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Dokumentenidentifikation DE102006023168A1 22.11.2007
Titel Herstellungsverfahren für eine elektronische Schaltung und elektronische Schaltung in einer Package-in-Package-Ausführung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Mahler, Joachim, Dr., 93051 Regensburg, DE;
Bauer, Michael, Dipl.-Ing. (FH), 93152 Nittendorf, DE;
Kessler, Angela, Dr., 93053 Regensburg, DE;
Schober, Wolfgang, Dr., 92224 Amberg, DE;
Haimerl, Alfred, Dr., 93161 Sinzing, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 17.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006023168
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse H01L 25/04(2006.01)A, F, I, 20060517, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 23/48(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   H01L 23/498(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   H01L 23/28(2006.01)A, L, I, 20060517, B, H, DE   
Zusammenfassung Herstellungsverfahren für eine elektronische Schaltung in Package-in-Package-Ausführung, wobei ein Gehäuse eines elektronischen Bauelementes auf einem internen Gehäuseträger, insbesondere einer Leiterplatte, verankert wird, wobei das Gehäuse des elektronischen Bauelementes auf einem vorgesehenen Einbauplatz auf dem Gehäuseträger aufgeklebt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine elektronische Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine elektronische Schaltung in einer Package-in-Package-Ausführung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Elektronische Schaltungen in einer Package-in-Package-Ausführung sind Schaltungen, bei denen eine oder mehrere aktive elektronische Elemente, beispielsweise Halbleiterelemente oder -schaltungen, zweifach verkapselt sind. Die erste Verkapselung ist dabei das übliche Gehäuse eines elektronischen Bauelementes, das mit seinen äußeren Kontaktierungen auf einem Gehäuseträger, zum Beispiel einer Leiterplatte oder Leiterkarte, mechanisch und elektrisch leitend verankert ist. Weitere passive elektronische Bauelemente, beispielsweise Widerstände und Kondensatoren, können auf dem Gehäuseträger zusätzlich angeordnet sein. Der Gehäuseträger wird auch als PCB-Substrat bezeichnet.

Der Gehäuseträger wiederum ist mit einem so genannten DCB-Substrat kontaktiert, beispielsweise über eine Reihe von Drähten gebondet. Das PCB- und das DCB-Substrat wiederum befinden sich einer zweiten Verkapselung aus einer Umhüllmasse. Die zweite Verkapselung umschließt somit den im Inneren befindlichen Gehäuseträger im wesentlichen vollständig. Die Kontaktierung der elektronischen Bauelemente im Inneren dieses sogenannten Mould Compounds erfolgt über das DCB-Substrat. Die gesamte Package-in-Package-Anordnung ist in einen äußeren Leiterrahmen, den so genannten Leadframe, eingefügt.

Auf elektronische Schaltungen in einer Package-in-Package-Ausführung wird vor allem dann zurückgegriffen, wenn die elektronische Schaltung und insbesondere die aktiven elektronischen Elemente in einer besonderen Weise vor Umwelteinflüssen, beispielsweise Feuchtigkeit oder Strahlung, geschützt werden müssen.

Von besonderer Bedeutung ist dabei die Verankerung des Gehäuses des jeweiligen elektronischen Bauelementes auf dem Gehäuseträger. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik werden die Gehäuse auf den Gehäuseträger aufgelötet und anschließend wie beschrieben verkapselt. Bei dieser Vorgehensweise penetriert jedoch in der Regel Flussmittel in den Spalt zwischen Gehäuse und Gehäuseträger ein. Dies führt zu Delaminationen zwischen Gehäuse und Gehäuseträger.

Um dies zu verhindern, werden so genannte Finefiller-Moldcompounds eingesetzt, die den Spalt zuverlässig verschließen und somit die genannte Penetration verhindern. Derartige Materialien bestehen jedoch aus Werkstoffen, die teuer sind und aufwändig verarbeitet werden müssen. Die üblichen Materialien für derartige Finefiller-Moldcompounds müssen für eine einwandfreie Haftung auf dem Gehäuseträger einer Plasmaaktivierung unterzogen werden. Im Spaltbereich zwischen Gehäuse und Gehäuseträger ist die Plasmaaktivierung aus geometrischen Gründen erschwert, sodass dort regelmäßig Haftungsprobleme zwischen Mold Compound und Gehäuseträger auftreten.

Es ergibt sich aus dem genannten Problem die Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für eine elektronische Schaltung in einer verkapselten Package-in-Package-Ausführung anzugeben, bei dem mit einfachen und kostengünstigen Mitteln eine sichere Haftung zwischen dem Gehäuse des elektronischen Bauelementes und dem Gehäuseträger erreicht wird. Weiterhin soll eine entsprechende, verbesserte elektronische Schaltung bereitgestellt werden.

Die Aufgabe wird mit einem Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer elektronischen Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche beinhalten zweckmäßige Ausführungsformen des Verfahrens bzw. der elektronischen Schaltung.

Das Herstellungsverfahren für eine elektronische Schaltung in einer verkapselten Package-in-Package-Ausführung mit einem verankerten Gehäuse eines elektronischen Bauelementes auf einem internen Gehäuseträger, insbesondere einer Leiterplatte, hat das wesentliche Merkmal, dass das Gehäuse des elektronischen Bauelementes auf einem vorgesehenen Einbauplatz auf den Gehäuseträger aufgeklebt wird. Hierdurch wird einerseits der Spalt zwischen Gehäuse und Gehäuseträger zuverlässig verschlossen und andererseits das Gehäuse fest auf dem Gehäuseträger verankert. Dadurch wird eine Pendration eines aggressiven Mediums von vornherein unterbunden und der Einsatz eines teuren Mould Compounds kann vollständig entfallen.

Zum Aufkleben erfolgt in einer zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens zunächst ein Auftragen eines Klebstoffs auf dem vorgesehenen Einbauplatz auf dem Gehäuseträger, im Anschluss daran ein Lotpastendruck für die elektrische Anbindung und schließlich ein verklebendes Aufsetzen des Gehäuses auf den mit Klebstoff versehenen Einbauplatz zur mechanischen Anbindung.

Vor dem Verankern des Gehäuses werden somit alle sowohl für das Verlöten des elektronischen Bauelementes als auch für das Befestigen des Gehäuses notwendigen Vorbereitungsschritte ausgeführt. Nachdem das Gehäuse auf dem entsprechenden Einbauplatz aufgeklebt ist und somit der Spalt zwischen Gehäuse und Gehäuseträger durch die Klebverbindung absolut dicht verschlossen ist, kann im Anschluss daran das Löten erfolgen.

Das Aufbringen des Klebstoffs kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.

Bei einer ersten Ausführungsform wird der Klebstoff mittels eines Druckverfahrens, insbesondere eines Siebdruckverfahrens, aufgebracht. Druckverfahren, insbesondere Siebdruckverfahren, sind für das erforderliche präzise Aufbringen eines Klebstoffs in einer definierten Dicke sehr gut geeignet.

Bei einer zweiten Ausführungsform wird das Aufbringen des Klebstoffs in einem Laminierverfahren ausgeführt. Dabei wird der Klebstoff von einem Träger auf den entsprechenden Einbauplatz übertragen. Der Vorteil hierbei ist, dass der Klebstoff vorab auf dem Träger exakt in Dicke und Form dimensioniert werden kann darauf dem Träger kein Druck-Sieb benötigt wird.

Schließlich wird bei einer weiteren Ausführungsform zum Aufbringen des Klebstoffs auch ein Dispensverfahren praktiziert. Dieses Verfahren eignet sich besonders zum Absetzen punkt- oder linienförmiger Klebstoffaufträge in einer genau berechneten Menge.

Nach dem Aufbringen des Klebstoffs erfolgt in einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens eine Energieeinwirkung, insbesondere ein b-staging-Prozess, für eine Vor- oder partielle Vernetzung und/oder eine Konzentrationsreduktion eines Klebstofflösungsmittels im Bereich des Einbauplatzes. Eine derartige Vorgehensweise ist bei einer Reihe von dafür vorgesehenen Klebstoffen und Klebstoff klassen notwendig oder vorteilhaft, um deren Klebefähigkeit zu erhöhen bzw. den Klebezeitpunkt genau planen und in einen Produktionsprozess eintakten zu können.

Die Energieeinwirkung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bei einer ersten Ausführungsform wird eine lokale Wärmeeinwirkung im Bereich des Einbauplatzes ausgeführt. Dabei wird die Konzentration des Klebstofflösungsmittels durch ein teilweises Verdunsten reduziert.

Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Energieeinwirkung in Form einer auf den Bereich des Einbauplatzes einwirkenden elektromagnetischen Strahlung, insbesondere in Form von UV-Strahlung. Dabei reagiert das Klebstoffsystem bzw. verflüchtigt sich das Lösungsmittel teilweise infolge der Erwärmung oder auch durch einen chemischen Prozess infolge des Energieeintrags der UV-Strahlung. Eine vollständige Vernetzung des Klebstoffs findet zu einem definierten späteren Zeitpunkt, mit Abstand zu und hinsichtlich der Prozesskinetik getrennt von der erwähnten Vorvernetzung, bei einer höheren Temperatur (typischerweise mit 30–40°C Abstand zur Temperatur der Vornetzung) oder als Strahlungsvernetzung statt. Hierfür kann bevorzugt UV-Strahlung, ggf. aber auch IR-Strahlung in einem geeigneten Wellenlängenbereich eingesetzt werden.

Ein Verlöten des elektronischen Bauelementes und ein Umhüllen des auf seinem Einbauplatz befestigten Bauelementes werden nach Abschluss des Aufklebens des Gehäuses ausgeführt.

Eine elektronische Schaltung in einer verkapselten Package-in-Package-Ausführung, enthaltend ein auf einem internen Gehäuseträger, insbesondere einer Leiterplatte, befestigtes elektronisches Bauelement zeichnet sich aus durch eine am Einbauplatz des Gehäuses auf dem Gehäuseträger angeordnete, die Unterseite des Gehäuses mit der Oberfläche des Gehäuseträgers verbindende Klebverbindung.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform besteht die Klebverbindung aus einem b-stage-Klebstoff, etwa einem Epoxidharz, Acrylharz oder Urethan oder ähnlichen reaktiv vernetzenden System. In einer weiteren Ausführungsform besteht die Klebverbindung mindestens teilweise aus einem thermoplastischen Material. Ein derartiges Material kann unter Wärmeeinwirkung einen viskosen Zustand annehmen, bei dem das Gehäuse aufgeklebt und beim Abkühlen und Aushärten die permanente Klebverbindung realisiert wird.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sollen nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die 1 und 2. Es werden für gleiche oder gleich wirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.

Es zeigt:

1 eine elektronische Schaltung in einer verkapselten Package-in-Package-Ausführung nach dem Stand der Technik und

2 eine elektronische Schaltung in einer verkapselten Package-in-Package-Ausführung in einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform.

1 zeigt eine elektronische Schaltung in einer verkapselten Package-in-Package-Ausführung nach dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung. Die Anordnung enthält ein Gehäuse 1 eines nicht dargestellten elektronischen Bauelementes, beispielsweise eines Transistors, einer Diode oder eines Integrierten Schaltkreises. Das elektronische Bauelement ist auf einem Gehäuseträger 2, beispielsweise einer Leiterkarte, elektrisch leitend befestigt, wobei ein Spalt 1a zwischen dem Gehäuse und der Oberfläche des Gehäuseträgers 2 praktisch unvermeidbar ist.

Der Gehäuseträger 2 trägt weitere passive bzw. sekundäre elektronische Bauelemente 4. Dies können beispielsweise Widerstände oder Kondensatoren sein. Der Gehäuseträger ist über mindestens einen Bonddraht 5, der beispielsweise aus Aluminium besteht, mit einem DCB-Substrat 6 kontaktiert. Ein Pin 7 des DCB-Substrates kann für eine verbesserte Kontaktierung metallisiert sein. Die genannten Teile befinden sich innerhalb einer Umhüllung 8. Die gesamte Anordnung ist in einen äußeren Leadframe 9 integriert.

Für die Umhüllung wird nach dem Stand der Technik ein kostenintensives Finefiller-Mouldcompound verwendet, um den Spalt 1a gegen ein Eindringen eines Flussmittels abzudichten und das Gehäuse 1 fest mit dem Gehäuseträger 2 zu verbinden, wobei weiter oben die Haftung des Mouldcompounds im Bereich des Spaltes 1a nicht zuverlässig gewährleistet werden kann.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Innerhalb des Spaltes 1a befindet sich eine Klebstoffschicht, die eine Klebverbindung 3 bildet. Die Umhüllung 8 kann in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem kostengünstigeren Material bestehen.

Der Klebstoff wird an den Einbauplatz des Gehäuses auf dem Gehäuseträger mittels eines Dispens-, Druck- oder Laminierverfahrens aufgebracht.

Wie bereits beschrieben, eignet sich das Dispensverfahren vorwiegend für kleinere punkt- oder kreisförmige Areale. Eine Dispenserkanüle wird hierfür auf den entsprechenden Einbauplatz abgesenkt. Als nächstes wird eine bestimmte Klebstoffmenge durch die Kanüle auf den Einbauplatz abgesetzt und die Kanüle von dem Einbauplatz wegbewegt. Die Bewegung der Kanüle und ihre korrekte Positionierung an der entsprechenden Stelle auf dem Gehäuseträger sowie das Freigeben der Klebstoffmenge können automatisiert erfolgen. Prinzipiell kann hierzu auf die entsprechenden Dispensertechnologien und -vorrichtungen zurückgegriffen werden.

Ein Aufdrucken oder Laminieren des Klebstoffs ist bei einem rechteckigen, quadratischen oder größeren Einbauplatz vorteilhafter. Das Aufdrucken erfolgt beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens mit einem Siebdruckkopf und einer Siebdruckschablone. Ein wesentlicher Vorteil des Siebdruckverfahrens besteht darin, dass sich über die besondere Gestaltung der Siebdruckschablone auch Einbauplätze mit einer komplizierter geformten Fläche, beispielsweise Polygone und dergleichen Formen, mit einer gleichmäßigen Klebstoffschicht bedecken lassen.

Das Laminierverfahren eignet sich vorwiegend für regelmäßig geformte Einbauplätze mittlerer Größe, beispielsweise kleinere Gehäuse integrierter Schaltungen. Hierzu wird aus einem Magazin ein Laminierband mit auf dem Laminierband befindlichen Klebeschichten herangeführt, wobei die Klebeschicht auf den Einbauplatz aufgewalzt und das Laminierband danach um eine gewisse Schrittweite weiterbewegt wird. In diesem Fall wird allerdings ein etwas größerer Druck auf den Gehäuseträger ausgeübt.

In Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Klebstoff erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt ein b-Staging-Prozess zur Reduktion des Lösungsmittels innerhalb der Klebeschicht. Dadurch kann der Zeitpunkt des Aufklebens des Gehäuses genauer geplant werden.

Das Gehäuse 1 kann sowohl mit einer Rückseitenverlötung des Gehäuseträgers, als auch mit einer Surface-Mount-Technologie mit dem Gehäuseträger kontaktiert werden. In beiden Fällen erfolgt ein Lotpastendruck erst nach dem Auftragen der Klebeschicht bzw. dem b-staging-Prozess. Das Gehäuse wird unmittelbar im Anschluss daran auf den Einbauplatz aufgesetzt und unter Temperatureinwirkung verfügt, wobei der Klebstoff eine dauerhafte Verbindung ausbildet.

Das Löten des Bauteils erfolgt im Anschluss an das Aufkleben auf den Einbauplatz in der üblichen Weise, wobei der Spalt zwischen Gehäuse und Gehäuseträger durch die Klebeschicht vollständig geschlossen ist. Die Fertigung der Package-in-Package-Konfiguration endet mit der Umhüllung des Gehäuseträgers mit der Umhüllmasse. Hierzu können übliche hochleistungsthermoplastische Materialien verwendet werden, die auf die Unterseite und Oberseite des Gehäuseträgers bedeckend aufgeprägt werden.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. durch Abänderungen an den gezeigten Ausführungsbeispielen im Rahmen fachmännischen Handelns.

Herstellungsverfahren für eine elektronische Schaltung und elektronische Schaltung in einer Package-in-Package-Ausführung

1
Gehäuse
1a
Spalt
2
Gehäuseträger
3
Klebverbindung
4
weiteres Bauelement
5
Bonddraht
6
DCB-Substrat
7
Pin
8
Umhüllung
9
Leadframe


Anspruch[de]
Herstellungsverfahren für eine elektronische Schaltung in Package-in-Package-Ausführung, wobei ein Gehäuses eines elektronischen Bauelementes auf einem internen Gehäuseträger, insbesondere einer Leiterplatte, verankert wird dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des elektronischen Bauelementes auf einem vorgesehenen Einbauplatz auf dem Gehäuseträger aufgeklebt wird. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Auftragen eines Klebstoffs auf dem vorgesehenen Einbauplatz auf dem Gehäuseträger, einen im Anschluss daran erfolgenden Lotpastendruck und ein sich daran anschließendes verklebendes Aufsetzen des Gehäuses auf den mit dem Klebstoff versehenen Einbauplatz. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Klebstoffs in einem Druckverfahren, insbesondere einem Siebdruckverfahren, erfolgt. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Klebstoffs in einem Laminierverfahren erfolgt. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Klebstoffs in einem Dispensverfahren erfolgt. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen des Klebstoffs auf den Einbauplatz eine Energieeinwirkung, insbesondere ein b-staging-Prozess, für eine partielle Klebstoffvernetzung und/oder Konzentrationsreduktion eines Klebstofflösungsmittels im Bereich des Einbauplatzes erfolgt. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinwirkung in Form einer Wärmeeinwirkung im Bereich des Einbauplatzes erfolgt. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinwirkung in Form einer auf den Bereich des Einbauplatzes einwirkenden elektromagnetischen Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, erfolgt. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein vollständiges Erhärten des Klebstoffs in einem späteren, vom b-staging-Prozess zeitlich getrennten Schritt bei einer höheren Temperatur als der b-staging-Prozess oder als Strahlungsvernetzung, insbesondere mit UV-Strahlung, ausgeführt wird. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlöten des elektronischen Bauelementes und ein Umhüllen des auf seinem Einbauplatz befestigten Bauelementes nach Abschluss des Aufklebens des Gehäuses ausgeführt wird. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebstoff ein b-staging-Klebstoff, insbesondere vom Typ des Epoxidharzes, Acrylates, Urethans oder eines ähnlichen reaktiv vernetzenden Typs, eingesetzt wird. Elektronische Schaltung in Package-in-Package-Ausführung, enthaltend ein auf einem internen Gehäuseträger, insbesondere einer Leiterplatte, befestigtes elektronisches Bauelement und/oder eine integrierte Schaltung, gekennzeichnet durch eine am Einbauplatz des Gehäuses auf dem Gehäuseträger angeordnete, die Unterseite des Gehäuses mit der Oberfläche des Gehäuseträgers verbindende Klebverbindung. Integrierte Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebverbindung einen b-stage-Klebstoff, insbesondere vom Typ des Epoxidharzes, Acrylats oder Urethans oder ein anderes reaktiv vernetzendes System, aufweist. Integrierte Schaltung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebverbindung ein thermoplastisches Hochleistungs-Material aufweist.






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