DE19916071B4

DE19916071B4 - Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen und Trennvorrichtung

Info

Publication number: DE19916071B4
Application number: DE1999116071
Authority: DE
Inventors: Jens Pohl; Oliver Wutz; Johann Winderl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2019-04-10
Also published as: DE19916071A1; US6364751B1

Abstract

Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, wobei jedes Bauelement mindestens einen Halbleiterchip (2) umfaßt und die Halbleiterchips (2) auf ein gemeinsames Trägersubstrat (1) montiert sind und
wobei das Vereinzeln durch ein Durchtrennen des Trägersubstrats (1) erfolgt, wobei zum Durchtrennen ein Schneideverfahren eingesetzt wird, für das Schneideverfahren eine Trennvorrichtung mit mindestens einem Schneideblatt (8, 10) aus Hartmetall oder einer Keramik verwendet wird, zumindest in einem zu durchtrennenden Bereich des Trägersubstrats (1) eine Durchbiegung des Trägersubstrats (1) erzeugt wird und
das Durchtrennen beginnend von einer durch die Durchbiegung erzeugten konvex gekrümmten Oberfläche (11) des Trägersubstrats (1) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, wobei jedes der zu vereinzelnden 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 Bauart aufweisen wie beispielsweise Ball Grid Array, Pin Grid Array oder ähnliches.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen.

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen werden in der Regel Halbleiterchips während des Montagevorgangs auf einem Trägersubstrat, beispielsweise einem Trägertape, einem Leadframe 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 einzelnen Halbleiterbauelemente durch Vereinzeln aus dem gesamten Verbund auf dem Trägersubstrat herausgelöst. Hierzu wird das Trägersubstrat um den Halbleiterchip bzw. um das Halbleiterbauelement herum durchtrennt, so dass ein einzelnes Halbleiterbauelement entsteht. Das geschieht z. B. mit einer Vorrichtung zum Trennschleifen, wie sie in der JP 08-017765 A beschrieben ist.

In der EP 0 734 824 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen beschrieben, bei denen ein Draht zum Zersägen der Wafer verwendet wird und die Oberfläche des Wafers zu dem Draht hin gebogen wird, so dass ein gleichmäßigeres Einschneiden des Drahtes erreicht wird.

In der US 5,458,269 A ist ein Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen beschrieben, bei dem ein vorgeritzter Wafer mittels zwei seitlich der Bruchlinie entlanglaufender Räder angedrückt und an einer Bruchkante der Unterlage zerteilt wird.

Aus der US 4,355,457 ist des weiteren eine Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen bekannt, welche zumindest ein Sägeblatt aus Diamant aufweist.

Darüber hinaus ist aus der WO 91/08080 A1 die Herstellung von Diamantsägeblättern für Halbleiterbauelemente beschrieben. Insbesondere geht aus dieser Druckschrift hervor, dass zur Herstellung eines Diamantsägeblattes Diamantpulver auf ein Stahlblatt aufgebracht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen sowie eine Trennvorrichtung bereitzustellen, die ein möglichst effektives und materialschonendes Vereinzeln von Halbleiterbauelementen erlauben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgesehen, daß zumindest im zu durchtrennenden Bereich des Trägersubstrats eine Durchbiegung des Trägersubstrats erzeugt wird. Durch die entstehende Wölbung des Trägersubstrats wird eine der Oberflächen 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 Materialaufwurf 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 unterschiedliche Weise erreicht werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Trägersubstrat vor dem Durchtrennen zumindest in dem zu durchtrennenden Bereich auf eine gekrümmte Unterlage 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 beispielsweise durch eine entsprechende Vakuumanordnung erzielt werden, die mit der Oberfläche der Unterlage gekoppelt ist.

Als Alternative kann auch vorgesehen sein, daß das Trägersubstrat vor dem Durchtrennen zumindest in den zu durchtrennenden Bereich frei aufgehängt wird. Es können dann von einer Seite des Trägersubstrats aus Druckelemente in dem zu durchtrennenden Bereich gegen die Oberfläche des Trägersubstrats gedrückt werden, so daß eine Durchbiegung des Trägersubstrats in Richtung der gegenüberliegenden Oberfläche des Trägersubstrats erfolgt. Als Druckelemente können beispielsweise Rollen verwendet werden. Das Trägersubstrat kann jedoch auch gleitend über entsprechende Druckelemente geführt werden.

Zum Durchtrennen des Trägersubstrats können prinzipiell unterschiedliche Verfahren Anwendung finden, wie beispielsweise ein Trennschleifverfahren. Bevorzugt wird jedoch ein Schneideverfahren 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 A bereits Sägeblätter bekannt, deren Materialien und Formgebung an die speziellen Bedürfnisse bei der Verarbeitung von Halbleitern angepaßt wurden. Diese Sägeblätter aus dem Stand der Technik sind jedoch für die Bearbeitung von Halbleiterwafern ausgerichtet und nicht zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen aus einem Gesamtverbund auf einem Trägersubstrat. Solche Sägeblätter verursachen beim Trennen von Bauelementen in der Regel unsaubere Schnittkanten durch Kontamination oder „Ausfransen" 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 mindestens eine Durchtrennung des Trägersubstrats durchgeführt. Je nach Art und Größe des Trägersubstrats kann auch zwischen den Bauelementen und dem Rand des Trägersubstrats eine Durchtrennung 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 Halbleiterbauelemente erzielen möchte. Werden nun zwischen den Bauelementen statt nur einer zwei Durchtrennungen durchgeführt, so wird die resultierende Größe der Halbleiterbauelemente entsprechend reduziert. Idealerweise erfolgt eine simultane Durchführung der beiden Durchtrennungen, um den notwendigen Zeitaufwand für diesen Prozeßschritt so weit wie möglich zu verkürzen.

Es wird außerdem eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen vorgeschlagen, die mindestens ein Sägeblatt aus Hartmetall oder Keramik aufweist. Diese Materialien werden als besonders günstig für solche Anwendungen erachtet. Schließlich wird eine weitere erfindungsgemäße Sägevorrichtung vorgeschlagen, die zwei voneinander beabstandete, parallel zueinander angeordnete Sägeblätter aufweist. Diese Sägeblätter können dabei insbesondere, wie bei der ersten erfindungsgemäßen Trennvorrichtung beschrieben, aus Hartmetall oder Keramik bestehen.

Für jede der vorstehend beschriebenen Trennvorrichtungen können weiterhin Mittel zur Durchbiegung des zu durchtrennenden Trägersubstrats in Richtung des Sägeblatts oder der Sägeblätter vorgesehen sein. Mit solchen Mitteln kann eine verbesserte Durchtrennung des Trägersubstrats mit Hilfe der Sägeblätter erzielt werden. Die Mittel zur Durchbiegung können dabei beispielsweise als Druckrollen ausgebildet sein, oder es kann eine Unterdruck-Ansaugvorrichtung mit einer gewölbten Oberfläche vorgesehen sein. Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 4 erläutert.
Es zeigen:
1: Ein Trägersubstrat mit Halbleiterchips vor der Vereinzelung.
2: Ein Halbleiterbauelement nach der Vereinzelung.
3: Durchtrennung eines durchgebogenen Trägersubstrats mit einem Sägeblatt.
4: Durchtrennung eines durchgebogenen Trägersubstrats mit zwei Sägeblättern.
1a zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 1, auf dem eine Vielzahl von Halbleiterchips 2 angeordnet ist. 1b stellt einen Querschnitt durch Figur a entlang der Längsrichtung des Trägersubstrats dar. Die auf dem Trägersubstrat 1 angeordneten Halbleiterchips 2 sind seitlich von einer Umhüllungsmasse 4 umschlossen und leitend mit Kontaktkugeln 3 auf der gegenüberliegenden Seite des Trägersubstrats 1 verbanden. 1c zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1b, woraus bereits das spätere, vereinzelte Halbleiterbauelement als Ball Grid Array-Bauelement erkennbar ist.
2a und 2b zeigen das bereits vereinzelte Ball-Grid-Array-Bauelement, wobei 2a die Unterseite mit den Kontaktkugeln 3 des Bauelements darstellt, 2b die Oberseite mit dem Halbleiterchip 2 und der Umhüllung 4.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird vorgesehen, daß die Vereinzelung der Bauelemente mit Hilfe eines einzelnen Sägeblattes, vorzugsweise aus Hartmetall oder Keramik, erfolgt. Dabei wird das Trägersubstrat 1 mit derjenigen Seite, auf der Halbleiterchips angeordnet sind, über eine gewölbte Oberfläche einer Unterdruck-Ansaugvorrichtung 9 („Vacuum Chuck") geführt. 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 angeordnet sind, eine konvex gewölbte Oberfläche 11, die unter einer Zugspannung steht. Nun kann das Durchtrennen des Trägersubstrats ausgehend von dieser gewölbten Oberfläche 11 wesentlich einfacher durch ein Sägeblatt 8 erfolgen. Die am Trägersubstrat 1 anliegende Zugspannung erleichtert das Eindringen des Sägeblatts 8 in das Trägersubstrat und somit das Durchtrennen des Trägersubstrats.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung nach 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 verwendet werden. Man erhält somit, wie 1a zeigt, nicht nur eine einzelne Schnittlinie 5 zwischen zwei Halbleiterchips 2, sondern zwei Schnittlinien 6, die parallel zueinander zwischen den Halbleiterchips 2 verlaufen. Das zwischen den beiden Schnitten 6 liegende Material des Trägersubstrats 1 sowie ggfs. der Umhüllungmasse 4 wird dabei abgetragen, so daß die vereinzelten Halbleiterbauelemente geringere Ausmaße aufweisen, als bei dem Fall eines einzelnen Schnittes 5 zwischen den Halbleiterchips 2. Somit können auch bei größeren Abständen zwischen den Halbleiterchips 2 auf dem Trägersubstrat 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 jedoch jeweils ein Schnitt nach dem anderen durchgeführt werden muß, was zu einer Verlängerung der Prozeßzeit führt.

Claims

Verfahren zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, wobei jedes Bauelement mindestens einen Halbleiterchip (2) umfaßt und die Halbleiterchips (2) auf ein gemeinsames Trägersubstrat (1) montiert sind und wobei das Vereinzeln durch ein Durchtrennen des Trägersubstrats (1) erfolgt, wobei zum Durchtrennen ein Schneideverfahren eingesetzt wird, für das Schneideverfahren eine Trennvorrichtung mit mindestens einem Schneideblatt (8, 10) aus Hartmetall oder einer Keramik verwendet wird, zumindest in einem zu durchtrennenden Bereich des Trägersubstrats (1) eine Durchbiegung des Trägersubstrats (1) erzeugt wird und das Durchtrennen beginnend von einer durch die Durchbiegung erzeugten konvex gekrümmten Oberfläche (11) des Trägersubstrats (1) erfolgt.
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) formschlüssig mit der Unterlage (9) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (1) vor dem Durchtrennen zumindest im zu durchtrennenden Bereich frei aufgehängt wird und Druckelemente (9) im zu durchtrennenden Bereich gegen eine Oberfläche des Trägersubstrats (1) gedrückt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem als Druckelemente (9) Druckrollen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zumindest zwischen einem Teil der Bauelemente zwei voneinander beabstandete Durchtrennungen (6) des Trägersubstrats (1) simultan durchgeführt werden.
Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, mit mindestens einem Sägeblatt (8) aus Hartmetall oder Keramik und mit Mitteln (9) zur Durchbiegung des zu durchtrennenden Trägersubstrats (1) in Richtung des Sägeblatts (8) oder der Sägeblätter (10).
Trennvorrichtung zum Vereinzeln von Halbleiterbauelementen, insbesondere nach Anspruch 6, mit zwei voneinander beabstandeten, parallel zueinander angeordneten Sägeblättern (10).
Trennvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel (9) zur Durchbiegung als Druckrollen ausgebildet sind.
Trennvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel (9) zur Durchbiegung als Unterdruck-Ansaugvorrichtung mit gewölbter Oberfläche ausgebildet sind.