DE19628665A1 - Halbleiter-Modul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Modul und insbesondere einen Halbleiter-Modul, der auf besonders vorteilhafte Weise mit einer Umhüllung aus Kunststoff umgeben werden kann.

Üblicherweise werden Halbleiter-Module nach ihrer Montage in ein Gehäuse aus Kunststoff-Preßmasse eingeschlossen. Hierfür wird der Halbleiter-Modul, der einen mit einem Anschlußrahmen (Leadframe) verbundenen Halbleiter-Chip umfaßt, in einer Preß­ form (auch als Werkzeugkavität bezeichnet) plaziert, und es wird Kunststoff-Formmasse injiziert, die sich über Ober- und Unterseite des Halbleiter-Moduls ausbreitet, bis die Preßform vollständig mit Kunststoff ausgefüllt ist. Idealerweise weist das Gehäuse keinerlei Einschlüsse wie z. B. Luft auf. Um Lufteinschlüsse (sogenannte Voids) beim Molden, dem Umhüllen des Halbleiter-Moduls mit Kunststoff-Formmasse, zu verhindern, ist darauf zu achten, daß der Halbleiter-Modul als sogenanntes "Balanced Package" ausgebildet ist. Dieses "Balanced Package" sorgt dafür, daß der eingespritzte Kunststoff sich gleichmäßig über Ober- und Unterseite des Halbleiter-Moduls verteilt und auf beiden Seiten gleichmäßig schnell von der Injektionsseite zur Entlüftungsseite des Gehäuse-Formhohlraums fließt und sich das Gehäuse nicht durchbiegt. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Kunststoffmasse auf einer Seite des Halbleiter-Moduls schneller fließt als auf der anderen, an der Entlüftungsseite des Gehäuse-Formhohlraums auf die andere Seite des Moduls über­ tritt und zwischen beiden Kunststoff-Fronten Luft eingeschlos­ sen wird.

Ein "Balanced Package" kann beispielsweise erzielt werden, in­ dem man den zu umhüllenden Halbleiter-Modul so ausgestaltet, daß bestimmte Abstände von Modul-Oberseite (Chip-Oberfläche) zur Oberseite des Formhohlraums und von Modul-Unterseite (Unterseite des Anschlußrahmens) zur Unterseite des Formhohl­ raums eingehalten werden. Beispielsweise kann der Abstand von Modul-Oberseite zur Oberseite des Formhohlraums im wesentlichen dem Abstand von Modul-Unterseite zur Unterseite des Formhohl­ raums entsprechen. Dadurch wird sichergestellt, daß die mit Kunststoff aufzufüllenden Räume ober- und unterhalb des Moduls in etwa gleich groß sind und sich der injizierte Kunststoff in ihnen gleichmäßig verteilt.

Zweckmäßig wird daher die Auflagefläche für den Halbleiter-Chip, beispielsweise die Insel, abgesenkt, so daß der Halblei­ ter-Chip tiefer zu liegen kommt. Vorzugsweise erfolgt die Ab­ senkung der Auflagefläche so, daß Ober- und Unterseite des Mo­ duls von der durch die Anschlußfinger des Anschlußrahmens ge­ henden Ebene im wesentlichen gleich weit entfernt sind. Diese definierte sogenannte "Z-Position" des Systems ermöglicht im Idealfall einen gleichmäßigen Fluß der Kunststoff-Masse entlang der Ober- und Unterseite des Gehäusehohlraums.

In der Praxis ist jedoch häufig zu beobachten, daß der Halblei­ ter-Modul die gewünschte Z-Position bereits vor dem Molden nicht mehr besitzt oder während des Moldens durch den Preßmas­ senfluß aus der Ideallage gedrängt wird. In beiden Fällen tre­ ten die oben genannten Probleme auf, und es kann Luft im Gehäu­ se eingeschlossen werden oder der Formhohlraum wird nicht voll­ ständig mit Kunststoff ausgefüllt. Dies vermindert Qualität und Zuverlässigkeit des fertigen Halbleiter-Bauteils erheblich und macht schlimmstenfalls das Bauteil völlig unbrauchbar.

Eine Möglichkeit, das Problem zu vermeiden, besteht darin, An­ schlußrahmen, insbesondere im Bereich, der den Halbleiter-Chip trägt, zu verstärken, um Verschiebungen aus der gewünschten Po­ sition zu vermeiden. Die Herstellung derartiger Anschlußrahmen ist jedoch schwierig und erfordert ein gewisses Know-how, so daß geeignete Anschlußrahmen nicht ohne weiteres verfügbar sind.

Aufgabe der Erfindung war es, einen Halbleiter-Modul zu schaffen, der unter Vermeidung von Lufteinschlüssen mit einem Gehäuse aus Kunststoff-Formmasse umgeben werden kann und zu ei­ nem qualitativ hochwertigen und zuverlässigen Halbleiter-Bauteil führt.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit dem Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltun­ gen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäßen Halbleiter-Module zeichnen sich dadurch aus, daß sie beim Umhüllen mit Kunststoff-Masse mit Hilfe von Abstandhaltern in der gewünschten Z-Position als Balanced Package stabilisiert werden. Die Abstandhalter sind im Bereich um den Halbleiter-Chip angeordnet und stehen auf Ober- und Un­ terseite des Anschlußrahmens vor. Die Abstandhalter springen auf Ober- und Unterseite des Anschlußrahmens so weit vor, daß ihre Gesamthöhe (einschließlich der Dicke des Anschlußrahmens) im wesentlichen der Höhe des Formhohlraums für das Kunststoff-Gehäuse bzw. der Höhe des Gehäuses selbst entspricht. Vorzugs­ weise ist die Gesamthöhe der Abstandhalter etwas, beispielswei­ se 10-20 µm, geringer als die Höhe des Formhohlraums, um ein Verklemmen im Hohlraum zu verhindern.

Die Abstandhalter sind so mit dem Anschlußrahmen verbunden, daß sie eine Verschiebung des Halbleiter-Moduls aus der gewünschten Z-Position unterbinden. Zweckmäßig stabilisieren sie den Halb­ leiter-Modul im Formhohlraum so, daß die Abstände von Modul­ ober- und -unterseite zur jeweils benachbarten Oberfläche des Formhohlraums im wesentlichen gleich sind, wodurch ein soge­ nanntes "Balanced Package" erhalten werden kann. Anders ausge­ drückt, ist der Abstand der vom Anschlußrahmen abgewandten Oberfläche des Halbleiter-Chips zu der Ebene, die durch die Spitzen der Abstandhalter geht, die über die Oberfläche des An­ schlußrahmens vorstehen, die den Halbleiter-Chip trägt, zweck­ mäßig im wesentlichen genauso groß wie der Abstand der vom Halbleiter-Chip abgewandten Oberfläche des Anschlußrahmens zu der Ebene, die durch die Spitzen der Abstandhalter geht, die über die letztgenannte Oberfläche vorstehen. Je nach Art des Halbleiter-Moduls können jedoch auch andere Abstände zweckmäßig sein, und die Höhe der Abstandhalter kann den jeweiligen Anfor­ derungen entsprechend gezielt gewählt werden.

Die Abstandhalter stellen sicher, daß der Halbleiter-Modul sei­ ne vorgegebene Position auch während der Zufuhr von Kunststoff­ masse beibehält. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Kunst­ stoff-Fluß auf Ober- und Unterseite des Formhohlraums gewähr­ leistet und der Einschluß von Luft vermieden.

Um den Halbleiter-Modul sicher in Position zu halten, werden vorzugsweise mindestens drei Abstandhalter pro Seite des An­ schlußrahmens verwendet. Bevorzugt werden ober- und unterseiti­ ge Abstandhalter paarweise auf gegenüberliegenden Seiten des Anschlußrahmens angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Ab­ standhalter nicht gegenüberliegend, sondern seitlich versetzt auf beiden Seiten des Anschlußrahmens zu befestigen. Eine wei­ tere Möglichkeit besteht darin, ein Paar sich gegenüberliegen­ der ober- und unterseitiger Abstandhalter durch einen einstückigen Abstandhalter zu ersetzen, der in einer Durchgangsöffnung im Anschlußrahmen befestigt wird. Die Länge des einstückigen Abstandhalters entspricht in diesem Fall im wesentlichen der Höhe des Gehäuses bzw. des Formhohlraums für das Gehäuse.

Die Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 schematisch die Draufsicht auf einen erfin­ dungsgemäßen Halbleiter-Modul und

Fig. 2 schematisch eine Schnittansicht eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiter-Moduls gemäß Fig. 1 entlang der Linie A-A.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halb­ leiter-Moduls 1, welcher einen Anschlußrahmen 2 umfaßt, auf dem ein Halbleiter-Chip 3 befestigt ist. Im gezeigten Fall ist der Chip in Standard-Montagetechnik auf einer Systemträger-Insel 5 angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche An­ ordnung beschränkt, sondern eignet sich gleichermaßen für die LOC(Lead On Chip)-Montagetechnik, bei welcher der Chip unter dem Anschlußrahmen befestigt wird.

Die Systemträger-Insel 5 wird von Trägern 6 gehalten und ist von einer Vielzahl von Anschlußfingern 10 umgeben. Die Füh­ rungs- und Randbereiche des Anschlußrahmens, die sich an die Anschlußfinger anschließen können, sind der Übersichtlichkeit halber nicht abgebildet. Die leitenden Verbindungen zwischen Anschlußfingern und Halbleiter-Chip sind ebenfalls nicht ge­ zeigt.

Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Systemträger-Insel 5 durch Abwinkeln der Träger 6 abgesenkt. Das Abwinkeln kann beispiels­ weise durch Prägen erfolgen. Die äußeren Umrißlinien in Fig. 2 verdeutlichen schematisch einen Formhohlraum 7, in welchen der erfindungsgemäße Halbleiter-Modul zur Herstellung eines Kunst­ stoff-Gehäuses eingebracht wird, bzw. entsprechen in etwa der Form des fertigen Kunststoff-Gehäuses.

Die Absenkung der Systemträger-Insel 5 erfolgt gemäß Fig. 2 so, daß der Abstand zwischen Chipoberfläche und Unterseite der Sy­ stemträger-Insel 5 zur jeweils benachbarten Innenfläche des Formhohlraumes 7 im wesentlichen gleich groß ist, um einen gleichmäßigen Fluß des Kunststoffs auf Ober- und Unterseite des Formhohlraums zu gewährleisten. Das so erhaltene sogenannte "Balanced Package" wird erfindungsgemäß durch die Abstandhalter 4 stabilisiert.

Die Erfindung ist nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Anordnung und die dort wiedergegebenen gleichen Abstände beschränkt, son­ dern eignet sich grundsätzlich dazu, Halbleiter-Module in be­ liebigen vorgegebenen Positionen zu stabilisieren.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind Abstandhalter in den Ecken der Systemträger-Insel 5 angeordnet und zwar vier Abstandhalter 4′ auf der Unterseite und vier Abstandhalter 4′′ auf der Oberseite des Anschlußrahmens 2 (vergleiche Fig. 2). Die Abstandhalter 4′ und 4′′ sind paarweise auf gegenüberliegen­ den Seiten des Anschlußrahmens 2 angeordnet, und ihre Länge ist so gewählt, daß die Gesamtlänge der beiden Abstandhalter 4′ und 4′′ zusammen mit der Dicke des Anschlußrahmens im wesentlichen der Höhe des Formhohlraums 7 entspricht. Um ein Klemmen des Halbleiter-Moduls 1 im Formhohlraum 7 zu verhindern, kann die Gesamtlänge etwas geringer sein als die Höhe des Formhohlraums, beispielsweise etwa 10-20 µm geringer. Die relativen Höhen der Abstandhalter 4′ und 4′′ zueinander werden so gewählt, daß der Halbleiter-Modul 1 in der gewünschten Z-Position als Balan­ ced Package im Formhohlraum 7 stabilisiert wird.

Die Abstandhalter 4′ und 4′′ können durch Prägen oder Stanzen in den Anschlußrahmen 2 hergestellt werden. Alternativ ist es mög­ lich, Abstandhalter gesondert herzustellen und auf dem An­ schlußrahmen beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben oder ähnliches zu befestigen. Die Abstandhalter können z. B. aus Me­ tall oder Kunststoff bestehen.

Wie erwähnt, ist es ebenfalls möglich, einstückige Abstandhal­ ter zu verwenden, deren Höhe im wesentlichen der Höhe des Form­ hohlraums 7 entspricht, und diese in einer Durchgangsöffnung im Anschlußrahmen 2 zu befestigen. Als Befestigungsarten bieten sich die bereits genannten an. Die Abstandhalter können auch so ausgebildet sein, daß sie durch Einstecken in die Durchgangs­ öffnung im Anschlußrahmen befestigt werden.

Da die Abstandhalter nach dem Molden an der Gehäuseoberfläche eventuell zu sehen sind, wird es bevorzugt, ihre Spitzen mög­ lichst klein auszuführen und insbesondere so, daß sie an den Innenflächen des Formhohlraums 7 nur noch punktförmig auflie­ gen. Die Abstandhalter sind, wie dies Fig. 2 zu entnehmen ist, daher vorzugsweise in Richtung auf die Außenseiten des Halblei­ ter-Moduls 1 hin konisch zulaufend ausgebildet.

Die Abstandhalter können mit allen Arten von Anschlußrahmen für Halbleiter-Module verwendet werden. Zweckmäßig werden minde­ stens drei Abstandhalter pro Modulseite verwendet, die mög­ lichst gleichmäßig entlang der Außenumrisse des Halbleiter-Chips angeordnet werden. Wie bereits erwähnt, müssen die Ab­ standhalter nicht sich paarweise gegenüberliegend auf dem An­ schlußrahmen angebracht sein, sondern können auch seitlich ge­ geneinander versetzt sein.

Die Abstandhalter stabilisieren die erfindungsgemäßen Halblei­ ter-Module in der gewünschten Position im Formhohlraum und er­ möglichen so einen gleichmäßigen Fluß der Kunststoffmasse und die Herstellung von Kunststoff-Gehäusen, die frei sind von Lufteinschlüssen.

Zur Herstellung der Kunststoff-Gehäuse können die an sich be­ kannten Verfahren und die üblichen Formwerkzeuge eingesetzt werden. Als Kunststoffe kommen alle üblicherweise in der Halb­ leitermontage verwendeten Kunststoffe in Betracht, also bei­ spielsweise sowohl duroplastische Preßmassen als auch thermo­ plastische Spritzgieß-Massen. Gut geeignet sind Kunststoffe auf Epoxid-Basis. In allen Fällen erlaubt die Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Module die Erzielung gleichmäßig guter Moldergeb­ nisse.

Claims (18)

1. Halbleiter-Modul (1), welcher einen Anschlußrahmen (2) und einen mit dem Anschlußrahmen verbundenen Halbleiter-Chip (3) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich um den Halbleiter-Chip (3) mehrere auf Ober- und Unterseite des Anschlußrahmens (2) vorstehende Abstandhalter (4) angeordnet sind.

2. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf Ober- und Unterseite des Anschlußrahmens (2) jeweils wenigstens drei Abstandhalter (4′, 4′′) angeordnet sind.

3. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Abstandhalter (4′, 4′′) so gewählt wird, daß der Abstand der vom Anschlußrahmen (2) abgewandten Oberfläche (8) des Halbleiter-Chips (3) zu der Ebene, die durch die Spit­ zen der Abstandhalter (4′′) geht, die auf der Oberfläche des An­ schlußrahmens (2) angeordnet sind, die auch den Halbleiter-Chip (3) trägt, und der Abstand der vom Halbleiter-Chip (3) abge­ wandten Oberfläche (9) des Anschlußrahmens (2) zu der Ebene, die durch die Spitzen der Abstandhalter (4′) geht, die auf die­ ser Oberfläche (9) angeordnet sind, so groß sind, daß der Halb­ leiter-Modul (1) in einer vorgegebenen Position im Formhohlraum (7) einer Vorrichtung zum Umhüllen des Halbleiter-Moduls mit Kunststoff stabilisiert wird.

4. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Abstandhalter (4′, 4′′) so gewählt wird, daß der Abstand der vom Anschlußrahmen (2) abgewandten Oberfläche (8) des Halbleiter-Chips (3) zu der Ebene, die durch die Spit­ zen der Abstandhalter (4′′) geht, die auf der Oberfläche des An­ schlußrahmens (2) angeordnet sind, die auch den Halbleiter-Chip (3) trägt, und der Abstand der vom Halbleiter-Chip (3) abge­ wandten Oberfläche (9) des Anschlußrahmens (2) zu der Ebene, die durch die Spitzen der Abstandhalter (4′) geht, die auf die­ ser Oberfläche (9) angeordnet sind, im wesentlichen gleich groß sind.

5. Halbleiter-Modul gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Abstandhalter (4′, 4′′) paarweise auf gegenüberlie­ genden Seiten des Anschlußrahmens (2) angeordnet sind.

6. Halbleiter-Modul gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterseitige Abstandhalter (4′), oberseitige Abstandhalter (4′′) und Anschlußrahmen (2) eine Gesamthöhe aufweisen, die im wesentlichen der Höhe eines Formhohlraums (7) einer Vorrichtung zum Umhüllen des Halbleiter-Moduls mit Kunststoff entspricht und die insbesondere geringfügig kleiner ist als die Höhe des Formhohlraums (7).

7. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens drei Abstandhalter (4) aufweist, die einstückig ausgebildet und in Durchgangsöffnungen im Anschlußrahmen (2) angeordnet sind.

8. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (4) so am Anschlußrahmen (2) befestigt werden, daß der Abstand der vom Anschlußrahmen (2) abgewandte Oberfläche (8) des Halbleiter-Chips (3) zu der Ebene, die durch die Spitzen der Abstandhalter (4) geht, die über die Oberfläche des Anschlußrahmens (2) vorstehen, die den Halbleiter-Chip (3) trägt, und der Abstand der vom Halbleiter-Chip (3) abgewandten Oberfläche (9) des Anschlußrahmens (2) zu der Ebene, die durch die Spitzen der Abstandhalter (4) geht, die über diese Oberflä­ che (9) vorstehen, so groß sind, daß der Halbleiter-Modul (1) in einer vorgegebenen Position im Formhohlraum (7) einer Vor­ richtung zum Umhüllen des Halbleiter-Moduls mit Kunststoff sta­ bilisiert wird.

9. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (4) so am Anschlußrahmen (2) befestigt werden, daß der Abstand der vom Anschlußrahmen (2) abgewandte Oberfläche (8) des Halbleiter-Chips (3) zu der Ebene, die durch die Spitzen der Abstandhalter (4) geht, die über die Oberfläche des Anschlußrahmens (2) vorstehen, die den Halbleiter-Chip (3) trägt, und der Abstand der vom Halbleiter-Chip (3) abgewandten Oberfläche (9) des Anschlußrahmens (2) zu der Ebene, die durch die Spitzen der Abstandhalter (4) geht, die über diese Oberflä­ che (9) vorstehen, im wesentlichen gleich groß sind.

10. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Abstandhalter (4) im wesentlichen der Höhe ei­ nes Formhohlraums (7) einer Vorrichtung zum Umhüllen des Halb­ leiter-Moduls mit Kunststoff entspricht und insbesondere ge­ ringfügig kleiner ist als die Höhe des Formhohlraums (7).

11. Halbleiter-Modul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußrahmen (2) und Halbleiter-Chip (3) in Standard- Montage- oder in LOC(Lead On Chip)-Technik angeordnet sind.

12. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Chip (3) in Standard-Montagetechnik auch dem Anschlußrahmen (2) befestigt ist und die Abstandhalter (4) auf einer Systemträger-Insel (5) und insbesondere im Bereich der Ecken der Systemträger-Insel (5) angeordnet sind.

13. Halbleiter-Modul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß die Abstandhalter (4) in den Anschlußrahmen (2) geprägt oder gestanzt sind.

14. Halbleiter-Modul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandhalter (4) auf dem Anschlußrahmen (2) befestigt sind.

15. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (4) aus Metall oder Kunststoff bestehen und mit dem Anschlußrahmen (2) verklebt, verlötet oder ver­ schweißt oder in diesen eingesteckt sind.

16. Halbleiter-Modul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (4) vom Anschlußrahmen (2) zu den Außen­ seiten des Halbleiter-Moduls hin konzentrisch zulaufend sind.

17. Mit Kunststoff-Masse umhüllter Halbleiter-Modul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.

18. Halbleiter-Modul gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Masse aus thermoplastischem oder duroplasti­ schem Kunststoff und insbesondere aus Kunststoff auf Epoxid-Basis besteht.