403 kann ebenfalls vereinzelt werden.
  • Zum Erleichtern der Orientierung eines Bausteins ist es zweckmäßig, eine Markierung vorzusehen, die beispielsweise durch eine geeignete Markierungsstruktur 500 in jeder Bausteinausnehmung 230 der Form 200 vorgesehen sein kann, vgl. 2. Größe, Form und Stellen der Markierungen können weitgehend entsprechend den Anforderungen des speziellen Bausteins variiert werden. Die Markierungsstruktur 500 besteht beispielsweise aus kleinen Vorsprüngen an der oberen Innenseite jeder Bausteinausnehmung 230 an einer Position, die die Stelle des Anschlußstiftes 1 identifiziert. Der gekapselte Baustein umfaßt dann eine entsprechende Vertiefung 620, vgl. 3A, als Markierung für den Anschlußstift 1.
  • Die Markierungsstruktur 500 kann auch Identifizierungen, wie die Artikelnummer o.dgl., permanent auf der Oberfläche des Bausteins 630 anbringen.
  • Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform wird eine Form 200 verwendet, deren Formkörper 250 mit mehreren Spritztöpfen 270 verbunden ist, von denen jeder zu einer Vielzahl 312, 322, 332, 344 von strömungsmäßig damit verbundenen Bausteinausnehmungen 230 verbunden ist. Hierdurch wird die Zeit, die erforderlich ist, um sämtliche Bausteinausnehmungen 230 zu füllen, gegenüber der Verwendung nur eines Spritztopfes 270 verkürzt. Außerdem ist ein geringerer Spritztopfdruck für jeden der Spritztöpfe 270 erforderlich, da die Anzahl der insgesamt zu überwindenden Druckgradienten, die beispielsweise durch die Vielzahl der Durchlaßventile 450 gebildet werden, verringert ist.
  • Zum Kapseln wird zunächst der Spritztopf 270 (oder mehrere Spritztöpfe 270) mit einer ausreichenden Menge an Gießmasse gefüllt, von wo aus die Vielzahl der Bausteinausnehmungen 230 gefüllt werden. Die Gießmasse verteilt sich fächerartig über die Formausnehmung 240 vom Formeinlaß 210 aus über die Durchlaßventile 450, um die Baustein ausnehmungen 230 in der Formausnehmung 240 zu füllen. Irgendwelche Gase, die in der Formausnehmung 240 vor dem Gießen enthalten sind, werden aus der Formausnehmung 240 durch geeignet angeordnete Gasentlüftungen 290 bei fortschreitend eindringender Gießmasse herausgedrückt.
  • Gemäß 5 wird zunächst in einem Schritt 810 ein Substrat 400 bereitgestellt, das mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Leiterbahnen versehen ist. Eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen 402, 404 wird auf dem Substrat 400 montiert und elektrisch mit zugehörigen Leiterbahnen in Schritt 820 gekoppelt. In Schritt 830 wird das so bestückte Substrat 400 in einer Form 200 mit einer Vielzahl von Bausteinausnehmungen 230 angeordnet. In Schritt 840 wird dann die gesamte Vielzahl von integrierten Schaltkreisen 402, 404 auf dem Substrat 400 durch Einführen einer Gießmasse in die Form 200 gekapselt. Die Gießmasse füllt dann jede der Bausteinausnehmungen 230 aus und bedeckt jeden der integrierten Schaltkreise 402, 404, wodurch auch irgendwelche Oberflächenmarkierungen abgebildet werden.
  • Nachdem die Gießmasse alle Bausteinausnehmungen 230 gefüllt hat, unterbricht man den Zufluß der Gießmasse und läßt sie erhärten, so daß sich eine Vielzahl von gekapselten integrierten Schaltkreisen 402, 404 auf dem Substrat 400 ergibt. Danach wird im Schritt 850 die Form entfernt, und in Schritt 860 werden die integrierten Schaltkreise 402, 404 vereinzelt. Letzteres kann beispielsweise durch Sägen oder Brechen entlang der durch die Vielzahl von Rippen gebildeten Rillen geschehen.
  • Das beschriebene Verfahren ist nicht nur auf einzelne Chips, sondern auch auf Multichip-Module, Hybridbausteine o.dgl. anwendbar.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Platte von gekapselten integrierten Schaltkreisen (402, 404), bei dem ein elektrische Leiterbahnen aufweisendes plattenförmiges Substrat (400) mit integrierten Schaltkreisen (402, 404) bestückt und dann in einer Formausnehmung (240) angeordnet wird, wonach Gießmasse in die Formausnehmung (240) über wenigstens einen Formeinlaß (210) eingefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form (200) mit einer Formausnehmung (240) verwendet wird, die durch Rippen (220) in strömungsmäßig miteinander durch Durchlaßventile (450) verbundene benachbarte Ausnehmungen (230, 312, 322, 332, 344) für einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (402, 404) unterteilt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Schaltkreise (402, 404) bzw. Gruppen hiervon vereinzelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vereinzeln durch Sägen, Brechen oder teilweises Sägen und anschließendes Brechen entlang der Teilsägeschnitte vorgenommen wird.
  4. Form zum Kapseln eines plattenförmigen Substrats (400) mit integrierten Schaltkreisen (402, 404), mit einem mit wenigstens einem Formeinlaß (210) versehenen Formkörper (250), der eine Formausnehmung (240) aufweist, die derart dimensioniert ist, daß ein mit integrierten Schaltkreisen (402, 404) bestücktes plattenförmiges Substrat (400) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Formausnehmung (240) durch Rippen (220) in strömungsmäßig miteinander durch Durchlaßventile (450) verbundene benachbarte Ausnehmungen (230; 312; 322; 332; 344) für einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (402, 404) unterteilt ist.
  5. Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (220) in einer Matrix von sich schneidenden Rippen angeordnet sind.
  6. Form nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gasauslaßöffnungen (290) vorgesehen sind.
  7. Form nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (230; 312, 322, 332, 344) derart geformt sind, daß der Einschluß von Gas sowie das Anhaften von Gießmasse während des Hindurchströmens der Gießmasse verhindert werden.
  8. Form nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (220) zum freien Ende hin angeschrägt sind.
  9. Form nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (220) zur zugewandten Seite des Substrats (400) beabstandet sind und mit dieser die Durchlaßventile (450) bilden.
  10. Form nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (220) eine ausreichende Erstreckung in Richtung zur zugewandten Seite des Substrats (400) aufweisen, so daß Rillen (670) ausgebildet werden.
  11. Form nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ausnehmungen (230; 312, 322, 332, 344) Mittel (500) zum Anbringen von Markierungen angeordnet sind.
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