DE19813193A1

DE19813193A1 - Electronic module separation method e.g. for semiconductor module

Info

Publication number: DE19813193A1
Application number: DE1998113193
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Zeiler
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-06-10

Abstract

The method of separating electronic modules initially mounted in common on a sectioned substrate (4) having several individual modular substrate islands (5-7), involves forming recessed areas (10-12) between adjacent substrate islands. The recessed areas (10-12) extend lengthwise-parallel to the edges of the modules (1a,1b,2a,2b,3a) so that the adjacent substrate islands remain joined to one another via webs (16,17;26,27) remaining between the mutually bordering recesses (11,31,32,34,35). To separate the modules (1-3) the adjoining webs (16,17;26,27) are cut.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Herstellung von elek tronischen Schaltungen oder Halbleitermodulen, die nach ihrer Fertigstellung auf einem individuellen Substrat angeordnet sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen unter dem Begriff Modul insbesondere sogenannte BGA-Module (Ball-Grid- Array-Module), aber auch allgemein fein strukturierte Leiter platten mit elektronischen Elementen verstanden werden.The invention is in the field of the manufacture of elec tronic circuits or semiconductor modules according to their Completion arranged on an individual substrate are. Within the scope of the present invention, the Term module, in particular so-called BGA modules (ball grid Array modules), but also generally finely structured conductors plates with electronic elements can be understood.

BGA-Module werden üblicherweise in sogenannten Substratstrei fen montiert. Dabei werden mehrere Module auf einem gemein samen Substratstreifen erzeugt und zumindest bis zu einem be stimmten Fertigungsgrad gemeinsam gehandhabt und/oder ge prüft. Insbesondere können die Module noch im Verbund nach Fertigstellung interner elektronischer Schaltungen und Ver bindungen beispielsweise mit einer geeigneten Kunststoffmasse umhüllt werden.BGA modules are usually used in so-called substrate strips fen mounted. Several modules are common to one seed stripe produced and at least up to a be agreed production level jointly handled and / or ge checks. In particular, the modules can still be combined Completion of internal electronic circuits and ver bindings, for example, with a suitable plastic mass be enveloped.

Spätestens zum Ende der Endmontage ist es jedoch erforder lich, die bis dahin im Verbund auf einem zusammenhängenden, gemeinsamen Grundsubstrat erzeugten Module zu separieren. Dieser Vorgang wird auch als Vereinzeln bezeichnet.However, it is required at the end of the final assembly at the latest hitherto, which had previously been part of a coherent, to separate modules produced by the common base substrate. This process is also called separating.

Zur Vereinzelung von Modulen oder elektronischen Bauteilen sind die grundsätzlich bekannten Trennverfahren Stanzen, Frä sen oder Sägen anwendbar. Stanzen ist jedoch nur für dünne Substrate und bestimmte Materialien geeignet, wobei durch Ausbrechen oder Ausfransen des Substrats eine vergleichsweise schlechte Trennqualität auftritt. Der Stanzvorgang stellt au ßerdem eine erhebliche mechanische Belastung der Module dar und kann zu Delaminationen des Modulaufbaus führen oder die Schaltung beschädigen. Trenn-Stanzprozesse sind außerdem mit einem hohen Verschleiß der Stanzwerkzeuge behaftet. For separating modules or electronic components are the basically known separation processes punching, milling or saws applicable. However, punching is only for thin ones Suitable substrates and certain materials, whereby by Break out or fray the substrate a comparatively poor separation quality occurs. The punching process shows also represent a considerable mechanical load on the modules and can lead to delamination of the module structure or the Damage the circuit. Separation punching processes are also included high wear of the punching tools.

Fräsverfahren sind relativ langsam und erfordern wegen des Schnittdruckes beim Fräsvorgang eine vergleichsweise aufwen dige Fixierung der Module. Durch Verschleiß auftretende Durchmesserverringerungen des Fräsers führen zu ungenauen Be arbeitungen bzw. nur unpräzise reproduzierbaren Schnittergeb nissen. Problematisch ist ferner die relativ geringe Stand zeit des Fräsers und die beim Fräsen eintretende Staubent wicklung.Milling processes are relatively slow and require because of the Cutting pressure comparatively on the milling process fix fixation of the modules. Occurring due to wear Reducing the diameter of the milling cutter leads to inaccurate loading work or only inaccurately reproducible cutters nits. Another problem is the relatively low level time of the milling cutter and the dust entailing during milling winding.

Aus der DE 44 33 327 C1 ist ein Sägeverfahren zum Vereinzeln von Modulen bekannt. Bei derartigen Sägeverfahren müssen al lerdings teure Spezialsägeblätter eingesetzt werden. Außerdem erfordert der Sägeprozeß wegen der in unterschiedlichen Rich tungen vor zunehmenden Sägeschnitte eine aufwendige Handhabung der zu vereinzelnden Module.DE 44 33 327 C1 describes a sawing method for separating known from modules. In such sawing processes, al However, expensive special saw blades are used. Furthermore requires the sawing process because of that in different rich complex sawing before increasing saw cuts of the modules to be separated.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung ei nes Verfahrens zum Vereinzeln von elektronischen Modulen, das nur einen geringen Maschinen- und Automatisierungsaufwand er fordert und bei geringen Kosten hohe Taktzeiten zuläßt.The object of the invention is therefore to create egg nes method for separating electronic modules, the only a small amount of machine and automation effort demands and allows high cycle times at low cost.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Vereinzeln von elektronischen Modulen, die zunächst auf einem zusammenhängenden Substrat gemeinsam angeordnet sind, wobei das Substrat mehrere modulindividuelle Substratinseln aufweist, bei dem zwischen benachbarten Substratinseln Aus nehmungen erzeugt werden, wobei sich die Ausnehmungen längs parallel zu den Modulkanten derart erstrecken, daß die be nachbarten Substratinseln nur über Verbindungsstege des Substrats miteinander verbunden sind, die zwischen aneinander angrenzenden Ausnehmungen belassen werden, und bei dem zum Vereinzeln der Module die Verbindungsstege aufgetrennt wer den.According to the invention, this object is achieved by a method for separating electronic modules that are initially based on are arranged together in a coherent substrate, the substrate having a plurality of module-individual substrate islands has, in which between adjacent substrate islands recesses are generated, the recesses being longitudinal extend parallel to the module edges so that the be neighboring substrate islands only via connecting webs of the Substrate are interconnected between each other adjacent recesses are left, and in the case of Separating the modules, the connecting webs, who disconnected the.

Ein wesentlicher Vorteil des anmeldungsgemäßen Verfahrens be steht in der sehr rationellen und zuverlässigen Trennung der einzelnen Module aus dem gemeinsamen Verbund. Bevorzugt kann das beispielsweise als Substratstreifen ausgebildete Substrat in eine Aufnahme gelegt, positioniert und von einem Nieder halter fixiert werden, während die Verbindungsstege aufge trennt werden. Vorteilhafterweise kann die Vereinzelung voll ständig automatisiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Substrate unterschiedlicher Dicke, insbesondere für Multilayer-Substrate bestens geeignet. Mit dem erfindungsge mäßen Verfahren wird außerdem eine sehr hohe Trennkanten qualität sichergestellt, die einen erheblichen Einfluß auf die Modulzuverlässigkeit hat. Aufgrund der Vereinzelung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine mechanische Bela stung der Module durch den Trennvorgang und der geringen er forderlichen Fixierungsmaßnahmen vermieden. Da nur ein ver gleichsweise geringer Materialabtrag erforderlich ist, erge ben sich insgesamt geringe Taktzeiten und ein nur geringer vereinzelungsbedingter Verschmutzungsgrad.A major advantage of the method according to the application be stands in the very rational and reliable separation of the individual modules from the common network. Preferably can the substrate formed, for example, as a substrate strip placed in a receptacle, positioned and by a low holder can be fixed while the connecting webs are open be separated. The separation can advantageously be full are constantly automated. The method according to the invention is for substrates of different thickness, especially for Multilayer substrates ideally suited. With the fiction The method also uses a very high separating edge quality assured which has a significant impact on has module reliability. Due to the separation with the method according to the invention is a mechanical Bela power of the modules through the separation process and the low er required fixation measures avoided. Since only one ver equally low material removal is required, erge Overall, there are short cycle times and only a short one degree of contamination due to separation.

Grundsätzlich sind zum Auftrennen der Stege verschiedene Ver fahren, beispielsweise auch Laserschneiden oder Wasserstrahl schneiden, denkbar. Eine im Hinblick auf den Investitionsbe darf und eine einfache Verfahrensdurchführung bevorzugte vor teilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Verbindungsstege durch ein spanendes Ver fahren aufgetrennt werden. Besonders bevorzugt können die Verbindungsstege aufgebohrt werden; dies erlaubt vorteilhaf terweise die Verwendung von Standardbohrwerkzeugen und damit geringe Werkzeuginstandhaltungskosten (Nachschleifen des Boh rers) und geringe Werkzeugersatzkosten.Basically, there are different Ver for separating the webs drive, for example laser cutting or water jet cut, conceivable. One in terms of investment may and preferred a simple procedure partial further development of the method according to the invention provides that the connecting webs by a cutting Ver drive to be separated. The can particularly preferably Connecting bars are drilled out; this advantageously allows usually the use of standard drilling tools and thus low tool maintenance costs (regrinding the Boh rers) and low tool replacement costs.

Eine besonders bevorzugte Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zumindest ein Verbindungssteg oder/und ein Anschlußsteg zum Zentrum eines Bohrkreises führt bzw. führen und in ihren Breiten so bemessen sind, daß beim Freibohren des Bohrkreises mit einem in seinem Durchmesser auf den Bohrkreis abgestimmten Bohrer eine Auftrennung der Stege erfolgt. Nach diesem Verfahren werden vorzugsweise eine Mehrzahl von Verbindungsstegen bzw. Anschlußstegen z. B. zu einem äußeren Montagerahmen gleichzeitig durch Freibohren aufgetrennt. Zur weiteren Senkung der Taktzeiten können mit einer vergleichsweise preiswerten, nur in Z-Richtung zu bewe genden Bohrvorrichtung mehrere Bohrkreise gleichzeitig frei gebohrt werden.A particularly preferred development of the invention The method is that at least one connecting web or / and a connecting web leads to the center of a drilling circle or lead and are dimensioned in their widths so that the Drill out the drilling circle with a diameter a drill cut to match the drilling circle Bridges are made. According to this method, a A plurality of connecting webs or connecting webs, for. B. too an outer mounting frame at the same time by drilling freely separated. To further reduce the cycle times, use a comparatively inexpensive, only to be moved in the Z direction The drilling device free several drilling circles at the same time be drilled.

Zur Anpassung des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere für Standard-Spritzgußwerkzeuge zum Umspritzen der Module vor dem Vereinzelungsvorgang ist nach einer bevorzugten Ausge staltung der Erfindung vorgesehen, daß zumindest ein Verbin dungssteg pro Modul in seiner Form und/oder Lage derart aus gebildet wird, daß ein Anspritzbereich zum Umspritzen des Mo duls zugänglich bleibt.To adapt the method according to the invention in particular for standard injection molds for overmolding the modules the separation process is according to a preferred Ausge staltung the invention provided that at least one verb in the form and / or location is formed that an injection area for extrusion coating the Mo duls remains accessible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung bei spielhaft weiter erläutert; es zeigen:The invention is described below with reference to a drawing explained in a playful way; show it:

Fig. 1 Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ver einzeln von elektronischen Modulen, Fig. 1 steps of the inventive method for encryption of electronic modules individually,

Fig. 2 eine Variante eines Substratdesigns und Fig. 2 shows a variant of a substrate design and

Fig. 3 einen Teil eines erfindungsgemäß vereinzelten Mo duls. Fig. 3 shows a part of an isolated module according to the invention.

Gemäß Fig. 1 ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorge sehen, daß eine Mehrzahl elektronischer Module 1, 2, 3 auf einem zunächst zusammenhängenden gemeinsamen Substrat 4 her gestellt wird. Das Substrat 4 weist mehrere Substratinseln 5, 6, 7 auf, wobei jedem Modul 1, 2, 3 eine Substratinsel 5, 6, 7 individuell zugeordnet ist.Referring to FIG. 1, according to the inventive method easily seen that a plurality of electronic modules 1, 2, is provided on a first common substrate 4 contiguous ago 3. The substrate 4 has a plurality of substrate islands 5 , 6 , 7 , a substrate island 5 , 6 , 7 being individually assigned to each module 1 , 2 , 3 .

Zwischen benachbarten Substratinseln 5, 6 werden langlochför mige Ausnehmungen 10, 11, 12 erzeugt. Die Ausnehmungen er strecken sich längsparallel zu den Querkanten 1a, 1b; 2a, 2b; 3a der Module 1, 2, 3. Benachbarte Substratinseln (zum Bei spiel 5, 6) sind somit durch die Ausnehmung 10, 11, 12 von einander isoliert und nur über vergleichsweise schmale Ver bindungsstege 15, 16, 17, 18, 19; 25, 26, 27, 28 und 29 mit einander verbunden. Die Verbindungsstege bestehen aus Restma terial des gemeinsamen Substrats, das zwischen einander an grenzenden, aufeinander zu laufenden Ausnehmungen belassen worden ist.Langlochför shaped recesses 10 , 11 , 12 are generated between adjacent substrate islands 5 , 6 . The recesses extend parallel to the transverse edges 1 a, 1 b; 2 a, 2 b; 3 a of the modules 1 , 2 , 3. Adjacent substrate islands (for example 5 , 6 ) are thus isolated from one another by the recess 10 , 11 , 12 and only via comparatively narrow connecting webs 15 , 16 , 17 , 18 , 19 ; 25 , 26 , 27 , 28 and 29 connected to each other. The connecting webs consist of residual material of the common substrate, which has been left between adjacent, mutually running recesses.

Fig. 1 zeigt weitere, parallel zu den in Richtung des Substratbandes verlaufenden Längskanten 1c, 1d; 2c, 2d; 3c, 3d der Module 1, 2, 3 verlaufende langlöchförmige Ausnehmun gen 31, 32, 33; 34, 35, 36. Zwischen den an einer jeweiligen Ecke (zum Beispiel 1e) eines Moduls 1 zusammenlaufenden quer orientierten Ausnehmungen (zum Beispiel 11) und den längs orientierten Ausnehmungen (zum Beispiel 34, 35) wird dadurch neben den Verbindungsstegen 26, 27 ein weiterer Steg - näm lich ein Anschlußsteg 40 - gebildet. Der Anschlußsteg verbin det die jeweiligen modulindividuellen, benachbarten Substra tinseln 5, 6 mit einem äußeren Montagerahmen 42. In entspre chender Weise sind auch weitere Eckbereiche jedes Moduls aus gebildet. Die modulnahen Ränder der Ausnehmungen (z. B. 33, 36) sind so beabstandet erzeugt, daß ihr Abstand A dem ent sprechenden Endmaß des zu fertigenden Moduls 3 entspricht. FIG. 1 is more parallel to the extending direction of the substrate strip longitudinal edges 1 c, 1 d shows; 2 c, 2 d; 3 c, 3 d of the modules 1 , 2 , 3 extending oblong recesses gene 31 , 32 , 33 ; 34 , 35 , 36. Between the transversely oriented recesses (for example 11 ) converging at a respective corner (for example 1 e) of a module 1 and the longitudinally oriented recesses (for example 34 , 35 ), in addition to the connecting webs 26 , 27 a further web - namely a connecting web 40 - is formed. The connecting web connects the respective module-specific, adjacent sub-islands 5 , 6 with an outer mounting frame 42. In a corresponding manner, further corner regions of each module are formed. The module-near edges of the recesses (z. B. 33 , 36 ) are created so spaced that their distance A corresponds to the corresponding final dimension of the module 3 to be manufactured.

Die Verbindungsstege (z. B. 26, 27; 40) führen zu einem Zen trum 44 eines Bohrkreises 46. Weitere entsprechende Bohrkrei se 47, 48, 49 sind im peripheren Bereich der weiteren Ecken des Moduls 1 andeutungsweise dargestellt.The connecting webs (z. B. 26 , 27 ; 40 ) lead to a center 44 of a drilling circle 46. Further corresponding Bohrkreis se 47 , 48 , 49 are indicated in the peripheral area of the other corners of the module 1 .

Zur Vereinzelung der Module 1, 2, 3 werden die Verbindungs stege (zum Beispiel 26, 27) aufgetrennt. Dies kann grundsätz lich durch bekannte Trennverfahren erfolgen. Besonders vor teilhaft werden die Bohrkreise (zum Beispiel 46) freigebohrt, indem in senkrechter Richtung zu den Modulen (Z-Richtung) gleichzeitig mehrere Bohrer vorgeschoben werden, deren Bohrachsen gemäß den Zentren der Bohrkreise 46, 47, 48, 49 angeordnet sind. Dadurch kann mit einem einzigen Vorschubvor gang jeweils ein Modul vollständig sowohl von seinen Nachbarn als auch von dem Montagerahmen 42 getrennt werden. Dazu ist der jeweils verwendete Bohrer derart bemessen, daß sein Durchmesser dem Durchmesser des Bohrkreises entspricht; die Breiten der Stege sind so bemessen, daß sie mit voller Breite zumindest abschnittsweise im Bohrkreis liegen und somit gleichzeitig abgebohrt werden. Man erhält damit, wie in Fig. l im unteren Teil schematisch angedeutet, vereinzelte Module (z. B. 1').To separate the modules 1 , 2 , 3 , the connecting webs (for example 26 , 27 ) are separated. This can be done in principle by known separation processes. Especially before geous, the drilling circles (for example 46 ) are drilled out by simultaneously advancing several drills in the vertical direction to the modules (Z direction), the drilling axes of which are arranged according to the centers of the drilling circles 46 , 47 , 48 , 49 . As a result, one module can be completely separated from both its neighbors and the mounting frame 42 with a single feed operation. For this purpose, the drill used in each case is dimensioned such that its diameter corresponds to the diameter of the drilling circle; the widths of the webs are dimensioned such that they lie at least in sections in the drilling circle with their full width and are thus drilled simultaneously. Individual modules (eg 1 ') are thus obtained, as schematically indicated in the lower part in FIG .

Fig. 2 zeigt zur Erläuterung einer Modifikation des gemein samen Substrats 4' einen Ausschnitt aus einem Substratband, wie es prinzipiell in Fig. 1 dargestellt ist. Während das in Fig. 1 dargestellte Substratband besonders für Umhüllung mit Globe-Top und Spritzgußwerkzeuge mit einer Kavitätenausprit zung von oben geeignet ist, ist gemäß Fig. 2 der Steg 26' durch entsprechende Formgebung und Absenkung derart modifi ziert, daß ein Standard-Spritzgußwerkzeug Verwendung finden kann. Das Einspritzen des Spritzgußmaterials erfolgt in einem Anspritzbereich 50, über den das Material von dem Eckbereich 1e' Zugang zu der auszuspritzenden Kavität findet. Fig. 2 shows an explanation of a modification of the common substrate 4 'a section of a substrate tape, as shown in principle in Fig. 1. While the substrate tape shown in Fig. 1 is particularly suitable for wrapping with globe top and injection molding tools with a cavity expansion from above, the web 26 'is modified according to FIG. 2 by appropriate shaping and lowering such that a standard injection molding tool is used Can be found. The injection molding material is injected in an injection area 50 , via which the material from the corner area 1 e 'has access to the cavity to be injected.

Fig. 3 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vereinzelten Moduls, bei dem man den für ein Standard-Spritzgußwerkzeug angepaßten Eckbe reich 1e' mit einem Rest des entsprechend abgesenkten Verbin dungssteges 26' erkennt. Wie insbesondere die vergrößerte Darstellung der Fig. 3 hervorhebt, läßt sich mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren eine sehr hohe Schnittkantenqualität bei einem gering belastenden Schnittprozeß realisieren. Da insgesamt nur vergleichsweise wenig Substratmaterial im Be reich der Stege entfernt werden muß, zeichnet sich das erfin dungsgemäße Verfahren auch durch geringe Verschmutzung und hohe Standzeiten der Werkzeuge aus. Bei Verwendung von Boh rern können diese kostengünstig nachgeschliffen bzw. gegebe nenfalls ersetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hervorragend für dicke Substrate und Multilayer-Substrate ge eignet. Die Module werden beim Trennvorgang keinen nennens werten mechanischen Belastungen ausgesetzt. Fig. 3 shows a greatly enlarged section of an isolated module according to the inventive method, in which one recognizes the Eckbe range 1 e 'adapted for a standard injection mold with a remainder of the correspondingly lowered connec tion web 26 '. As emphasized in particular the enlarged representation of FIG. 3, can be realized with the inventive method a very high cutting edge quality with a low stress cutting process. Since altogether only comparatively little substrate material has to be removed in the area of the webs, the method according to the invention is also characterized by low contamination and long tool life. When using bores, these can be inexpensively regrinded or replaced if necessary. The method according to the invention is outstandingly suitable for thick substrates and multilayer substrates. The modules are not exposed to any significant mechanical loads during the separation process.

Claims

1. Method for separating electronic modules, which are initially arranged together on a coherent substrate ( 4 ), the substrate ( 4 ) having a plurality of module-individual substrate islands ( 5 , 6 , 7 ),

- In which recesses ( 10 , 11 , 12 ) are generated between adjacent substrate islands ( 5 , 6 , 7 ),
- The recesses ( 10 , 11 , 12 ) extend parallel to the longitudinal edges of the module ( 1 a; 1 b, 2 a; 2 b, 3 a) such that the adjacent substrate islands ( 5 , 6 , 7 ) via connecting webs ( 16 , 17 ; 26 , 27 ) of the substrate ( 4 ) remain connected to one another, which are left between adjacent recesses ( 11 , 31 , 32 , 34 , 35 ), and
- In which to separate the modules ( 1 , 2 , 3 ) the connecting webs ( 16 , 17 ; 26 , 27 ) are separated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the connecting webs ( 16 , 17 ; 26 , 27 ) are separated by a machining process.

3. The method according to claim 2, characterized in that the connecting webs ( 16 , 17 ; 26 , 27 ) are drilled out.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that at least one connecting web ( 16 , 17 ) and / or a connecting web ( 40 ) leads to the center ( 44 ) of a drilling circle ( 46 ) and in their widths are dimensioned such that when the drilling circle ( 46 ) is drilled freely, the crosspieces ( 16 , 17 ; 40 ) are separated with a diameter of the drill circle ( 46 ).

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one connecting web ( 26 ') per module is designed in its shape and / or location in such a way that a Spritzgebe rich ( 50 ) remains accessible for molding around the module.