DE19916071A1 - Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen und Trennvorrichtung - Google Patents
Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen und TrennvorrichtungInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, wobei jedes Bauelement mindestens einen Halbleiterchip (2) umfaßt und die Halbleiterchips (2) auf ein gemeinsames Trägersubstrat (1) montiert sind. Das Vereinzeln erfolgt durch ein Durchtrennen des Trägersubstrats (1), wobei zumindest im zu durchtrennenden Bereich des Trägersubstrats (1) eine Durchbiegung des Trägersubstrats (1) erzeugt wird und das Durchtrennen beginnend von der konvex gekrümmten Oberfläche (11) des Trägersubstrats (1) erfolgt. Außerdem wird eine Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen beschrieben.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verein
zeln von Halbleiterbauelementen, wobei jedes der zu verein
zelnden Bauelemente mindestens einen Halbleiterchip umfaßt
und die Halbleiterchips auf ein gemeinsames Trägersubstrat
montiert sind. Die Halbleiterchips können dabei teilweise
oder vollständig von einer Umhüllungsmasse umschlossen sein.
Das Vereinzeln der Bauelemente erfolgt durch ein Durchtrennen
des Trägersubstrats, ggfs. zusätzlich durch ein Durchtrennen
von Teilen der Umhüllungsmasse auf dem Trägersubstrat. Die
fertigen Bauelemente können grundsätzlich jede beliebige Bau
art aufweisen wie beispielsweise Ball Grid Array, Pin Grid
Array oder ähnliches.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin eine Trennvorrich
tung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen.
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen werden in der Re
gel Halbleiterchips während des Montagevorgangs auf einem
Trägersubstrat, beispielsweise einem Trägertape, einem Lead
frame oder einem Keramiksubstrat, aufgebracht. Die gesamte
Anordnung der Halbleiterchips auf dem Trägersubstrat kann
dann weiter prozessiert und ggfs. mit einer Umhüllungsmasse
verkapselt werden. In einem letzten Schritt werden die ein
zelnen Halbleiterbauelemente durch Vereinzeln aus dem gesam
ten Verbund auf dem Trägersubstrat herausgelöst. Hierzu wird
das Trägersubstrat um den Halbleiterchip bzw. um das Halblei
terbauelement herum durchtrennt, so daß ein einzelnes Halb
leiterbauelement entsteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum
Vereinzeln von Halbleiterbauelementen sowie eine Trennvor
richtung bereitzustellen, die ein möglichst effektives und
materialschonendes Vereinzeln von Halbleiterbauelementen er
lauben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Patentan
sprüche 1, 11 und 12.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgesehen, daß zu
mindest im zu durchtrennenden Bereich des Trägersubstrats ei
ne Durchbiegung des Trägersubstrats erzeugt wird. Durch die
entstehende Wölbung des Trägersubstrats wird eine der Ober
flächen des Substrats unter eine Zugspannung gebracht. Das
Durchtrennen des Trägersubstrats beginnt dann ausgehend von
dieser Oberfläche, die durch die Durchbiegung eine konvexe
Krümmung erhält. Es wird damit erreicht, daß kaum Material
aufwurf durch Verdrängung des Materials des Trägersubstrats
beim Durchtrennen entsteht und damit die Oberfläche frei von
Verunreinigungen bleibt. Auch der Durchtrennungsvorgang
selbst wird erleichtert, da mit weniger mechanischem Druck
gearbeitet werden kann, was in einer materialschonenderen
Durchtrennung des Trägersubstrats resultiert.
Die Durchbiegung des Trägersubstrats kann auf unterschiedli
che Weise erreicht werden. So kann beispielsweise vorgesehen
sein, daß das Trägersubstrat vor dem Durchtrennen zumindest
in dem zu durchtrennenden Bereich auf eine gekrümmte Unterla
ge aufgebracht wird. Das Trägersubstrat kann dann durch die
Erzeugung eines Unterdrucks zwischen der Unterlage und dem
Trägersubstrat formschlüssig an die Unterlage angesaugt und
so mit deren Oberfläche verbunden werden. Dies kann bei
spielsweise durch eine entsprechende Vakuumanordnung erzielt
werden, die mit der Oberfläche der Unterlage gekoppelt ist.
Als Alternative kann auch vorgesehen sein, daß das Trägersub
strat vor dem Durchtrennen zumindest in den zu durchtrennen
den Bereich frei aufgehängt wird. Es können dann von einer
Seite des Trägersubstrats aus Druckelemente in dem zu durch
trennenden Bereich gegen die Oberfläche des Trägersubstrats
gedrückt werden, so daß eine Durchbiegung des Trägersubstrats
in Richtung der gegenüberliegenden Oberfläche des Trägersub
strats erfolgt. Als Druckelemente können beispielsweise Rol
len verwendet werden. Das Trägersubstrat kann jedoch auch
gleitend über entsprechende Druckelemente geführt werden.
Zum Durchtrennen des Trägersubstrats können prinzipiell un
terschiedliche Verfahren Anwendung finden, wie beispielsweise
ein Trennschleifverfahren. Bevorzugt wird jedoch ein Schnei
deverfahren verwendet. Hierzu kann idealerweise eine Säge mit
einem Schneideblatt aus Hartmetall oder Keramik verwendet
werden.
Aus dem Stand der Technik sind aus US 5,702,492 bereits Säge
blätter bekannt, deren Materialien und Formgebung an die spe
ziellen Bedürfnisse bei der Verarbeitung von Halbleitern an
gepaßt wurden. Diese Sägeblätter aus dem Stand der Technik
sind jedoch für die Bearbeitung von Halbleiterwafern ausge
richtet und nicht zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen
aus einem Gesamtverbund auf einem Trägersubstrat. Solche Sä
geblätter verursachen beim Trennen von Bauelementen in der
Regel unsaubere Schnittkanten durch Kontamination oder "Aus
fransen" der Schnittkanten.
Die Zahl und Lage der Durchtrennungen des Trägersubstrats
wird in Abhängigkeit von der Größe der Halbleiterbauelemente
sowie den Abständen zwischen den einzelnen Halbleiterchips
bzw. Halbleiterbauelementen sowie den Abständen zwischen den
Halbleiterchips und dem Trägersubstratrand gewählt. So wird
jeweils zwischen zwei Bauelementen bzw. Halbleiterchips min
destens eine Durchtrennung des Trägersubstrats durchgeführt.
Je nach Art und Größe des Trägersubstrats kann auch zwischen
den Bauelementen und dem Rand des Trägersubstrats eine Durch
trennung des Trägersubstrats notwendig werden. Es kann jedoch
auch vorgesehen sein, daß zumindest zwischen einem Teil der
Bauelemente zwei voneinander beabstandete Durchtrennungen des
Trägersubstrats durchgeführt werden. Dies ist insbesondere in
solchen Bereichen sinnvoll, in denen der Abstand zwischen den
Bauelementen relativ groß ist und man möglichst kleine Halb
leiterbauelemente erzielen möchte. Werden nun zwischen den
Bauelementen statt nur einer zwei Durchtrennungen durchge
führt, so wird die resultierende Größe der Halbleiterbauele
mente entsprechend reduziert. Idealerweise erfolgt eine si
multane Durchführung der beiden Durchtrennungen, um den not
wendigen Zeitaufwand für diesen Prozeßschritt so weit wie
möglich zu verkürzen.
Es wird außerdem eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung zum
Vereinzeln von Halbleiterbauelementen vorgeschlagen, die min
destens ein Sägeblatt aus Hartmetall oder Keramik aufweist.
Diese Materialien werden als besonders günstig für solche An
wendungen erachtet. Schließlich wird eine weitere erfindungs
gemäße Sägevorrichtung vorgeschlagen, die zwei voneinander
beabstandete, parallel zueinander angeordnete Sägeblätter
aufweist. Diese Sägeblätter können dabei insbesondere, wie
bei der ersten erfindungsgemäßen Trennvorrichtung beschrie
ben, aus Hartmetall oder Keramik bestehen.
Für jede der vorstehend beschriebenen Trennvorrichtungen kön
nen weiterhin Mittel zur Durchbiegung des zu durchtrennenden
Trägersubstrats in Richtung des Sägeblatts oder der Sägeblät
ter vorgesehen sein. Mit solchen Mitteln kann eine verbesser
te Durchtrennung des Trägersubstrats mit Hilfe der Sägeblät
ter erzielt werden. Die Mittel zur Durchbiegung können dabei
beispielsweise als Druckrollen ausgebildet sein, oder es kann
eine Unterdruck-Ansaugvorrichtung mit einer gewölbten Ober
fläche vorgesehen sein. Eine spezielle Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1
bis 4 erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Ein Trägersubstrat mit Halbleiterchips vor der Ver
einzelung.
Fig. 2 Ein Halbleiterbauelement nach der Vereinzelung.
Fig. 3 Durchtrennung eines durchgebogenen Trägersubstrats
mit einem Sägeblatt.
Fig. 4 Durchtrennung eines durchgebogenen Trägersubstrats
mit zwei Sägeblättern.
Fig. 1a zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 1, auf
dem eine Vielzahl von Halbleiterchips 2 angeordnet ist. Fig.
1b stellt einen Querschnitt durch Figur a entlang der Längs
richtung des Trägersubstrats dar. Die auf dem Trägersubstrat
1 angeordneten Halbleiterchips 2 sind seitlich von einer Um
hüllungsmasse 4 umschlossen und leitend mit Kontaktkugeln 3
auf der gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats 1 ver
bunden. Fig. 1c zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus
Fig. 1b, woraus bereits das spätere, vereinzelte Halbleiter
bauelement als Ball Grid Array-Bauelement erkennbar ist.
Fig. 2a und b zeigen das bereits vereinzelte Ball-Grid-
Array-Bauelement, wobei Fig. 2a die Unterseite mit den Kon
taktkugeln 3 des Bauelements darstellt, Fig. 2b die Obersei
te mit dem Halbleiterchip 2 und der Umhüllung 4.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird vorgesehen, daß die
Vereinzelung der Bauelemente mit Hilfe eines einzelnen Säge
blattes, vorzugsweise aus Hartmetall oder Keramik, erfolgt.
Dabei wird das Trägersubstrat 1 mit derjenigen Seite, auf der
Halbleiterchips angeordnet sind, über eine gewölbte Oberflä
che einer Unterdruck-Ansaugvorrichtung 9 ("Vacuum Chuck") ge
führt. Es kann dabei bevorzugt zwischen dem Trägersubstrat 1
bzw. den Halbleiterchips 2 und der gewölbten Oberfläche noch
eine Sägefolie 7 eingefügt werden.
Wird das Trägersubstrat 1 durch Anlegen eines Unterdrucks an
die gewölbte Oberfläche gesaugt, so entsteht auf derjenigen
Seite des Trägersubstrats 1, auf der die Kontaktkugeln 3 an
geordnet sind, eine konvex gewölbte Oberfläche 11, die unter
einer Zugspannung steht. Nun kann das Durchtrennen des Trä
gersubstrats ausgehend von dieser gewölbten Oberfläche 11 we
sentlich einfacher durch ein Sägeblatt 8 erfolgen. Die am
Trägersubstrat 1 anliegende Zugspannung erleichtert das Ein
dringen des Sägeblatts 8 in das Trägersubstrat und somit das
Durchtrennen des Trägersubstrats.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung nach
Fig. 4 ist vorgesehen, daß nicht nur ein einzelnes Sägeblatt 8
zur Durchtrennung des Trägersubstrats verwendet wird, sondern
zwei Sägeblätter 10, die voneinander beabstandet angeordnet
sind, gleichzeitig zum Durchtrennen des Trägersubstrats ver
wendet werden. Man erhält somit, wie Fig. 1a zeigt, nicht
nur eine einzelne Schnittlinie 5
zwischen zwei Halbleiter
chips 2, sondern zwei Schnittlinien 6, die parallel zueinan
der zwischen den Halbleiterchips 2 verlaufen. Das zwischen
den beiden Schnitten 6 liegende Material des Trägersubstrats
1 sowie ggfs. der Umhüllungsmasse 4 wird dabei abgetragen, so
daß die vereinzelten Halbleiterbauelemente geringere Ausmaße
aufweisen, als bei dem Fall eines einzelnen Schnittes 5 zwi
schen den Halbleiterchips 2. Somit können auch bei größeren
Abständen zwischen den Halbleiterchips 2 auf dem Trägersub
strat 1 ohne Zeitverlust während des Verfahrens möglichst
kleine, vereinzelte Halbleiterbauelemente hergestellt werden.
Prinzipiell können natürlich die beiden Schnitte 6 auch durch
ein einzelnes Sägeblatt 8 durchgeführt werden, wobei dann je
doch jeweils ein Schnitt nach dem anderen durchgeführt werden
muß, was zu einer Verlängerung der Prozeßzeit führt.
Claims (15)
1. Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, wobei
jedes Bauelement mindestens einen Halbleiterchip (2) um
faßt und die Halbleiterchips (2) auf ein gemeinsames Trä
gersubstrat (1) montiert sind, wobei das Vereinzeln durch
ein Durchtrennen des Trägersubstrats (1) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest im zu durchtrennenden Bereich des Trägersub strats (1) eine Durchbiegung des Trägersubstrats (1) erzeugt wird und
das Durchtrennen beginnend von einer durch die Durchbiegung erzeugten konvex gekrümmten Oberfläche (11) des Trägersub strats (1) erfolgt.
daß zumindest im zu durchtrennenden Bereich des Trägersub strats (1) eine Durchbiegung des Trägersubstrats (1) erzeugt wird und
das Durchtrennen beginnend von einer durch die Durchbiegung erzeugten konvex gekrümmten Oberfläche (11) des Trägersub strats (1) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägersubstrat (11) vor dem Durchtrennen zumindest im
zu durchtrennenden Bereich auf eine gekrümmte Unterlage (9)
aufgebracht wird und durch die Erzeugung eines Unterdrucks
zwischen der Unterlage (9) und dem Trägersubstrat (1) form
schlüssig mit der Unterlage (9) verbunden wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägersubstrat (1) vor dem Durchtrennen zumindest im
zu durchtrennenden Bereich frei aufgehängt wird und Druckele
mente (9) im zu durchtrennenden Bereich gegen eine Oberfläche
des Trägersubstrats (1) gedrückt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Druckelemente (9) Druckrollen verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Durchtrennen ein Schneideverfahren verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß für das Schneideverfahren eine Trennvorrichtung mit min
destens einem Schneideblatt (8, 10), vorzugsweise aus Hartme
tall oder einem Keramik, verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils zwischen zwei Bauelementen mindestens eine Durch
trennung (5) des Trägersubstrats (1) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß auch zwischen den Bauelementen und dem Rand des Träger
substrats (1) eine Durchtrennung (5) des Trägersubstrats (1)
durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest zwischen einem Teil der Bauelemente zwei von
einander beabstandete Durchtrennungen (6) des Trägersubstrats
(1) durchgeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine simultane Durchführung der beiden Durchtrennungen
(6) erfolgt.
11. Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelemen
ten,
aufweisend mindestens ein Sägeblatt (8) aus Hartmetall oder
Keramik.
12. Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelemen
ten, insbesondere nach Anspruch 12,
aufweisend zwei voneinander beabstandete, parallel zueinander
angeordnete Sägeblätter (10).
13. Trennvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12,
aufweisend Mittel (9) zur Durchbiegung des zu durchtrennenden
Trägersubstrats (1) in Richtung des Sägeblatts (8) oder der
Sägeblätter (10).
14. Trennvorrichtung nach Anspruch 13,
wobei die Mittel (9) zur Durchbiegung als Druckrollen (9)
ausgebildet sind.
15. Trennvorrichtung nach Anspruch 13,
wobei das Mittel (9) zur Durchbiegung als Unterdruck-
Ansaugvorrichtung (9) mit gewölbter Oberfläche ausgebildet
ist.
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