DE19756887A1 - Kunststoffverbundkörper - Google Patents
KunststoffverbundkörperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Kunststoffverbundkörper wie elektri
sche Bauelemente, die einen Körper aus einem Halbleitermate
rial, beispielsweise einen Mikrochip aufweisen.
Es ist bekannt, Mikrochips mit einer Chip-Attach-
Klebstoffschicht auf leitfähigen Trägerrahmen zu befestigen,
die Lead-Frame genannt werden. Diese Lead-Frames werden dann
mittels Leitkleber oder durch Lötung an Leiterbahnen auf ei
ner Leiterplatte befestigt.
Bei Kunststoffverbundkörpern wie bei Halbleiterbauelementen,
die einen Grundkörper aus Metall wie beispielsweise ein Lead-
Frame und einen Körper aus Halbleitermaterial wie beispiels
weise einen Mikrochip aufweisen, treten unter realen Umwelt
bedingungen häufig unerwünschte Ausfälle auf. Dies wird auch
auf eine mangelnde Wärmeableitung vom Mikrochip zurückge
führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Lösungen bereitzustellen,
die einen zuverlässigen Betrieb auch unter hoher Wärmebela
stung gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Hauptansprüche
gelöst. Verbesserte Ausführungsformen ergeben sich aus den
jeweiligen Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird eine Kunststoffmasse insbesondere
zur festen Verbindung von Halbleiterkörpern mit anderen Mate
rialien wie Metall und/oder zur Umhüllung von Halbleiterkör
pern bereitgestellt. Die Kunststoffmasse weist wenigstens ei
nen Kunststoff auf, der ein Duroplast oder ein Thermoplast
sein kann, wobei wenigstens ein Füllstoff in den Kunststoff
eingelagert ist. Dabei weist der Füllstoff bzw. wenigstens
einer der Füllstoffe nanoskalige, insbesondere sphärische und
mit einem Kondensationsverfahren hergestellte Partikel auf.
Eine neue Technologie des physikalischen Verdampfens ermög
licht es, Partikel herzustellen, die kleiner als 100 nm sind.
Die Partikel entstehen sphärisch durch Kondensation, wobei
die Art der Verbindung durch die Verwendung von bestimmten
Prozeßgasen bestimmbar ist. Auf diese Weise ist es möglich,
Oxide, Nitride etc. mit besonders kleiner Größe herzustellen.
Durch die Verwendung in der erfindungsgemäßen Kunststoffmasse
ergeben sich zahlreiche Vorteile.
Beim Einsatz in der Halbleitertechnologie wird mit der erfin
dungsgemäßen Kunststoffmasse ein elektrisches Bauelement vor
mechanischen und chemischen Einflüssen geschützt. Dabei wird
ein Halbleiterchip in einem Moldprozeß samt seiner Kontaktie
rung beispielsweise mit einem Lead-Frame mit einer beispiels
weise auf Epoxidharz basierenden Pressmasse unter Einwirkung
von Druck und Temperatur umspritzt. Abschließend stehen aus
dem so hergestellten Gehäuse nur noch die Anschlußdrähte her
aus, die galvanisiert und umgebogen werden, um ein fertiges
sogenanntes "Package" zu bilden.
Bei der erfindungsgemäßen Kunststoffmasse ist ein hoher Füll
grad gewährbar, so daß nur ein geringer Anteil von teurem Ba
sisharz notwendig ist. Dabei werden vorteilhafterweise gute
Fließeigenschaften im Moldwerkzeug bereitgestellt, wobei sich
der Vorteil ergibt, daß das Package und die Anschlußdrähte im
Spritzprozeß nicht beschädigt oder verschoben werden.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Kunststoffmasse kann
ein Optimieren der Füllstoffeinbindung in die Pressmasse, die
Abstimmung des Tooldesigns und der Spritzparameter deutlich
vereinfacht werden. Die Partikel stellen nämlich gegenüber
dem Epoxidharz kein mechanisches Hindernis dar, so daß sich
das Fließverhalten der Preßmasse im Moldflow verbessert. Da
durch steigt die Standzeit des Moldtools, da die Ein
spritzöffnung mit einem geringen Verschleiß durch kleinere
Partikel ausgesetzt ist. Die mechanische Belastung der Drähte
und Chips sinkt, da die Partikel leichter den ein Hindernis
darstellenden Chip umfließen. Der Füllgrad bei der erfin
dungsgemäßen Kunststoffmasse ist durch die Verwendung von
Nanosphäricals erhöht, wodurch sich ein geringerer Wärmeaus
dehnungskoeffizient ergibt.
Die erfindungsgemäße Kunststoffmasse kann auch als sogenann
ter Diebondkleber mit hohem Füllgrad eingesetzt werden, wo
durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit beispielsweise zur Montage
von Leistungshalbleiterbausteinen auf metallischen Lead-
Frames erreicht wird. Dadurch kann man sich prozeßtechnisch
schwierigere Montagetechniken wie Löten oder Ligieren erspa
ren. Durch die Verwendung von nanoskaligen Füllstoffen können
namlich höhere Füllgrade in Klebern ermöglicht werden. Zudem
kann die Wärmeleitfähigkeit einer mit einer erfindungsgemäßen
Kunststoffmasse hergestellten Klebstoffschicht auch variiert
werden und ein gezielter Einsatz bei einer bestimmten Anfor
derung an die Wärmeleitfähigkeit ist möglich.
Die Größe der Partikel können vorzugsweise in einem Bereich
bis 1000% der Größe von Oligomerverbindungen des Kunststof
fes gelegen sein, denn dadurch ergibt sich ein besonders gu
ter Einbau der Partikel in einen sich im Vernetzungsprozeß
befindlichen Kunststoff, wodurch sich eine dichte Packung des
Kunststoffs bei gleichzeitig geschlossener Harzbedeckung der
Partikel gewährleistet wird. Dabei ist unter einer Oligomer
verbindung des Kunststoffs ein Zwischenzustand zwischen dem
monomeren Zustand des Kunststoffs und dem polymeren bzw. kom
plett vernetzten Zustand des Kunststoffs zu sehen.
Gemäß der Erfindung sind typische Partikelgrößen kleiner als
1 µm und vorzugsweise im Bereich kleiner als 40 nm vorgese
hen. Derzeit können Partikel mit einer Größe von bis unter 10
nm bereitgestellt werden. Es sind noch kleinere Partikel
denkbar.
Wenn der Füllstoff bzw. einer der Füllstoffe keramische Par
tikel aufweist, dann läßt sich mit der erfindungsgemäßen
Kunststoffmasse eine elektrisch isolierende Kleberschicht be
reitstellen. Vorzugsweise kommen Aluminiumoxide Al2O3, Borni
trid BN und/oder Aluminiumnitrid AlN zum Einsatz. Dadurch er
gibt sich eine Klebstoffschicht mit guter Wärmeleitfähigkeit,
die dazu geeignet ist, einen Halbleiterbaustein von einem
Lead-Frame elektrisch zu isolieren.
Der Füllstoff kann auch metallische Partikel aufweisen. Da
durch lassen sich mit der erfindungsgemäßen Kunststoffmasse
Kleberschichten herstellen, durch die ein Halbleiterbaustein
elektrisch leitend mit einem Lead-Frame verbunden wird. Durch
die Steuerung des Mischungsverhältnisses von elektrisch leit
fähigen Partikeln zu elektrisch isolierenden Partikeln kann
zudem der Widerstand einer Klebstoffschicht eingestellt wer
den, wobei eine gute Wärmeleitfähigkeit gewährleistet ist.
Als Metallpartikel werden derzeit vorzugsweise Silber, Palla
dium und/oder Kupfer verwendet.
Die Erfindung ist auch in einem Verbundkörper realisiert, der
insbesondere einen integrierten Schaltkreis darstellt. Der
Verbundkörper weist einen Grundkörper insbesondere aus einem
Metall sowie einen über einer Kleberschicht auf dem Grundkör
per befestigten Chip aus einem Halbleitermaterial auf, wobei
die Kleberschicht aus der erfindungsgemäßen Kunststoffmasse
hergestellt ist. Dementsprechend umfaßt die Erfindung auch
die Verwendung der erfindungsgemäßen Kunststoffmasse bei ei
nem Herstellungsverfahren zur festen Verbindung von Halblei
terkörpern mit anderen Materialien wie Metall. Dadurch wird
ein Einsatz als Diebondkleber mit hohem Füllgrad bewirkt.
Die Erfindung umfaßt auch einen Verbundkörper und insbesonde
re einen integrierten Schaltkreis, der einen Chip aus einem
Halbleitermaterial, einen Grundkörper insbesondere aus Metall
sowie eine Umhüllung aufweist, wobei die Umhüllung einen
Füllstoff sowie einen Kunststoff aufweist, wie sie in der er
findungsgemäßen Kunststoffmasse eingesetzt werden.
Dementsprechend umfaßt die Erfindung auch die Verwendung der
erfindungsgemäßen Kunststoffmasse zur Umhüllung von Halblei
terkörpern, um ein Gehäuse auszubilden.
Vorzugsweise werden hierbei Packages hergestellt, deren Um
hüllung bzw. Gehäuse mit einer Pressmasse auf Biphenylbasis
mit einem Füllstoff besteht, der SiO2 als Nanoscal-sphärical
mit ca. 30 nm Durchmessern aufweist.
Claims (26)
1. Kunststoffmasse insbesondere zur festen Verbindung von
Halbleiterkörpern mit anderen Materialien wie Metall
und/oder zur Umhüllung von Halbleiterkörpern, die wenig
stens einen Kunststoff, insbesondere ein Duroplast, sowie
wenigstens einen Füllstoff aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. wenigstens einer der Füllstoffe
nanoscalige, insbesondere sphärische und mit einem Kon
densationsverfahren hergestellte Partikel aufweist.
2. Kunststoffmasse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe der Partikel in einem Bereich bis 1000% der
Größe von Oligomerverbindungen des Kunststoffs gelegen
ist.
3. Kunststoffmasse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe der Partikel in einem Bereich bis 40 nm gelegen
ist.
4. Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. wenigstens einer der Füllstoffe kera
mische Partikel aufweist.
5. Kunststoffmasse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel Aluminiumoxid, Bornitrit und/oder Aluminium
nitrit aufweisen.
6. Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. die Füllstoffe metallische Partikel
aufweisen.
7. Kunststoffmasse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel Silber, Palladium und/oder Kupfer aufweisen.
8. Verbundkörper, insbesondere integrierter Schaltkreis, mit
einem Grundkörper insbesondere aus einem Metall und mit
einem über eine Kleberschicht auf dem Grundkörper befe
stigten Chip aus einem Halbleitermaterial, wobei die Kle
berschicht wenigstens einen Füllstoff sowie einen Kunst
stoff, insbesondere ein Duroplast, aufweist
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. wenigstens einer der Füllstoffe
nanoscalige, insbesondere sphärische und mit einem Kon
densationsverfahren hergestellte Partikel aufweist.
9. Verbundkörper nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe der Partikel in einem Bereich bis 1000% der
Größe von Oligomerverbindungen des Kunststoffs gelegen
ist.
10. Verbundkörper nach Anspruch 8 oder Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe der Partikel in einem Bereich bis 40 nm gelegen
ist.
11. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. wenigstens einer der Füllstoffe kera
mische Partikel aufweist.
12. Verbundkörper nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel Aluminiumoxid, Bornitrit und/oder Aluminium
nitrit aufweisen.
13. Kunststoffmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. wenigstens einer der Füllstoffe metal
lische Partikel aufweist.
14. Kunststoffmasse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel Silber, Palladium und/oder Kupfer aufweisen.
15. Verwendung von nanoscaligen, insbesondere sphärischen, mit
einem Kondensationsverfahren hergestellte Partikel als
Füllstoff in einer Kunststoffmasse bei einem Herstel
lungsverfahren zur festen Verbindung von Halbleiterkör
pern mit anderen Materialien wie Metall und/oder zur Um
hüllung von Halbleiterkörpern mit der Kunststoffmasse.
16. Verwendung eines Stoffs nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe der Partikel in einem Bereich bis 1000% der
Größe von Oligomerverbindungen des Kunststoffs gelegen
ist.
17. Verwendung eines Stoffs nach Anspruch 15 oder Anspruch
16,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe der Partikel in einem Bereich bis 40 nm gelegen
ist.
18. Verwendung eines Stoffs nach einem der Ansprüche 15 bis
17,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. wenigstens einer der Füllstoffe kera
mische Partikel aufweist.
19. Verwendung eines Stoffs nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel Aluminiumoxid, Bornitrit und/oder Aluminium
nitrit aufweisen.
20. Verwendung eines Stoffs nach einem der Ansprüche 15 bis
19,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel metallische Partikel aufweisen.
21. Verwendung eines Stoffs nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel Silber, Palladium und/oder Kupfer aufweisen.
22. Verbundkörper, insbesondere integrierter Schaltkreis, mit
einem Chip aus einem Halbleitermaterial, mit einem Grund
körper insbesondere aus Metall sowie mit einer Umhüllung,
wobei die Umhüllung wenigstens einen Füllstoff sowie ei
nen Kunststoff, insbesondere ein Duroplast, aufweist
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. wenigstens einer der Füllstoffe
nanoscalige, insbesondere sphärische und mit einem Kon
densationsverfahren hergestellte Partikel aufweist.
23. Verbundkörper nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe der Partikel in einem Bereich bis 1000% der
Größe von Oligomerverbindungen des Kunststoffs gelegen
ist.
24. Verbundkörper nach Anspruch 22 oder Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Größe der Partikel in einem Bereich bis 40 nm gelegen
ist.
25. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 22 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Füllstoff bzw. wenigstens einer der Füllstoffe kera
mische Partikel aufweist.
26. Verbundkörper nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Partikel Aluminiumoxid, Bornitrit und/oder Aluminium
nitrit aufweisen.
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