DD229249A1

DD229249A1 - Hochpolige, variable metallische verbindungsanordnung fuer halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DD229249A1
Application number: DD26964884A
Authority: DD
Inventors: Manfred Michalk; Fritz Foetsch; Helga Michalk; Wolfgang Beck
Original assignee: Erfurt Mikroelektronik
Priority date: 1984-11-20
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1985-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere hochpolige metallische Leiterrahmen mit stabilisierten inneren Anschluessen fuer kunststoffverkappte Halbleiterbauelemente. Ziel der Erfindung ist es, bei hochpoligen, variablen metallischen Verbindungsanordnungen fuer Halbleiterbauelemente die Herstellbarkeit zu vereinfachen, die Bondbarkeit zu verbessern und damit den Ausschuss zu senken. Aufgabe ist es, eine in der Chiptraegergroesse variable und in der Lage der inneren Anschluesse fixierte und stabiliserte Verbindungsanordnung zu schaffen, deren innere Anschluesse bei gegebenen Strukturierungsprozessen fuer metallische Leiterrahmen auch bei hochpoligen Leiterrahmen eine fuer die automatische Drahtkontaktierung optimale Breite haben. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass jeder der inneren Anschluesse in Kontaktierflaechen untergliedert ist, die durch Verbindungsstege verbunden sind und dass die Kontaktierflaechen benachbarter innerer Anschluesse wechselseitig den Verbindungsstegen gegenueber liegen und mindestens eine Kontaktierflaeche jedes inneren Anschlusses an ihrer Unterseite elektrisch isolierend mit einem Halterahmen befestigt ist.

Description

Titel der Erfindung

Hochpolige, variable metallische Verbindungsanordnung für Halbleiterbauelemente

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft- eine hochpolige, variable metallische Verbindungsanordnung für Halbleiterbauelemente mit einem Leiterrahmen, dessen innere Anschlüsse auf dem Halterahmen einer Chipträgerstruktur befestigt sind. Die Verbindungsanordnung ist insbesondere zur Herstellung hochintegrierter, kunststoffumhüllter Schaltkreise geeignet.

\ i Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Im Montageprözeß von Halbleiterbauelementen finden metallische Leiterrahmen Anwendung, die im Zentrum einen Chipträger besitzen, um den die inneren Anschlüsse angeordnet sind. Auf dem Chipträger wird das Halbleiterchip befestigt und mit Mikrodrähten werden die elektrischen Verbindungen vom Halbleiterchip zu den umliegenden inneren Anschlüssen hergestellt. Anschließend werden das Chip, der Chipträger und die inneren Anschlüsse mit Kunststoff verkappt. Die Kontaktierflächen der einzelnen inneren Anschlüsse sind an der Peripherie des Chipträgers angeordnet.

Chipträgerumfang und Länge der Gesamtheit der Breiten und Abstände aller Kontaktierflächen stehen in einem direkten Zusammenhang» Erhöht man die Anzahl der Kontakte auf dem Chip, ist es erforderlich, entsprechend die Anzahl der inneren Anschlüsse zu erhöhen. Eine beliebige Erhöhung der Zahl der inneren Anschlüsse ist jedoch bei vorgegebener Länge der Gesamtheit der Breiten und Abstände aller Kontaktierflächen nicht möglich, weil auf Grund der Toleranzen der Lagen der inneren Anschlüsse und der Anforderungen an die Breite der Kontaktierflächen für das automatische Drahtbonden einerseits und auf Grund der technologischen Grenzen für die Strukturierung (Stanzen, Ätzen, Galvanoplastik) der metallischen Leiterrahmen andererseits, Grenzen gegeben sind. Für das automatische Drahtbonden der inneren Anschlüsse werden allgemein Breiten der Kontaktierflächen von größer/gleich 0,25 mm gefordert; und die Strukturierungsprozesse erlauben minimale Breiten der Struktur herzustellen, die ungefähr gleich der Materialdicke entsprechen, wobei die allgemein üblichen Materialdicken 0,15 ... 0,5 mm betragen. Bei hochpoligen metallischen Leiterrahmen, die aus relativ dünnen Metalldicken strukturiert werden, ergibt sich damit das Problem, daß zwar relativ kleine Strukturdetails strukturiert werden können, diese aber in ihrer Breite nicht als Kontaktierfläche für die sichere Beherrschung des automatischen Drahtbondens ausreichen. Werden die notwendigen Breiten gewählt, kann aber die vorgegebene Länge der Gesamtheit der Breiten und Abstände aller Kontaktierflächen nicht eingehalten werden.

Zur Verbesserung der Stabilität der inneren Anschlüsse gegen Verbiegung und zur Verbesserung der Ultraschallbondfähigkeit wurde bereits vorgeschlagen, durch Befestigung eines Chipträgerrahmens auf der Unterseite der Kontaktierflächen mittels eines elektrisch isolierenden Stoffes, die inneren Anschlüsse zu stabilisieren.

Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, die inneren Anschlüsse bis nach erfolgter Stabilisierung mit einer Chipträgerstruktur, mit einem Verbundstück starr verbunden zu lassen und

danach erst das Verbundstück herauszutrennen, um die Lagegenauigkeit der stabilisierten Anschlüsse zu erhöhen und damit die Möglichkeit zu schaffen, die Breite der Kontaktierflächen auf vorzugsweise minimal 0,18 ... 0,2 mm zu verkleinern.

Weiterhin ist bereits bekannt, daß in der Uhrenindustrie bei der Herstellung von Mikroleiterplatten für hochintegrierte Uhrenchips die Leiterbahnen in der Nähe des Chips so strukturiert werden, daß die Kontaktierflächen entlang der Chipperipherie in zwei aufeinanderfolgenden Umfangsbahnen angeordnet werden.

Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Kontaktierflächen relativ breit auszuführen. Die dem Chip am nächsten liegenden Kontaktierflächen werden elektrisch durch Leiterbahnen, die in ihrer Breite beträchtlich unter der Breite der Kontaktierflächen liegen und jeweils durch den äußeren Ring der Kontaktierflächen geführt werden, elektrisch angeschlossen. Die sich dadurch ergebenden etwas unterschiedlichen Drahtbrückenlängen von Kontakt zu Kontakt sind kein Nachteil für die automatische Drahtbondung und den nachfolgenden Verschließprozeß mit Kunststoff.

Nachteilig bei allen vorgenannten Lösungen ist, daß durch diese Lösungen zwar die Anzahl der inneren Anschlüsse entlang der Chipperipherie erhöht werden konnte, aber daß die Erzeugung hochpoliger, variabler metallischer Verbindungsanordnungen für Halbleiterbauelemente nicht möglich ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei hochpoligen, variablen metallischen Verbindungsanordnungen für Halbleiterbauelemente die Herstellbarkeit zu vereinfachen und die Bondbarkeit zu verbessern und damit den Ausschuß zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine in der Chipträgergröße und damit der Chipträgerstruktur variable und in der Lage der inneren Anschlüsse fixierte und stabilisierte metallische Verbindungsanordnung zu schaffen, deren innere Anschlüsse so gestaltet sind, daß bei gegebenen Strukturierungsprozessen für metallische Leiterrahmen eine optimale Breite, die für die automatische Drahtkontaktierung geeignet ist, auch bei hochpoligen metallischen Leiterrahmen gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe eine hochpolige, variable Verbindungsanordnung für Halbleiterbauelemente mit einem Leiterrahmen mit inneren Anschlüssen, die auf einem Halterahmen einer Chipträgerstruktur, die aus Chipträger, Halterahmen und Haltestegen besteht, über ein elektrisch isolierendes Material befestigt sind, und einem Chipträger, der über Haltestege an dem Halterahmen der Chipträgerstruktur angeordnet ist, zu schaffen, dadurch gelöst, daß die inneren Anschlüsse mehrere, durch Verbindungsstege verbundene Kontaktierflächen haben, daß die Kontaktierflächen benachbarter innerer Anschlüsse wechselseitig den Verbindungsstegen gegenüberliegend angeordnet sind und daß wahlweise jeweils mindestens eine der Kontaktierflächen jedes inneren Anschlusses auf dem Halterahmen über das elektrisch isolierende Material an ihrer Unterseite befestigt ist.

Durch die Aufgliederung jedes inneren Anschlusses in Kontaktierflächen, die durch Verbindungsstege verbunden sind und die wechselseitige Anordnung von Kontaktierflächen und Verbindungsstegen benachbarter innerer Anschlüsse wird erreicht, daß die Breite der Kontaktierflächen bei äquivalenter Verkleinerung der Breite der Verbindungsstege erhöht werden kann. Durch die so verbreiterten Kontaktierungsflächen wird die Möglichkeit der fehlerhaften Kontaktierung bei nachfolgenden Bondvorgängen auf den inneren Anschlüssen vermieden bzw, stark vermindert.

Zur Arretierung und Lagefixierung ist mindestens die zu kontaktierende Kontaktierfläche eines jeden inneren Anschlusses auf dem Halterahmen einer Chipträgerstruktur mittels eines elektrisch isolierenden Materials befestigt, so daß ein Verbiegen oder Schwingen des inneren Anschlusses an seiner Kontaktierfläche beim Kontaktieren und bei nachfolgenden Prozessen vermieden wird.

Die Aufteilung jedes inneren Anschlusses in mehrere Kontaktierflächen ergibt die Möglichkeit, den gleichen Leiterrahmen für Chipträgerstrukturen unterschiedlicher Abmessungen zu verwenden*

Die in Richtung auf den Chipträger über den Halterahmen hinausragenden inneren Anschlüsse werden nach dem Befestigen die Inneren Anschlüsse auf dem Halterahmen mittels elektrisch isolierenden Materials entfernt. Dabei ist es zweckmäßig, daß der Schnitt zum Entfernen der inneren Anschlüsse vorzugsweise durch die Verbindungsstege geführt wird, um die Schnittkräfte möglichst gering zu halten.

Weiterhin ist es zur Erzielung von möglichst eng nebeneinanderliegenden inneren Anschlüssen und zur Erzielung kleiner Schnittkräfte beim Entfernen der inneren Anschlüsse vorteilhaft, daß die Länge der Verbindungsstege größer als die Länge der Kontaktierflächen ist, vorzugsweise um den Faktor

Es ist auch vorteilhaft, die Kontaktierflächen so zu gestalten, daß vorzugsweise die Länge der Kontaktierflächen gleich ihrer Breite ist und daß zur Erzielung günstiger Kontaktierbedingungen die Breite der Kontaktierflächen vorzugsweise größer als 150 .um ist.

Dabei ist es zweckmäßig, daß die Breite der Verbindungsstege vorzugsweise das 0,5 ,,, 1,5-fache der Dicke der inneren Anschlüsse beträgt. Zur Vermeidung von Verbiegungen und Auslenkungen der inneren Anschlüsse bis zur Befestigung der Kontaktierflächen auf dem Halterahmen ist es zweckmäßig, daß die inneren Anschlüsse durch ein Verbundstück verbunden sind und daß dieses Verbundstück erst nach dem Befestigen der inneren Anschlüsse auf dem Halterahmen entfernt wird.

Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung hat die Vorteile, daß ein hochpoliger metallischer Leiterrahmen mit für die automatische Kontaktierung der inneren Anschlüsse geeigneten Kontaktierungsflachen hergestellt werden kann« Gleichzeitig ergibt sich die Möglichkeit in den gleichen Leiterrahmen Chipträgerstrukturen unterschiedlicher Abmessungen für jeweils unterschiedliche Größen der Halbleiterchips einzusetzen. Die Kontaktierflächen der inneren Anschlüsse sind im Leiterrahmen und in der Verbindungsanordnung vor Verbiegungen und Schwingungen geschützt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden

Die zugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1: Die schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt eines 60-poligen, quadratisch angeordneten metallischen Leiterrahmens mit der erfindungsgemäßen Ausführung der Kontaktierflächen der inneren Anschlüsse.

Fig. 2: Die schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt der 60-poligen Verbindungsanordnung mit einer kleinen Chipträge rstruktur,

Fig. 3: Die schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt der 60-poligen Verbindungsanordnung mit einer großen Chip trägerstruktur«

Der metallische Leiterrahmen enthält innere Anschlüsse 1, die in Richtung seines Zentrums verlaufen. Die inneren Anschlüsse sind in Nähe des Verbundstückes 2 in Kontaktierflächen 3 untergliedert, die durch Verbindungsstege 4 verbunden sind (Fig. 1).

Das im Ausführungsbeispiel gezeigte Verbundstück 2 dient der Lagefixierung und Stabilisierung der inneren Anschlüsse 1 bis zu der Befestigung der Unterseiten ihrer Kontaktierflächen 3 mittels eines elektrisch isolierenden Materials 8 an den Halterahmen 7 einer Chipträgerstruktur· In Fig. 2 ist eine Verbindungsanordnung gezeigt, die durch Befestigung des Halterahmens 7 einer kleinen Chipträgerstruktur an den inneren Anschlüssen 1 des in Fig. 1 gezeigten metallischen Leiterrahmens entstand. Die in Richtung Verbundstück 2 bzw, Chipträger 5 über den Halterahmen 7 überstehenden inneren Anschlüsse 1 wurden durch Schnitt durch die Verbindungsstege 4 entfernt. Gleichzeitig wurde damit das Verbundstück 2 entfernt. Im Inneren der Verbindungsanordnung befindet sich nun die aus Halterahmen 7, Haltestegen 6 und Chipträger 5 bestehende Chipträgerstruktur, die über ihren Halterahmen 7 mittels elektrisch isolierenden Materials 8 an der Unterseite mindestens einer Kontaktierfläche 3 jedes inneren Anschlusses befestigt ist.

Im Fig. 3 ist eine Verbindungsanordnung dargestellt, die in ihrem Inneren eine Chipträgerstruktur enthält, deren Chipträger 5 und damit deren Halterahmen 7 größere Kantenlängen als die Chipträgerstruktur in Fig. 2 aufweist. Die Befestigung des Halterahmens 7 an den inneren Anschlüssen 1 und der Freischnitt der in Richtung Verbundstück 2 bzw. Chipträger 5 über den Halterahmen 7 überstehenden inneren Anschlüsse 1 erfolgt in analoger Weise wie in Fig. 2.

Im Ausführungsbeispiel ist eine 60-polige quadratische Verbindungsanordnung mit 2 Chipträgern unterschiedlicher Größe dargestellt. Die erfindungsgemäße Lösung ist auch für rechteckige, runde und schiefwinklig geformte Verbindungsanordnungen und unterschiedliche und höhere Poligkeiten geeignet. Die Anzahl der Chipträgergrößen kann beliebig vorgegeben werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist für die Gehäusebauformen flat-pack, chip-carrier, quad-in-line und grid-array integrierter Halbleiterschaltkreise geeignet.

Claims

Erfindunqsanspruch

1. Hochpolige, variable metallische Verbindungsanordnung für Halbleiterbauelemente mit einem Leiterrahmen mit inneren Anschlüssen, die auf einem Halterahmen einer Chipträgerstruktur über ein elektrisch-isolierendes Material befestigt sind, und einem Chipträger, der über Haltestege an dem Halterahmen der Chipträgerstruktur angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Anschlüsse (1) mehrere, durch Verbindungsstege (4) verbundene Kontaktierflächen (3) haben, daß die Kontaktierflächen (3) benachbarter innerer Anschlüsse (1) wechselseitig den Verbindungsstegen (4) gegenüberliegend angeordnet sind und daß wahlweise jeweils mindestens eine der Kontaktierflächen (3) jedes inneren Anschlusses (1) auf dem Halterahmen (7) über das elektrisch isolierende Material (8) an ihrer Unterseite befestigt ist,

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Chipträgerstruktur variabel sind.

3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung auf den Chipträger (5) über den Halterahmen (7) hinausragenden inneren Anschlüsse (1) nach dem Befestigen der inneren Anschlüsse (1) auf dem Halterahmen (7) entfernt sind und daß der Schnitt zum Entfernen der inneren Anschlüsse (1) vorzugsweise durch die Verbindungsstege (4) geführt ist.

4. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die Länge der Kontaktierflächen (3) gleich ihrer Breite ist und daß die Breite der Kontaktierflächen (3) vorzugsweise größer als 150 ,um ist.

5. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Verbindungsstege (4) größer als die Länge der Kontaktierflächen (3) ist; vorzugsweise um den Faktor 1,2 ... 2,

6. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Verbindungsstege (4) vorzugsweise das 0,5 ,.. 1,5-fache der Dicke der inneren Anschlüsse (1) beträgt,

7« Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Anschlüsse (1) durch ein Verbundstück (2) verbunden sind und daß das Verbundstück (2) nach dem Befestigen der inneren Anschlüsse (1) auf dem Halterahmen (7) entfernt ist.

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