WO2005069369A1 - Integrated structural element - Google Patents

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WO2005069369A1 PCT/EP2004/053585 EP2004053585W WO2005069369A1 WO 2005069369 A1 WO2005069369 A1 WO 2005069369A1 EP 2004053585 W EP2004053585 W EP 2004053585W WO 2005069369 A1 WO2005069369 A1 WO 2005069369A1
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Andre F.L. Goossens
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Abstract

Disclosed is an integrated structural element (1) comprising a number of interior components, a number of terminal contacts (2), and a protective medium (3) that surrounds the interior components and is located immediately adjacent to said interior components. In order to provide the integrated structural element (1) with great mechanical and thermal loading capacity, the surface of the protective medium (3) has no edges and no corners.

Description

Integriertes BauelementIntegrated component
Die Erfindung betrifft ein integriertes Bauelement, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit einer Anzahl von Innenkomponenten, mit einer Anzahl von Anschlusskontakten und mit einem die Innenkomponenten umgebenden Schutzmedium.The invention relates to an integrated component, in particular for use in a motor vehicle, with a number of internal components, with a number of connection contacts and with a protective medium surrounding the internal components.
Als integriertes Bauelement bezeichnete integrierte Bauteile sind gewöhnlich derart aufgebaut, dass eine Anzahl von elektronisch integrierten Schaltungen in Form von Chips oder allgemein Innenkomponenten in einem Gehäuse angeordnet sind. Dabei werden in der Regel bei der Herstellung auf einem sogenannten Wafer mit verschiedenen Prozessschritten mehrere meist identische integrierte Schaltungen erzeugt. Ein Wafer ist dabei meist eine kreisrunde Halbleiterscheibe, bei der bekanntesten Integriertes Bauelementtechnologie, der Silizium-Technologie beispielsweise eine kreisrunde Silizium- Kristallscheibe. Anschließen wird der Wafer entsprechend der einzelnen erzeugten Chips auseinander gebrochen bzw. zerteilt. Dieses Verfahren wird auch Wafer—stepping genannt.Integrated components referred to as integrated components are usually constructed in such a way that a number of electronically integrated circuits in the form of chips or generally internal components are arranged in a housing. As a rule, several mostly identical integrated circuits are produced during manufacture on a so-called wafer with different process steps. A wafer is usually a circular semiconductor wafer, in the most well-known integrated component technology, silicon technology, for example, a circular silicon crystal wafer. The wafer is then broken apart or divided according to the individual chips produced. This process is also called wafer stepping.
Nach dem Zerteilen des Wafers werden die entstehenden Wafer- Stücke bzw. Chips in Gehäuse verpackt bzw. mit einem Gehäuse umschlossen. Dabei können mehrere integrierten Schaltungen mit dünnen Bonddrähten untereinander verbunden sein. Außerdem können mit den Bonddrähten die metallischen Anschlusskontakte des Chips mit dem oder den IC's verbunden werden. Die Bonddrähte werden dazu an metallischen Anschlusskontakten, den sogenannten Padvs, auf der integrierten Bauelementoberfläche befestigt. Um den Chip vor äußeren und insbesondere auch vor mechanischen Einflüssen zu schützen, wird der sogenannte Lead Frame für die Herstellung des Gehäuses mit sämtlichen Komponenten mit Gießharz wie beispielsweise Epoxidharz oder anderen Materialien umgössen. Dabei werden lediglich Teile der Anschlusskontakte ausgespart bzw. diese nach außen geführt, so dass sich der Chip an diesen anschließen lässt.After the wafer has been diced, the resulting wafer pieces or chips are packaged in a housing or enclosed in a housing. Several integrated circuits can be connected to one another with thin bonding wires. In addition, the metallic connection contacts of the chip can be connected to the IC or ICs with the bond wires. For this purpose, the bond wires are attached to metallic connection contacts, the so-called pad v s, on the integrated component surface. In order to protect the chip from external and in particular also from mechanical influences, the so-called lead frame for the manufacture of the housing is cast with all components with casting resin such as epoxy resin or other materials. In doing so only parts of the connection contacts are cut out or these are led outside so that the chip can be connected to them.
Für den Gießprozess werden dabei in der Regel Gießwerkzeuge eingesetzt. Durch die Verwendung eines wärmeleitenden Gießwerkstoffs wie Epoxidharz als Schutzmedium kann auch eine entsprechende Wärmeableitung der umschlossenen Komponenten sichergestellt werden. Die Form des Chips wird dabei üblicherweise möglichst einfach als Balkenform gewählt, wobei meistens ein rechteckiger Querschnitt vorliegt . In anderen Ausgestaltungsformen kann von dieser rechteckigen Form abgesehen werden, wobei zumeist ein balkenförmiges Volumen mit einem gleichmäßigen Querschnitt vorliegt.Casting tools are generally used for the casting process. Appropriate heat dissipation of the enclosed components can also be ensured by using a heat-conducting casting material such as epoxy resin as a protective medium. The shape of the chip is usually selected as simply as possible as a bar shape, usually with a rectangular cross section. In other embodiments, this rectangular shape can be disregarded, usually with a bar-shaped volume with a uniform cross-section.
Im allgemeinen kommt bei der Entwicklung von Mikrochips der Zuverlässigkeit eine immer höhere Bedeutung zu, da sich nach dem sogenannten „Moore 's Law„ die Anzahl der auf einem Chip positionierten Schaltkreise, insbesondere Transistoren, alle 18 Monate verdoppelt. Der Zuverlässigkeit wird in diesem Zusammenhang eine tendenziell wachsende Bedeutung zubemessen, da man einerseits durch das Mooresche Gesetz an die Technologiegrenzen vorstößt, so dass immer neue Zuverlässigkeitsprobleme auftreten, und andererseits bei steigender Anzahl von realisierten Schaltkreisen in integrierten Schaltungen sich die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen einzelner Schaltkreise erhöht, was zu einem Ausfall ganzer ICNs führen kann. Um die Probleme der Zuverlässigkeit zu lösen, wird bei allen beteiligten Prozessschritten bei der Herstellung von Chips und allen verwenden Komponenten der Zuverlässigkeit anhand von Tests und Prognosemodellen Rechnung getragen, um die Qualität und damit eine ausreichend hohe Zuverlässigkeit zu garantieren.In general, reliability is becoming increasingly important in the development of microchips, since according to the so-called "Moore's Law" the number of circuits, in particular transistors, positioned on a chip doubles every 18 months. Reliability in this context tends to be of increasing importance, because on the one hand Moore's law pushes the technology limits so that new reliability problems always arise, and on the other hand the likelihood of failures of individual circuits increases as the number of implemented circuits in integrated circuits increases , which can lead to failure of entire IC N s. In order to solve the reliability problems, reliability is taken into account in all process steps involved in the production of chips and all components used, using tests and forecast models in order to guarantee the quality and thus a sufficiently high level of reliability.
Dabei kommt insbesondere auch dem Gehäuseentwurf, dem söge- nannten „Package Design,, und der Gehäusetechnologie, der „Package Technology,, eine immer höhere Bedeutung zu, da insbesondere das Chip-Gehäuse und das Gehäuse-Board immer mehr auch die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Chips limitieren. Dabei ist generell insbesondere die durch das Gehäuse vorgegebene Wärmeableitungsmenge bedeutsam.The housing design, the so-called called "Package Design" and the package technology, the "Package Technology", because the chip package and the package board are increasingly limiting the performance and reliability of chips. The amount of heat dissipation specified by the housing is generally significant.
Bei spezielleren Anwendungen von Chips, wie beispielsweise bei der Verwendung von ICvs als Geschwindigkeitssensor beim ABS (Anti-Blockiersystem) eines Kraftfahrzeugs, ist es üblich, den Chip mit thermoplastischem Kunststoff zu umsprit- zen. Dies geschieht in einer Spritzform bei vergleichsweise relativ hohen Temperaturen von 300° Celsius und mehr.In more specific chip applications, such as when using IC v s as a speed sensor in the ABS (anti-lock braking system) of a motor vehicle, it is customary to overmold the chip with thermoplastic plastic. This happens in an injection mold at comparatively relatively high temperatures of 300 ° Celsius and more.
Nachteilig bezüglich der Zuverlässigkeit des oben beschriebenen Chips ist, dass diese für Temperaturschwankungen vergleichsweise anfällig sind. So treten beim Erstarrungs- und Abkühlungsprozess durch die Schrumpfung des Umspritzwerk- stoffs thermomechanische Belastungen auf. Diese thermomecha- nischen Belastungen können auch durch die Dehnung oder Schrumpfung des Umspritzwerkstoffs bei hohen Temperaturande-τ., rungen auftreten, denen der Chip ausgesetzt wird oder die durch den Betrieb des innen gelagerten integrierten Schaltung entstehen und sich auf das Schutzmedium übertragen. Die ther omechanisehen Belastungen können derart stark sein, dass der Chip zerstört wird, indem sich beispielsweise Kontakte im Inneren des integrierten Bauelements lösen oder andere Beschädigungen auftreten. Ein weiterer Nachteil besteht in möglicherweise vorhandenen Oberflächenstrukturen des Chips, die als Ansatzpunkte für von außen einwirkende Kräfte dienen könnten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein integriertes Bauelement der oben genannten Art anzugeben, das eine besonders hohe mechanische und thermische Belastungsfähigkeit aufweist.A disadvantage of the reliability of the chip described above is that it is relatively susceptible to temperature fluctuations. In the solidification and cooling process, the shrinkage of the extrusion material causes thermomechanical loads. These thermo-mechanical loads can also occur due to the expansion or shrinkage of the overmold material at high temperature changes to which the chip is exposed or which arise from the operation of the integrated circuit and are transferred to the protective medium. The thermal loads can be so great that the chip is destroyed, for example, by contacts in the interior of the integrated component becoming loose or other damage occurring. Another disadvantage is the possibly existing surface structures of the chip, which could serve as starting points for external forces. The invention is therefore based on the object of specifying an integrated component of the type mentioned above which has a particularly high mechanical and thermal load capacity.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das integrierte Bauelement gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei das Schutzmedium des integrierten Bauelements eine kanten- und eckenfrei gehaltene Oberfläche aufweist.This object is achieved according to the invention by the integrated component according to claim 1, the protective medium of the integrated component having a surface which is kept free of edges and corners.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass insbesondere bei Spritzgussteilen Kanten und Ecken in der Oberflächenstruktur bei mechanischer oder thermischer Belastung zu erhöhten mechanischen Spannungskonzentrationen führen können. Daher gilt bei Spritzgussteilen im Allgemeinen die Empfehlung, möglichst fließende Übergänge mit einer einheitlichen Wandstärke zu verwenden. Bei der nunmehr vorgesehenen Vermeidung von Ecken und Kanten an der Oberfläche des Schutzmediums eines integriertes Bauelements wird diesen Vorgaben in besonderem Maße Rechnung getragen.The invention is based on the consideration that, in particular in the case of injection molded parts, edges and corners in the surface structure can lead to increased mechanical stress concentrations under mechanical or thermal stress. For this reason, the general recommendation for injection molded parts is to use smooth transitions with a uniform wall thickness. With the now provided avoidance of corners and edges on the surface of the protective medium of an integrated component, these requirements are particularly taken into account.
Für eine besonders einfach gehaltene Gestaltung der Formwahl des Schutzmediums weist diese vorteilhafterweise eine im Wesentlichen quaderförmige Oberfläche mit verrundeten Ecken und Kanten auf. Bei dieser Formwahl sind sämtliche Kanten und Ecken des Quaders abgerundet, so dass auftretende mechanische Spannungen dort nicht übermäßig konzentriert werden.For a particularly simple design of the choice of shape of the protective medium, this advantageously has a substantially cuboid surface with rounded corners and edges. With this choice of shape, all edges and corners of the cuboid are rounded off, so that mechanical stresses occurring are not excessively concentrated there.
Um die Angriffsfläche für mechanische Kräfte von außen zu verkleinern, weist das Schutzmedium zweckmäßigerweise eine perlenförmige Oberfläche auf. Dabei entstehen im Wesentlichen glatte Flächen, die keine erhöhte Angriffsfläche für mechanische Kräfte von außen darstellen würden.In order to reduce the contact surface for mechanical forces from the outside, the protective medium expediently has a pearl-shaped surface. This essentially creates smooth surfaces that would not represent an increased contact surface for external mechanical forces.
Für eine weitere Optimierung hinsichtlich der Belastungsfä- higkeit gegenüber von außen auftretenden mechanischen Kräften weist die Oberfläche des Schutzmediums vorzugsweise eine Kugelform auf. Eine Kugelform stellt die stabilste geometrische Formwahl dar, weil auftretende Kräfte optimal innerhalb des Schutzmediums und des gesamten Chips verteilt werden können.For further optimization with regard to the load ability to withstand external mechanical forces, the surface of the protective medium preferably has a spherical shape. A spherical shape is the most stable geometric shape choice, because the occurring forces can be optimally distributed within the protective medium and the entire chip.
Für eine gleichmäßige Wandstärke des Schutzmediums ist die Oberfläche des Schutzmediums vorteilhafterweise unter Einhaltung von fließenden Übergängen mit einer vorgegebenen Distanz von den jeweils lotförmig unterhalb der Oberfläche befindlichen Innenkomponenten beabstandet. Dabei lässt sich eine annähernd gleiche Wandstärke des Schutzmediums erreichen, die bei Temperaturspannungen .eine gleichmäßige Dehnung bzw. Schrumpfung gewährleistet, so dass thermische Spannungen innerhalb des integriertes Bauelements minimiert werden. Die notwendigen Übergänge des Schutzmediums bei unterschiedlich großen Innenkomponenten sind zweckmäßigerweise fließend gestaltet, so dass keine Kanten auftreten.For a uniform wall thickness of the protective medium, the surface of the protective medium is advantageously spaced apart from the internal components located below the surface at a predetermined distance while observing flowing transitions. In this way, approximately the same wall thickness of the protective medium can be achieved, which ensures a uniform expansion or shrinkage in the event of temperature stresses, so that thermal stresses within the integrated component are minimized. The necessary transitions of the protective medium in the case of differently sized internal components are expediently designed to be fluid so that no edges occur.
Die mit der Erfindung erzielen Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das oben beschriebene integriertes Bauelement eine hohe mechanische und thermische Belastungsfähigkeit aufweist. Dies wird durch kanten- und eckenfreie Oberfläche gewährleistet . Gleichzeitig fällt bei den vorgeschlagenen Formen des integriertes Bauelements die Wandstärke gleichmäßiger aus, was insbesondere die thermische Belastungsfähig- keit erhöht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die vorgeschlagenen Formen für das Gehäuse des integriertes Bauelements mit vergleichsweise einfachen Spritzgießwerkzeugen realisiert werden können. Ein Ausführungsbeispiel wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:The advantages achieved with the invention are, in particular, that the integrated component described above has a high mechanical and thermal load capacity. This is guaranteed by an edge and corner free surface. At the same time, the wall thickness of the proposed forms of the integrated component is more uniform, which in particular increases the thermal load capacity. Another advantage is that the proposed shapes for the housing of the integrated component can be realized with comparatively simple injection molding tools. An embodiment is explained in more detail with reference to a drawing. In it show:
Fig. 1 ein quaderförmiges integriertes Bauelement mit verrundeten Ecken und Kanten, undFig. 1 is a cuboid integrated component with rounded corners and edges, and
Fig. 2 ein perlenförmiges integriertes Bauelement.Fig. 2 is a pearl-shaped integrated component.
Gleiche Teile sind beiden Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen .The same parts are provided with the same reference numerals in both figures.
Das in Fig. 1 dargestellte integriertes Bauelement 1 umfasst nicht näher dargestellte Innenkomponenten, Anschlusskontakte 2 sowie ein Schutzmedium 3, das die Innenkomponenten umgibt. Das integriertes Bauelement 1 ist insbesondere so ausgelegt, dass er eine besonders hohe mechanische und thermische Belastungsfähigkeit aufweist. Dazu ist die Oberfläche des Schutzmediums 3 derart ausgeführt, dass keine Kanten und Ecken auftreten. Dies wird durch die in der Abbildung 1 dargestellten Verrundungen erreicht.The integrated component 1 shown in FIG. 1 comprises internal components (not shown), connection contacts 2 and a protective medium 3 which surrounds the internal components. The integrated component 1 is in particular designed such that it has a particularly high mechanical and thermal load capacity. For this purpose, the surface of the protective medium 3 is designed such that no edges and corners occur. This is achieved by the fillets shown in Figure 1.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des integrierten Bauelements 1 dargestellt, die insbesondere eine hohe Belastungsfähigkeit gegenüber den von außen auftretenden mechanischen Kräften aufweist. Dazu ist das integrierte Bauelement 1 in dieser Ausführungsform durch die Formwahl des Schutzmediums 3 perlenförmig ausgeführt. Dadurch werden gerade Flächen, die eine große Angriffsfläche für derartige Kräfte darstellen könnten, sicher vermieden. BezugszeichenlisteFIG. 2 shows a further embodiment of the integrated component 1, which in particular has a high load capacity in relation to the mechanical forces that occur from the outside. For this purpose, the integrated component 1 in this embodiment has a pearl-shaped design due to the shape of the protective medium 3. As a result, straight surfaces that could represent a large area of attack for such forces are reliably avoided. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Integriertes Bauelement1 integrated component
2 Anschlusskontakt2 connection contact
3 Schutzmedium 3 protection medium

Claims

Patentansprüche claims
1. Integriertes Bauelement (1) mit einer Anzahl von Innenkomponenten, mit einer Anzahl von Anschlusskontakten (2) und mit einem die Innenkomponenten umgebenden Schutzmedium (3) , dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmedium (3) eine kanten- und eckenfrei gehaltene Oberfläche aufweist.1. Integrated component (1) with a number of internal components, with a number of connection contacts (2) and with a protective medium (3) surrounding the internal components, characterized in that the protective medium (3) has an edge and corner-free surface.
2. Integriertes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dessen Schutzmedium (3) eine im wesentlichen quaderförmige Oberfläche mit verrundeten Ecken und Kanten aufweist.2. Integrated component (1) according to claim 1, whose protective medium (3) has a substantially cuboid surface with rounded corners and edges.
3. Integriertes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dessen Schutzmedium (3) eine perlenförmige Oberfläche aufweist.3. Integrated component (1) according to claim 1, whose protective medium (3) has a pearl-shaped surface.
4. Integriertes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dessen Schutzmedium (3) eine kugelförmige Oberfläche aufweist.4. Integrated component (1) according to claim 1, whose protective medium (3) has a spherical surface.
5. Integriertes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dessen Oberfläche unter Einhaltung von fließenden Übergängen- mit einer vorgegebenen Distanz von den jeweils lotförmig unterhalb der Oberfläche befindlichen Innenkomponenten beabstandet ist. 5. Integrated component (1) according to claim 1, the surface of which is spaced at a predetermined distance from the respective inner components located below the surface in compliance with flowing transitions.
PCT/EP2004/053585 2004-01-16 2004-12-17 Integrated structural element WO2005069369A1 (en)

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