DE2734439C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einkapseln von mindestens einer auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten integrierten Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Integrierte Schaltungen werden heute in großem Umfang z. B. in Uhren, Rechnern und dergleichen verwendet. Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren, mit dessen Hilfe die inte­ grierten Schaltungen (Chips) in Bauteilen mit Gehäuse mon­ tiert werden können, wobei die Bauteile das Eindringen von Gasen oder Feuchtigkeit verhindern, um die Standzeit der integrierten Schaltungen zu erhöhen.

In der DE-OS 22 30 863 ist ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art beschrieben, bei dem der isolierende Rahmen aus zwei miteinander verschmolzenen Glasteilen besteht, nämlich einer unteren Glasplatte und einem oberen Glasring, der nach dem Verschmelzen den Hohlraum bildet, der mit einer gelartigen Dichtungsmasse gefüllt wird. Der mit der inte­ grierten Schaltung bestückte und mit der Dichtungsmasse gefüllte Glaskörper wird von einem Kunststoffgehäuse einge­ kapselt. Das Herstellen der Kunststoffumhüllung, die den Glaskörper allseitig umgibt, erfordert einen hohen Fertigungs­ aufwand und nimmt relativ viel Zeit im Zuge des Herstellungs­ verfahrens in Anspruch. Aufgrund des aufwendigen Her­ stellungsverfahrens und des beträchtlichen Materialbedarfs für den Glaskörper und die Kunststoffumhüllung ist das fertige Bauteil relativ teuer.

Aus der DE-AS 11 88 728 ist eine Halbleiteranordnung bekannt, bei der am Boden eines metallischen Bechers das Halbleiter-Bauelement angeordnet ist, welches von einem Leiterstift kontaktiert ist, der einen metallischen Deckel des Gehäuses durchsetzt. Der Hohlraum des metallischen Gehäuses ist mit einer Silicon­ gießmasse ausgefüllt. Der mit Silicongießmasse gefüllte Hohlraum kann u. a. durch Verstemmen des Deckels mit der Gehäusewand luftdicht abgeschlossen werden.

Aus der US-PS 36 29 668 ist bekannt, zum Einkapseln einer in einem Hohlraum eines Isolierkörpers befindlichen integrierten Schaltung einen abdichtenden Stopfen oder Deckel einzubringen, in dem vorzugsweise der Deckel aus dem gleichen Material wie der Isolierblock durch Gießen herge­ stellt wird. Von einer Reibverbindung des Deckels mit dem Isolierblock ist in der ge­ nannten US-PS keine Rede.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß sich das hermetische Verschließen des die integrierte Schaltung auf­ nehmenden Hohlraums wesentlich vereinfacht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Während das Verfahren nach der DE-OS 22 30 863 eine voll­ ständige Umhüllung aus Kunststoff vorsieht, gegebenenfalls erst nach Verschließen des Hohlraums in dem Glaskörper (Figur 8 der DE-OS 22 30 863), erfolgt erfindungsgemäß das Verschließen des Hohlraums durch Einpressen des Verschluß­ teils unter Bildung einer Reibverbindung. Das Verschluß­ teil läßt sich im Zuge der automatischen Fertigung der Bauteile in kürzester Zeit anbringen. Die erfindungsgemäße integrierte Schaltung ist wesentlich weniger aufwendig als die bekannten Schaltungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockbild des Verfahrens nach der Er­ findung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Bahn von Substraten bzw. Chips für integrierte Schaltungen;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine sternförmige Zuleitungseinheit, die zum Befestigen eines Substrats verwendet wird;

Fig. 4 die sternförmige Zuleitungseinheit nach Fig. 3, auf der ein Substrat befestigt ist;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Mehrzahl von elektrischen Zuleitungen, auf die ein Rahmen aus Isolierstoff aufgeformt ist;

Fig. 6 den Rahmen nach Fig. 5, wobei darauf die aus Zuleitungseinheit und Substrat bestehende Untergruppe nach Fig. 4 befestigt ist;

Fig. 7 eine Ansicht der anderen Seite der An­ ordnung nach Fig. 6;

Fig. 8, 9 und 10 Schnittansichten VIII-VIII nach Fig. 7, die Verfahrensschritte ver­ deutlichen;

Fig. 11 eine Perspektivansicht der Anordnung nach Fig. 5, auf der die Untergruppe aus Zuleitungseinheit und Substrat angeordnet ist;

Fig. 12 eine Perspektivansicht der zusammenge­ fügten Anordnung nach Fig. 11, wobei ein Teil weggebrochen ist;

Fig. 13 eine Schnittansicht eines ersten Aus­ führungsbeispiels der Baugruppe nach der Erfindung und

Fig. 14 eine Schnittansicht eines zweiten Aus­ führungsbeispiels der Baugruppe nach der Erfindung.

Nach Fig. 1 werden elektrische Zuleitungsrahmen (z. B. ent­ sprechend den Fig. 11 und 12) von einem Vorrat 1 einer Formstation 2 zugeführt, an der ein Rahmen aus elektri­ schem Isolierstoff (z. B. nach den Fig. 11 und 12) auf jeden Zuleitungsrahmen geformt wird. Sternförmige Zulei­ tungseinheiten (z. B. nach Fig. 3) werden von einem Vorrat 3 entnommen und zusammen mit integrierten Schal­ tungssubstraten bzw. -chips von einem Vorrat 4 einer Montagestation 5 zugeführt, an der ein Substrat auf jeder sternförmigen Zuleitungseinheit angeordnet wird, so daß eine Anordnung nach Fig. 4 erhalten wird. Die aus Zu­ leitungseinheit und Substrat bestehenden Untergruppen werden dann einer Montagestation 6 zugeführt, an der je­ weils eine solche Untergruppe im Rahmen je einer von der Formstation 2 zugeführten, aus Zuleitungen und Rahmen bestehenden Untergruppe befestigt wird, so daß eine Anordnung nach den Fig. 6 und 7 erhalten wird. Die aus Zuleitungsrahmen, sternförmiger Zuleitungseinheit und Substrat bestehende Baugruppe wird dann einer ersten Verschließstation 7 zugeführt, an der ein Verschlußteil in den Rahmen eingepreßt wird, so daß dessen eine Seite verschlossen ist (vgl. Fig. 8); daraufhin wird die Bau­ gruppe einer zweiten Verschließstation 8 zugeführt, an der der Hohlraum im Rahmen mit einer gelartigen Dichtungs­ masse, z. B. Silikongel, gefüllt wird (vgl. Fig. 9), und schließlich wird sie einer dritten Verschließstation 9 zugeführt, an der ein zweiter Verschlußteil in den Rahmen eingepreßt wird, dessen offene Seite verschließt und gleichzeitig das Dichtungsgel verdichtet, so daß die erhaltene Baugruppe zuverlässig hermetisch dicht ist (vgl. Fig. 10).

Das vorstehend erläuterte Verfahren hat den Vorteil, daß es leicht vollautomatisch durchführbar ist; dabei ergibt sich durch das Einpressen der Verschlußteile in den Rahmen, in dem sie ausschließlich durch Reibverbindung gehalten werden, der zusätzliche Vorteil, daß die Ver­ schlußteile jeweils durch einen Hub einer geeigneten automatischen Vorrichtung an den Stationen 7 und 9 ge­ fertigt und eingepaßt werden können.

Fig. 2 zeigt mehrere Halbleitersubstrate bzw. -chips 10 mit integrierten Schaltungen, deren jedes um seinen Rand mit mehreren An­ schlußflächen 11 ausgebildet ist. Es sind viele Verfahren zum Herstellen solcher Substrate bekannt, und Einzel­ heiten brauchen daher nicht erläutert zu werden.

Fig. 3 zeigt eine sternförmige Zuleitungseinheit, bestehend aus mehreren konvergierenden Zuleitungen 12, die auf einer Isolierstoffolie 13 angeordnet sind. Die Isolierstoffolie 13 ist mit einem Fenster 14 ausgebildet, und die Zuleitungen 12 reichen sowohl in das Fenster 14 hinein als auch über den Rand der Folie 13 hinaus.

In Fig. 4 ist die sternförmige Zuleitungseinheit nach Fig. 3 mit einem über dem Fenster 14 angeordneten Halbleitersubstrat 10 nach Fig. 2 versehen, wobei die Anschlußflächen 11 des Halbleitersubstrats 10 z. B. durch Beaufschlagen mit Wärme oder Ultraschall mit den Innenenden der Zuleitungen 12 verbun­ den sind. Solche Untergruppen werden an der Befestigungs­ station 5 nach Fig. 1 hergestellt.

Fig. 5 zeigt einen Teil einer Zuleitungsrahmeneinheit, be­ stehend aus mehreren elektrischen Zuleitungen 15, die einen Teil eines vollständigen Zuleitungsrahmens nach Fig. 11 bilden. Ein Rahmen 16 aus elektrischem Isolier­ stoff ist in bekannter Weise auf den Zuleitungen aufgeformt, wobei sich die Zuleitungen 15 von innerhalb des Rahmens 16 durch den Rahmen 15 nach außen erstrecken. Überflüssige Teile des Zuleitungsrahmens werden anschließend in üblicher Weise entfernt, so daß die Zuleitungen 15 elektrisch von­ einander getrennt und dann in ihrer Lage durch den Rahmen 16 gehaltert sind. Die aus Zuleitungen und Rahmen bestehende Untergruppe nach Fig. 5 wird an der Formstation 2 nach Fig. 1 hergestellt.

In Fig. 6 ist auf der Untergruppe nach Fig. 5 eine aus sternförmigen Zuleitungen und Substrat bestehende Unter­ gruppe nach Fig. 4 angeordnet, wobei die äußeren Enden der Zuleitungen 12 der sternförmigen Zuleitungseinheit mit den inneren Enden der elektrischen Zuleitungen 15 ver­ bunden sind, so daß das Halbleitersubstrat 10 in dem durch den Rahmen 16 gebildeten Hohlraum 17 aufgenommen ist. Die Anschlüsse zwischen den Zuleitungen 12 und 15 sind mit bekannten Verfahren, z. B. durch Wärme-Druck-Verbinden, hergestellt, und die Zuleitungen sind bevorzugt mit einem Edelmetall, z. B. Gold oder Silber, beschichtet.

Fig. 7 zeigt die Rückseite der Baugruppe nach Fig. 6, die an der Befestigungsstation 6 hergestellt wird.

Die Schnittansicht von Fig. 8 veranschaulicht den an der Station 7 nach Fig. 1 ausgeführten Verfahrensschritt. Ein aus Isolierstoff bestehendes Verschlußteil 18 wird in den Hohlraum 17 des Rahmens 16 eingepreßt und darin durch Reibverbindung gehalten; es verschließt nur eine Seite des Hohlraums 17.

In Fig. 9 ist die Baugruppe mit dem eingepreßten Verschluß­ teil 18 dargestellt. An der Station 8 nach Fig. 1 wird der Hohlraum 17 im wesentlichen mit einer gelartigen Dichtungs­ masse 19, z. B. einem Silikongel mit niedrigem molekularem Vernetzungsgrad, angefüllt, woraufhin ein zweites Verschluß­ teil 18 in den Rahmen eingepreßt wird und die offene Seite des Hohlraums 17 verschließt; dieser Schritt wird an der Station 9 nach Fig. 1 durchgeführt. Während des Einpressens des zweiten Verschlußteils 18 wird die Dichtungsmasse 19 verdichtet und fließt, so daß sie alle im Hohlraum 17 und zwischen den Rändern der Verschluß­ teile 18 und dem Rahmen 16 vorhandenen Zwischenräume ausfüllt; dadurch wird die erhaltene Baugruppe wirksam hermetisch dicht gemacht.

Fig. 10 zeigt die so hergestellte fertige Baugruppe nach der Erfindung.

Fig. 11 verdeutlicht den an der Station 6 nach Fig. 1 durchgeführten Verfahrensschritt. Eine sternförmige Zu­ leitungseinheit, die ein Halbleitersubstrat 10 trägt, ist aus einem Streifen 20 gestanzt worden, bevor sie in den Hohlraum 17 der aus Zuleitungen und Rahmen bestehenden Einheit eingesetzt wird.

Nach den Fig. 12 und 13 weist der Hohlraum 17 auch eine leitfähige Erdungsplatte 21 auf, auf der das Halbleitersubstrat 10 sitzt und die über eine der Zuleitungen 15 mit der Außen­ seite des Rahmens 16 verbunden ist.

Ferner sind nach Fig. 13 die Zuleitungen 15 um den Rahmen 16 gebogen und bilden Kontakte zum Herstellen von An­ schlüssen an die fertige dichte Baugruppe.

Bei dem erläuterten Verfahren wird zwar nur ein Halbleitersubstrat 10 im Hohlraum 17 befestigt; es ist aber ersichtlich, daß erforderlichenfalls auch zwei aus sternförmigen Zuleitungen und Substrat bestehende Untergruppen an der Station 6 nach Fig. 1 montierbar sind, wobei die Zuleitungen 12 der beiden Untergruppen mit gegenüberliegenden Seiten der Zuleitungen 15 der aus Zuleitungen und Rahmen bestehenden Untergruppe verbunden werden. Das Verschließen und Ab­ dichten des Hohlraums 17 erfolgt dann in der vorstehend erläuterten Weise.

Eine solche Baugruppe ist in Fig. 14 dargestellt, wobei auch eine Erdungsplatte zwischen den beiden Halbleitersubstraten ange­ ordnet ist.

Die Verschlußteile 18 sind zwar als aus Isolierstoff bestehend erläutert worden, sie können jedoch auch aus leitfähigem Werkstoff bestehen, was für das untere Verschlußteil der Baugruppe nach Fig. 13 besonders vorteilhaft ist.

Claims (3)

1. Verfahren zum Einkapseln von mindestens einer auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten integrierten Schaltung, bei dem zunächst das Halbleitersubstrat in einem Hohlraum eines elektrisch isolierenden Rahmens befestigt und mit elektrischen Leitern, die durch den Rahmen hindurchgehen, verbunden wird, sodann in den Hohlraum eine das Halbleiter­ substrat und die elektrischen Verbindungen zwischen dem Halbleitersubstrat und den elektrischen Leitern bedeckende gelartige Dichtungsmasse eingebracht wird und schließlich der Hohlraum mit einem Verschlußteil hermetisch dicht abge­ schlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen einer Reibverbindung mit dem Rahmen das Verschlußteil in den Rahmen eingepreßt wird, wobei durch die im Hohlraum zusammengepreßte gelartige Dichtungsmasse eine hermetisch dichte Einkapselung erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmen verwendet wird, der nach zwei einander gegenüberliegenden Seiten offen ist und daß ein die eine Hohlraumseite abschließendes erstes Verschlußteil vor und ein die andere Hohlraumseite ab­ schließendes zweites Verschlußteil nach dem Einbringen von Dichtungsmasse in den Hohlraum in den Rahmen eingepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstat vor seiner Befestigung in dem Rahmenhohlraum auf einer Zuleitungseinheit mit mehreren auf einer Isolierstoffolie angeordneten, sternförmig konvergierenden Zuleitungen befestigt und mit den Zu­ leitungen elektrisch verbunden wird, die ihrerseits mit den durch den Rahmen hindurchgehenden Leitern elektrisch verbunden werden.