DE19906209A1 - Cutting out individual circuit units from panel, using high speed milling of e.g. 1000 m per min - Google Patents
Cutting out individual circuit units from panel, using high speed milling of e.g. 1000 m per minInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heraustrennen einzelner Schaltkreis-Einheiten aus einem Paneel, auf dem mehrere Schaltkreis-Einheiten ausgebildet sind, wobei das Paneel eine Trägerschicht aus einem wärmeleitenden Trägermaterial, darauf eine Isolationsschicht aus einem dielektrischen Material und darauf eine Schaltungsschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist.The present invention relates to a method for Separating individual circuit units from a panel, on which a plurality of circuit units are formed, wherein the panel is a carrier layer made of a heat-conducting Carrier material, an insulation layer made of a dielectric material and a circuit layer thereon has an electrically conductive material.
Die Paneels mit einer Trägerschicht, einer darauf aufgebrachten Isolationsschicht und einer darauf aufgebrachten Schaltungsschicht sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Paneels werden in der Halbleitertechnik eingesetzt und dienen bspw. als Leiterplatte, als sog. Heatsink oder als Träger für eine gedruckte Schaltung. Die Trägerschicht besteht aus einem stark wärmeleitenden Material wie bspw. Kupfer, Aluminium, Carboxymethylcellulose (CMC), Nickelstahl oder Stahl. Auf diese Trägerschicht ist die Isolationsschicht aus einem dielektrischen Material aufgebracht, die ebenfalls gute wärmeleitenden Eigenschaften aufweist. Die Isolationsschicht besteht üblicherweise aus einem Polymer-Keramik-Gemisch. Die Isolationsschicht ist derart auf die Trägerschicht aufgebracht, daß sie hohen mechanischen und thermodynamischen Beanspruchungen standhalten kann. Die Schaltungsschicht umfaßt auf die Isolationsschicht aufgebrachte Schaltungen. In der Regel ist für jede der Schaltkreis-Einheiten auf dem Paneel eine gesonderte Schaltung vorgesehen. Die Schaltungsschicht besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, bspw. aus Kupfer.The panels with a support layer, one applied on top Insulation layer and an applied thereon Circuit layers are known from the prior art. The Panels are used and used in semiconductor technology For example, as a printed circuit board, as a so-called heatsink or as a carrier for a printed circuit. The carrier layer consists of a highly thermally conductive material such as copper, aluminum, Carboxymethyl cellulose (CMC), nickel steel or steel. On this carrier layer is the insulation layer made of one dielectric material applied, which is also good has heat-conducting properties. The insulation layer usually consists of a polymer-ceramic mixture. The Insulation layer is on the carrier layer applied that they have high mechanical and thermodynamic Can withstand stress. The circuit layer comprises circuits applied to the insulation layer. In the The rule is for each of the circuit units on the panel a separate circuit is provided. The circuit layer consists of an electrically conductive material, for example Copper.
Die Paneels weisen bspw. Abmessungen von etwa 60 cm × 80 cm auf. Aus Kostengründen werden auf einem Paneel üblicherweise mehrere Schaltkreis-Einheiten ausgebildet. Diese müssen dann aus dem Paneel herausgetrennt werden. Die auf die Isolationsschicht aufgebrachten Schaltungen der Schaltungsschicht können je nach Anwenderwunsch verschieden ausgebildet sein. Je nach Ausführungsform weisen die Schaltkreis-Einheiten Abmessungen von wenigen Millimetern bis zu mehreren Zentimetern auf.The panels have dimensions of approximately 60 cm × 80 cm, for example on. For cost reasons, are usually on a panel formed several circuit units. Then they have to be separated from the panel. The on the Isolation layer applied circuits of the Circuit layer can vary depending on user needs be trained. Depending on the embodiment, the Circuit units dimensions from a few millimeters to to several centimeters.
Die Schaltkreis-Einheiten können als Heatsinks ausgebildet sein. Auf einem Heatsink werden ein oder mehrere Halbleiterelemente (ICs; Integrated Circuits) angeordnet und das Heatsink dann zusammen mit dem Halbleiterelement auf einem Leadframe befestigt. Die Reihenfolge des Aufeinander-Anordnens von Leadframe, Heatsink und Halbleiterelement kann variieren. Die Anschlußkontakte der Halbleiterelemente werden mit Anschlußarmen des Leadframes (bspw. mittels Bonding-Drähten) elektrisch leitend verbunden. Die fertige Halbleitereinheit, bestehend aus dem Heatsink, dem Halbleiterelement und dem Leadframe, wird dann mit einem Harz oder Kunststoff ummantelt. Die Ummantelung stellt einen Schutz der Halbleitereinheit gegen mechanische und chemische Einwirkungen dar. Aus der Ummantelung ragen seitlich Anschlußkontakte des Leadframes und an der Unterseite eine wärmeableitende Fläche des Heatsinks hervor. Mit den Anschlußkontakten des Leadframes kann die Halbleitereinheit dann in einen übergeordneten Schaltkreis integriert werden. Die wärmeableitende Fläche wird vorzugsweise auf einem Kühlkörper angeordnet, um die während des Betriebs des Halbleiterelements erzeugte Wärme ableiten zu können. The circuit units can be designed as heat sinks his. One or more are on a heatsink Semiconductor elements (ICs; Integrated Circuits) arranged and the heatsink then together with the semiconductor element on one Leadframe attached. The order of the order of leadframe, heatsink and semiconductor element can vary. The connection contacts of the semiconductor elements are with Connection arms of the leadframe (e.g. using bonding wires) electrically connected. The finished semiconductor unit, consisting of the heatsink, the semiconductor element and the Leadframe, is then covered with a resin or plastic. The casing protects the semiconductor unit against mechanical and chemical effects Sheath protrude to the side of the leadframe and contacts on the underside a heat-dissipating surface of the heat sink forth. With the connection contacts of the leadframe, the Semiconductor unit then in a higher-level circuit to get integrated. The heat dissipating surface will preferably arranged on a heat sink to the during derive heat generated during the operation of the semiconductor element can.
Bei einer als Heatsinks ausgebildeten Schaltkreis-Einheit wird auf der Isolationsschicht des Paneels eine Schaltungsschicht aufgebracht, deren Schaltungen für jeden Heatsink jeweils Anschlußkontakte für das oder die Halbleiterbauelemente aufweist. Die Anschlußkontakte der Halbleiterelemente werden in der sog. Flip-Chip-Technik ohne den Einsatz von Bonding- Drähten an die Anschlußkontakte der Heatsinks gelötet. Entlang des Randes des Heatsinks weist die Schaltung Anschlußkontaktflächen (sog. die pads) auf, die nach dem Heraustrennen des Heatsinks mit den Anschlußarmen des Leadframes elektrisch leitend verbunden werden. Die Anschlußkontaktflächen werden üblicherweise mit den Anschlußarmen verlötet. Schließlich weist die Schaltungsschicht Leiterbahnen zum Verbinden der Anschlußkontakte für die Halbleiterbauelemente mit den Anschlußkontaktflächen für das Leadframe auf. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Bonding-Technik kann durch die Flip-Chip- Technik auf den Einsatz von Bonding-Drähten verzichtet werden, und der Anschluß der Anschlußkontaktflächen an die Anschlußarme des Leadframes kann wesentlich schneller und kostengünstiger durchgeführt werden.With a circuit unit designed as a heat sink a circuit layer on the insulation layer of the panel applied, the circuits for each heatsink each Connection contacts for the semiconductor component or components having. The connection contacts of the semiconductor elements are in the so-called flip-chip technology without the use of bonding Wires soldered to the connection contacts of the heatsinks. Along the circuit shows the edge of the heatsink Connection contact surfaces (so-called the pads), which after the Remove the heatsink with the connecting arms of the Leadframes are electrically connected. The Terminal contact surfaces are usually with the Connection arms soldered. Finally, the Circuit layer conductor tracks for connecting the Connection contacts for the semiconductor components with the Connection contact surfaces for the lead frame. In contrast to the conventional bonding technology can be Technology without the use of bonding wires, and the connection of the connection contact surfaces to the Leadframe connecting arms can be much faster and be carried out more cost-effectively.
Nach dem Stand der Technik werden die einzelnen Schaltkreis- Einheiten aus dem Paneel herausgestanzt, herausgeschnitten oder herausgeätzt. Beim Herausstanzen ergibt sich zum einen das Problem, daß es entlang der Außenkanten der herausgestanzten Schaltkreis-Einheit zu einem Abtrennen der Isolationsschicht von der Trägerschicht kommt. Zum anderen führt der Stanzvorgang zu einer Abrundung der Außenkanten der herausgestanzten Schaltkreis-Einheit. Das hat zur Folge, daß die Anschlußkontaktflächen der Schaltungsschicht uneben werden, wodurch ein Anlöten der Anschlußarme der Leadframes an die Anschlußkontaktflächen erheblich erschwert bzw. sogar unmöglich wird.According to the state of the art, the individual circuit Units punched out of the panel, cut out or etched out. On the one hand, this results in punching out Problem that it is punched out along the outer edges Circuit unit for separating the insulation layer comes from the carrier layer. On the other hand, it leads Punching process to round off the outer edges of the punched out circuit unit. This has the consequence that the connection contact surfaces of the circuit layer uneven , which leads to a soldering of the connection arms of the lead frames the connection contact surfaces considerably more difficult or even becomes impossible.
Zum Herausschneiden der einzelnen Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel kann bspw. das Laserstrahlschneiden oder das Wasserstrahlschneiden eingesetzt werden. Das Laserstrahlschneiden hat jedoch den Nachteil, daß es aufgrund der sehr guten Wärmeleiteigenschaften des Materials der Trägerschicht in Verbindung mit der relativ großen Schichtdicke der Trägerschicht nur mit einer relativ geringen Vorschubgeschwindigkeit möglich ist. Das Wasserstrahlschneiden hat den Nachteil, daß die Schaltkreis-Einheiten nur mit einer relativ schlechten Qualität aus dem Paneel herausgeschnitten werden können. Außerdem führt ein beim Wasserstrahlschneiden üblicherweise hinzugefügtes abrasives Mittel zu einer erheblichen Verunreinigung der herausgeschnittenen Schaltkreis-Einheiten bzw. der Schaltungsschicht. Eine Reinigung der herausgeschnittenen Schaltkreis-Einheiten würde einen zusätzlichen Arbeitsschritt bedeuten und zu einer Erhöhung der Stückkosten führen. Da die herausgeschnittenen Schaltkreis-Einheiten in der Regel sehr kleine Abmessungen aufweisen und dementsprechend schlecht handhabbar sind, wäre eine Nachbearbeitung der einzelnen Schaltkreis-Einheiten zudem besonders schwierig und zeitaufwendig.For cutting out the individual circuit units the panel can, for example, laser beam cutting or Water jet cutting can be used. The However, laser beam cutting has the disadvantage that it is due to the very good thermal conductivity properties of the material Carrier layer in connection with the relatively large Layer thickness of the carrier layer only with a relatively small one Feed rate is possible. Water jet cutting has the disadvantage that the circuit units with only one relatively poor quality cut out of the panel can be. It also leads to water jet cutting commonly added abrasive to one considerable contamination of the cut out Circuit units or the circuit layer. A Cleaning the cut out circuit units would mean an additional step and one Increase unit costs. Because the cut out Circuit units usually have very small dimensions would have and are accordingly difficult to handle post-processing of the individual circuit units particularly difficult and time consuming.
Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegen Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, daß die einzelnen Schaltkreis-Einheiten möglichst schnell und kostengünstig aus dem Paneel herausgetrennt werden können ohne daß die herausgetrennten Schaltkreis-Einheiten nachbearbeitet werden müssen.From the aforementioned disadvantages of the prior art the task of the present invention, a method of and the kind mentioned at the beginning train that the individual circuit units out of the panel as quickly and inexpensively as possible can be separated without the separated Circuit units need to be reworked.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß die Schaltkreis-Einheiten durch Fräsen aus dem Paneel herausgetrennt werden.To achieve this object, the invention proposes starting from the procedure of the type mentioned that the Circuit units by milling from the panel be separated out.
Das Herausfräsen der Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel hat den Vorteil, daß die einzelnen Schaltkreis-Einheiten besonders schnell und kostengünstig aus dem Paneel herausgetrennt werden können. Die Qualität der herausgefrästen Schaltkreis-Einheiten ist so gut, daß sie nicht mehr nachbearbeitet werden müssen. The milling of the circuit units from the panel has the advantage that the individual circuit units especially can be removed from the panel quickly and inexpensively can. The quality of the milled circuit units is so good that it doesn't have to be reworked.
Durch die Auswahl bestimmter Fräsverfahren in Verbindung mit bestimmten Fräswerkzeugen kann die Zeit, die zum Herausfräsen einer Schaltkreis-Einheit benötigt wird, und die Qualität der herausgefrästen Schaltkreis-Einheiten weiter optimiert werden.By selecting certain milling methods in connection with Certain milling tools can take the time it takes to mill out a circuit unit is needed, and the quality of the milled circuit units can be further optimized.
Um besonders große Vorschubgeschwindigkeiten realisieren und dadurch das Heraustrennen der Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel besonders schnell durchführen zu können, schlägt die Erfindung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vor, daß das Fräsen mit einem Fräswerkzeug durchgeführt wird, das mit einer besonders hohen Schnittgeschwindigkeit fräst, insbesondere mit über 1000 m/min. Dabei handelt es sich um das sog. Hochgeschwindigkeitsfräsen (HSC; High Speed Cutting). Mit einer Schnittgeschwindigkeit des Fräswerkzeugs von etwa 3000 m/min konnten besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Die Schnittgeschwindigkeit des Fräswerkzeugs hängt insbesondere von der Anzahl der Schneiden des Fräswerkzeugs, von dem zu fräsenden Material und von der Vorschubgeschwindigkeit des Fräswerkzeugs ab.To realize particularly high feed speeds and thereby removing the circuit units from the Being able to carry out the panel particularly quickly beats the Invention according to an advantageous development before that Milling is carried out with a milling tool that with a especially high cutting speed, especially with over 1000 m / min. This is the so-called High speed milling (HSC; High Speed Cutting). With a cutting speed of the milling tool of about 3000 m / min particularly good results could be achieved. The cutting speed of the milling tool depends especially the number of cutting edges of the milling tool, of the material to be milled and of the Feed rate of the milling tool.
Die Trägerschicht zu fräsen stellt in der Regel kein großes Problem dar, da diese üblicherweise aus einem relativ gut bearbeitbaren Material, wie bspw. Kupfer, Aluminium, Carboxymethylcellulose (CMC), Nickelstahl oder Stahl besteht. Die Isolationsschicht ist in der Regel wesentlich härter als die Trägerschicht. Sie besteht üblicherweise aus einem Keramikwerkstoff, insbesondere aus einem Polymer-Keramik- Gemisch. Um auch Paneels mit einer Isolationsschicht aus einem besonders harten Material fräsen zu können, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Fräsvorgang mit einem Fräswerkzeug durchgeführt wird, das eine besonders große Härte aufweist. Ein solches besonders hartes Fräswerkzeug ist bspw. als ein diamantbeschichtetes Fräswerkzeug ausgebildet.Milling the base layer is usually not a big one Problem since this usually consists of a relatively good one machinable material, such as copper, aluminum, Carboxymethyl cellulose (CMC), nickel steel or steel. The insulation layer is usually much harder than the backing layer. It usually consists of one Ceramic material, in particular from a polymer ceramic Mixture. To also make panels with an insulation layer from one Being able to mill particularly hard material is according to one advantageous development of the invention proposed that the milling process is carried out with a milling tool that has a particularly high hardness. Such a special one hard milling tool is for example as a diamond coated Milling tool trained.
Durch das Fräsen können die einzelnen Schaltkreis-Einheiten, wie oben beschrieben, vollständig aus dem Paneel herausgetrennt werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Fräsvorgang lediglich einen von mehreren Bearbeitungsschritten zum Heraustrennen der einzelnen Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel darstellt. So kann der Fräsvorgang bspw. einen Vorbearbeitungsschritt darstellen. Die Schaltkreis-Einheiten werden erst in einem nachfolgenden zusätzlichen Bearbeitungsschritt vollständig aus dem Paneel herausgetrennt. Die Handhabung des Paneels während dieses zusätzlichen Bearbeitungsschritts ist problemlos möglich, da die Schaltkreis-Einheiten nach wie vor Teil des Paneels darstellen und mit diesem zusammen gehandhabt werden können. Erst nach Abschluß des zusätzlichen Bearbeitungsschritts liegen die einzelnen kleinen und relativ schlecht handhabbaren Schaltkreis-Einheiten vor. Durch den vorbereitenden Fräsvorgang kann das Paneel bspw. derart bearbeitet werden, daß ein nachfolgendes Herausschneiden der einzelnen Schaltkreis- Einheiten mit einer besonders hohen Schnittgeschwindigkeit und/oder mit einer besonders hohen Qualität möglich wird.The individual circuit units, as described above, completely separated from the panel become. However, it is also conceivable that the milling process only one of several processing steps for Separate the individual circuit units from the Represents panel. For example, the milling process can Show preprocessing step. The circuit units are only in a subsequent additional Processing step completely separated from the panel. The handling of the panel during this additional Processing step is easily possible because the Circuit units still form part of the panel and can be handled together with it. Only after Completion of the additional processing step are the individual small and relatively difficult to handle Circuit units. By the preparatory Milling process, the panel can be processed such that a subsequent cutting out of the individual circuit Units with a particularly high cutting speed and / or with a particularly high quality is possible.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Schaltkreis-Einheiten durch die Kombination eines Fräsvorgangs und eines Stanzvorgangs aus dem Paneel herausgetrennt werden. Es ist denkbar, daß bestimmte Bereiche der Konturen der Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel herausgefräst werden, während andere Bereiche stehen bleiben. Die Schaltkreis-Einheiten sind über diese stehengebliebenen Bereiche mit dem Paneel verbunden. In einem nachfolgenden Stanzvorgang können die restlichen noch stehengebliebenen Bereiche dann problemlos durchtrennt werden, ohne daß es zu einem Abtrennen der Isolationsschicht von der Trägerschicht oder zu Abrundungen an den Kanten der Schaltkreis-Einheiten kommt.According to an advantageous development of the invention suggested that the circuit units by the Combination of a milling process and a punching process from the Panel to be separated. It is conceivable that certain Areas of the contours of the circuit units from the panel be milled out while other areas remain. The circuit units are left over over these Areas connected to the panel. In a subsequent one Punching process can be the remaining ones that have stopped Areas can then be easily cut without it a separation of the insulation layer from the carrier layer or to round off the edges of the circuit units is coming.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zunächst die Konturen der Schaltkreis- Einheiten aus dem Paneel herausgefräst und danach die konturierten Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel herausgestanzt. Gemäß dieser Ausführungsform bleibt rund um die Schaltkreis-Einheiten noch ein Bereich des Paneels mit einer geringen Stärke stehen. Dieser stehengebliebene Bereich kann dann in einem nachfolgenden Stanzvorgang problemlos durchtrennt werden. Während dieses nachfolgenden Stanzvorgangs kommt es entlang des Außenkanten der herausgestanzten Schaltkreis-Einheit nicht zu einem Abtrennen der Isolationsschicht von der Trägerschicht. Außerdem führt der nachfolgende Stanzvorgang nicht zu einer Abrundung der Außenkanten der herausgestanzten Schaltkreis-Einheiten. Das hat seine Ursache insbesondere darin, daß die Stärke des herauszustanzenden Bereichs relativ gering ist. Dadurch ist die Gegenkraft, die der herauszustanzende Bereich des Paneels einem Stanzwerkzeug entgegensetzt, relativ gering.According to a preferred embodiment of the present Invention, the contours of the circuit Units milled out of the panel and then the contoured circuit units from the panel punched out. According to this embodiment, remains all around the circuit units still have an area of the panel of a low strength. This stopped area can then easily in a subsequent punching process be severed. During this subsequent punching process it comes along the outer edges of the punched out Circuit unit does not cause disconnection Insulation layer from the carrier layer. In addition, the subsequent punching process does not round off the Outer edges of the die-cut circuit units. The The main reason for this is that the strength of the area to be punched out is relatively small. This is the counterforce that is the area of the panel to be punched out opposed to a punch, relatively small.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Stanzvorgang von der Seite der Trägerschicht her durchgeführt wird. Vorteilhafterweise wird ein Stanzwerkzeug durch die Konturen der Schaltkreis-Einheiten auf dem Paneel positioniert. Durch das Herausfräsen der Konturen auf dem Paneel wird somit zum einen die Materialstärke des Paneels verringert, so daß der stehengebliebene Bereich in einem anschließenden Stanzvorgang problemlos durchtrennt werden kann, und zum anderen eine genaue Positionierung des Stanzwerkzeugs für den Stanzvorgang ermöglicht. According to an advantageous development of the present Invention is proposed that the punching process by the Side of the carrier layer is carried out. Advantageously, a punch is made through the contours of the circuit units positioned on the panel. By milling out the contours on the panel thus becomes one reduces the material thickness of the panel, so that the stopped area in a subsequent punching process can be easily cut, and the other one exact positioning of the punching tool for the punching process enables.
Ebenso wird gemäß noch einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die einzelnen Schaltkreis-Einheiten durch dasselbe Stanzwerkzeug nacheinander aus dem Paneel herausgestanzt werden. Das Paneel wird vorteilhafterweise unter dem stationär angeordneten Stanzwerkzeug verschoben und relativ zu dem Stanzwerkzeug positioniert.Likewise, according to yet another advantageous one Further development of the invention suggested that the individual Circuit units through the same stamping tool successively punched out of the panel. The panel is advantageously arranged under the stationary Punch tool moved and relative to the punch tool positioned.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Schaltkreis-Einheiten durch die Kombination eines Fräsvorgangs und eines Schneidevorgangs aus dem Paneel herausgetrennt werden. Die nach dem Fräsvorgang noch stehengebliebenen Bereiche zwischen den Schaltkreis-Einheiten und dem restlichen Paneel werden in einem nachfolgenden Schneidevorgang herausgeschnitten.According to another advantageous development of the invention it is proposed that the circuit units by the Combination of a milling process and a cutting process be removed from the panel. The one after the milling process areas left between the circuit units and the rest of the panel will be in a subsequent one Cutting process cut out.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zunächst die Konturen der Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel herausgefräst und danach die konturierten Schaltkreis- Einheiten aus dem Paneel herausgeschnitten. Die Schaltkreis- Einheiten werden vorteilhafterweise mittels eines Laserstrahls aus dem Paneel herausgeschnitten. Da die nach dem Fräsvorgang noch stehengebliebenen Bereiche eine relativ geringe Schichtdicke aufweisen und/oder eine geringe Breite aufweisen, können die Schaltkreis-Einheiten trotz der guten Wärmeleiteigenschaften des Materials der Trägerschicht auch mit relativ hohen Vorschubgeschwindigkeiten mittels des Laserstrahlschneidens aus dem restlichen Paneel herausgeschnitten werden. Mit dem Laserstrahlschneiden können bereits jetzt Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von 3 m/min erreicht werden. Da während des Laserstrahlschneidens nahezu keine Kräfte auf das Paneel bzw. auf die Schaltkreis-Einheiten wirken, können die Schaltkreis-Einheiten mittels eines Vakuums gehalten und anschließend auf einfache Weise gehandhabt werden. Darüber hinaus ist die Spritzerbildung des aufgeschmolzenen Materials aufgrund der geringen Stärke der nach dem Fräsvorgang stehengebliebenen Bereiche so gering, daß eine Verschmutzung der Schaltungsschicht der Schaltkreis- Einheiten vermieden wird.According to a preferred embodiment of the invention first the contours of the circuit units from the panel milled out and then the contoured circuit Cut units out of the panel. The circuit Units are advantageously created using a laser beam cut out of the panel. Because after the milling process areas still standing a relatively small Have layer thickness and / or have a narrow width, can the circuit units despite the good Thermal conductivity properties of the material of the carrier layer also with relatively high feed rates using the Laser beam cutting from the rest of the panel be cut out. With laser cutting already cutting speeds in the range of 3 m / min can be achieved. Because almost during laser beam cutting no forces on the panel or on the circuit units the circuit units can act by means of a vacuum held and then handled in a simple manner become. In addition, the spattering of the melted material due to the low strength of the Areas that remained after the milling process were so small that contamination of the circuit layer of the circuit Units is avoided.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Schneidevorgang von der Seite der Trägerschicht her durchgeführt. Vorteilhafterweise werden die einzelnen Schaltkreis-Einheiten durch denselben Laserstrahl nacheinander aus dem Paneel herausgeschnitten. Vorzugsweise wird das Paneel unter einem stationär angeordneten Laser, der den Laserstrahl erzeugt, verschoben und relativ zu dem Laser positioniert.According to an advantageous development of the invention, the Cutting process from the side of the carrier layer carried out. Advantageously, the individual Circuit units by the same laser beam in succession cut out of the panel. Preferably the panel under a stationary laser, which is the laser beam created, shifted and positioned relative to the laser.
Um den Fräsvorgang auch mit Fräswerkzeugen mit einer herkömmlichen Härte über einen längeren Zeitraum hinweg durchführen zu können, ohne daß das Fräswerkzeug abstumpft, schlägt die Erfindung vor, daß der Fräsvorgang von der Seite der Trägerschicht her durchgeführt wird. Vorteilhafterweise werden die Konturen der Schaltkreis-Einheiten mit einer Frästiefe aus dem Paneel herausgefräst, die geringer ist als die Schichtdicke der Trägerschicht. Auf diese Weise wird die im Verhältnis zu der Isolationsschicht relativ weiche und gut fräsbare Trägerschicht durch den Fräsvorgang abgetragen. Die relativ harte und mit einem herkömmlichen Fräswerkzeug schlecht fräsbare Isolationsschicht bleibt stehen. Die Frästiefe beträgt vorzugsweise in etwa 90% der Schichtdicke der Trägerschicht. Der nach dem Fräsvorgang noch stehengebliebene Bereich rund um die Schaltkreis-Einheit herum umfaßt neben einem noch stehengebliebenen Bereich der Trägerschicht mit einer geringen Restschichtstärke auch die gesamte Schichtdicke der relativ harten und durch Fräsen schlecht bearbeitbaren Isolationsschicht. Der noch stehengebliebene Bereich der Trägerschicht und insbesondere die Isolationsschicht können dann in einem anschließenden Stanzvorgang auf vorteilhafte Weise schnell und einfach durchtrennt werden.To complete the milling process with milling tools with a conventional hardness over a longer period of time to be able to perform without the milling tool becoming dull, the invention proposes that the milling process from the side the carrier layer is carried out. Advantageously the contours of the circuit units with a Milled depth from the panel, which is less than the layer thickness of the carrier layer. In this way the relatively soft and good in relation to the insulation layer millable carrier layer removed by the milling process. The relatively hard and with a conventional milling tool insulation layer that is difficult to mill remains. The Milling depth is preferably about 90% of the layer thickness the backing layer. The one after the milling process area left around the circuit unit includes in addition to a still standing area the Backing layer with a low remaining layer thickness also the total layer thickness of the relatively hard and by milling poorly workable insulation layer. The still stopped area of the backing layer and in particular the insulation layer can then in a subsequent Punching process quickly and easily in an advantageous manner be severed.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß im Rahmen des Fräsvorgangs eine Abstufung entlang der Ränder der Schaltkreis-Einheiten ausgebildet wird, wobei die Tiefe der Abstufung geringer ist als die Frästiefe, mit der die Konturen der Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel herausgefräst werden. Diese Abstufung dient als sog. Moldstop, durch den verhindert werden soll, daß beim Ummanteln (dem sog. Molding) der Schaltkreis-Einheit mit einem Kunststoff oder Harz dieses über den Rand der Schaltkreis-Einheit auf die wärmeableitende Fläche gelangt.According to an advantageous development of the invention suggested that as part of the milling process a gradation is formed along the edges of the circuit units the depth of the gradation is less than the milling depth, with the contours of the circuit units from the panel be milled out. This gradation serves as a so-called mold stop, by which it is to be prevented that when sheathing (the so-called. Molding) the circuit unit with a plastic or Resin this over the edge of the circuit unit onto the heat-dissipating surface.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Fräsvorgang von unterhalb des Paneels durchgeführt wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Paneel mit der Trägerschicht nach unten über dem Fräswerkzeug angeordnet. Die Frässpäne fallen aufgrund der Erdanziehungskraft von der Schaltkreis-Einheit weg nach unten. Dadurch wird verhindert, daß die Frässpäne zu einer Verschmutzung der Schaltkreis-Einheit, insbesondere der auf der Isolationsschicht aufgebrachten Schaltungsschicht, führen. Auf diese Weise kann auf eine aufwendige und zeitintensive Nachbearbeitung der einzelnen Schaltkreis- Einheiten zur Reinigung der Schaltungsschicht verzichtet werden.According to a preferred embodiment of the present Invention is proposed that the milling process of is carried out below the panel. According to this The embodiment is the panel with the support layer facing downwards arranged above the milling tool. The milling chips fall due to the gravitational pull of the circuit unit way down. This prevents the milling chips from becoming too contamination of the circuit unit, especially the circuit layer applied on the insulation layer, to lead. In this way it can be complex and time-consuming post-processing of the individual circuit Units for cleaning the circuit layer are dispensed with become.
Zum Schutz der Schaltkreis-Einheiten, insbesondere der auf der Isolationsschicht aufgebrachten Schaltungsschicht, vor Verschmutzung bzw. Verunreinigung, werden die beim Fräsen anfallenden Späne vorteilhafterweise während der Durchführung des Verfahrens abgesaugt. Ein noch zuverlässigerer Schutz läßt sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erzielen, daß die Schaltungsschicht zumindest für die Durchführung des Verfahrens mittels einer Schutzschicht abgedeckt wird. Die Schaltungsschicht wird vorzugsweise mittels einer Schutzfolie abgedeckt. Es ist denkbar, daß die Schutzfolie auf der Schaltungsschicht bzw. auf der Isolationsschicht der Schaltkreis-Einheit haftet. Nach dem Heraustrennen der Schaltkreis-Einheiten aus dem Paneel kann die Schutzfolie einfach entfernt werden und eine reine Schaltungsschicht bleibt zurück. Es ist aber auch denkbar, daß die Schutzfolie auf der Schaltungsschicht bzw. der Isolationsschicht belassen wird.To protect the circuit units, especially those on the Insulation layer applied circuit layer, before Contamination or contamination, will be when milling resulting chips advantageously during the implementation sucked off the process. An even more reliable protection leaves according to a preferred embodiment, that the circuit layer at least for the implementation of the Process is covered by a protective layer. The Circuit layer is preferably by means of a protective film covered. It is conceivable that the protective film on the Circuit layer or on the insulation layer of the Circuit unit is liable. After removing the Circuit units from the panel can be the protective film just be removed and a pure circuit layer stays behind. But it is also conceivable that the protective film leave on the circuit layer or the insulation layer becomes.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Konturen der einzelnen Schaltkreis-Einheiten durch dasselbe Fräswerkzeug nacheinander aus dem Paneel herausgefräst werden. Da die Trägerschicht des Paneel üblicherweise aus einem nicht magnetischen Material besteht, wird das Paneel auf einer Verfahrvorrichtung vorzugsweise mittels eines Vakuums befestigt. Vorteilhafterweise wird das Paneel unter dem stationär angeordneten Fräswerkzeug verschoben und relativ zu dem Fräswerkzeug positioniert. Alternativ kann das Paneel aber auch stationär unterhalb des Fräswerkzeugs angeordnet und das Fräswerkzeug verschoben und relativ zu dem Paneel positioniert werden.According to another advantageous development of the invention it is suggested that the contours of each Circuit units by the same milling tool one after the other be milled out of the panel. Since the carrier layer of the Panel usually made of a non-magnetic material there is, the panel is on a moving device preferably attached by means of a vacuum. Advantageously, the panel under the stationary arranged milling tool shifted and relative to that Milling tool positioned. Alternatively, the panel can also be used arranged stationary below the milling tool and that Milling tool moved and positioned relative to the panel become.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1 eine Ansicht eines Paneel von unten im Ausschnitt, aus dem die Kontur von vier Schaltkreis-Einheiten herausgefräst ist; Figure 1 is a view of a panel from below in a detail from which the contour of four circuit units is milled out.
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht einer Schaltkreis-Einheit aus Fig. 1 von unten, in einer Schnittansicht und in einer Ansicht von vorne; FIG. 2 shows an enlarged view of a circuit unit from FIG. 1 from below, in a sectional view and in a view from the front;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Schaltkreis-Einheit aus Fig. 2; Fig. 3 is a perspective view of the circuit unit of Fig. 2;
Fig. 4 eine Ansicht einer Schaltkreis-Einheit von unten, die aus dem Paneel herausgetrennt ist; Figure 4 is a bottom view of a circuit unit separated from the panel;
Fig. 5 eine Ansicht der Schaltkreis-Einheit aus Fig. 4 von oben; und Fig. 5 is a top view of the circuit unit of Fig. 4; and
Fig. 6 eine Schnittansicht des Paneel aus Fig. 1 nach dem Fräsvorgang und der vor dem Stanzvorgang. Fig. 6 is a sectional view of the panel of Fig. 1 after the milling process and before the punching process.
In den Fig. 1 bis Fig. 4 ist ein Paneel mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Das Paneel 1 weist eine Trägerschicht 2 aus einem wärmeleitenden Trägermaterial, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Kupfer, auf. Auf die Trägerschicht 2 ist von oben eine Isolationsschicht 3 aus einem dielektrischen Material, in dem vorliegenden Beispiel aus einem Polymer- Keramik-Gemisch, aufgebracht. Auf der Isolationsschicht 3 ist eine Schaltungsschicht 5, 6, 7 aus einem elektrisch leitfähigen Material, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Kupfer, aufgebracht. Auf dem Paneel 1 sind mehrere Schaltkreis-Einheiten 4 nebeneinander ausgebildet, von denen in Fig. 1 nur vier dargestellt sind. Für eine Weiterverarbeitung müssen die einzelnen Schaltkreis-Einheiten 4 aus dem Paneel 1 herausgetrennt werden.In Figs. 1 to FIG. 4, a panel is indicated with the reference numeral 1. The panel 1 has a carrier layer 2 made of a heat-conducting carrier material, in the present exemplary embodiment made of copper. An insulating layer 3 made of a dielectric material, in the present example made of a polymer-ceramic mixture, is applied to the carrier layer 2 from above. A circuit layer 5 , 6 , 7 made of an electrically conductive material, in the present exemplary embodiment made of copper, is applied to the insulation layer 3 . Several circuit units 4 are formed side by side on the panel 1 , only four of which are shown in FIG. 1. The individual circuit units 4 must be separated from the panel 1 for further processing.
Die Schaltkreis-Einheiten 4 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Heatsinks ausgebildet. Auf einem Heatsink werden ein oder mehrere Halbleiterelemente (ICs; Integrated Circuits; nicht dargestellt) befestigt. Auf dem Heatsink sind Anschlußkontakte 5 ausgebildet, die mittels einer Lötverbindung an Anschlußkontakte der Halbleiterelemente elektrisch leitend angeschlossen werden. Auf den Heatsinks sind außerdem Leiterbahnen 7 ausgebildet, durch die die Anschlußkontakte 5 für die Halbleiterelemente mit Anschlußkontaktflächen 6 (sog. die pads) elektrisch leitend verbunden sind. Die Anschlußkontaktflächen 6 sind entlang des Rands der Heatsinks angeordnet. Die Heatsinks werden auf einem Leadframe (nicht dargestellt) befestigt, wobei die Anschlußkontaktflächen 6 des Heatsinks mit Anschlußarmen des Leadframes durch Lötverbindungen elektrisch leitend verbunden werden. Auf diese Weise können die Anschlußkontakte der Halbleiterelemente schnell, einfach und kostengünstig über die Schaltkreis-Einheiten 4 (die Heatsinks) mit den Anschlußarmen der Leadframes verbunden werden. Diese Anschlußtechnik wird auch als Flip-Chip-Technik bezeichnet.The circuit units 4 are designed as heat sinks in the present exemplary embodiment. One or more semiconductor elements (ICs; integrated circuits; not shown) are attached to a heatsink. Terminal contacts 5 are formed on the heatsink and are connected in an electrically conductive manner to terminal contacts of the semiconductor elements by means of a solder connection. Conductor tracks 7 are also formed on the heatsinks, through which the connection contacts 5 for the semiconductor elements are connected in an electrically conductive manner to connection contact surfaces 6 (so-called the pads). The terminal contact surfaces 6 are arranged along the edge of the heat sink. The heatsinks are attached to a leadframe (not shown), the connection contact surfaces 6 of the heatsink being connected to the leadframe of the leadframe in an electrically conductive manner by soldering connections. In this way, the connection contacts of the semiconductor elements can be connected to the connection arms of the leadframes quickly, easily and inexpensively via the circuit units 4 (the heatsinks). This connection technology is also known as flip-chip technology.
Die fertige Halbleitereinheit, bestehend aus der Schaltkreis- Einheit 4 (dem Heatsink), dem Halbleiterelement (dem IC) und dem Leadframe, wird dann mit einem Epoxidharz ummantelt. Aus der Ummantelung ragen seitlich Anschlußkontakte des Leadframes und an der Unterseite eine wärmeableitende Fläche 12 des Heatsinks hervor. Die Ummantelung stellt einen Schutz der Halbleitereinheit gegen mechanische und chemische Einwirkungen dar. Mit den Anschlußkontakten des Leadframes kann die Halbleitereinheit dann in einen übergeordneten Schaltkreis integriert werden. Die wärmeableitende Fläche 12 wird auf einem Kühlkörper angeordnet, um die während des Betriebs des Halbleiterelements erzeugte Wärme ableiten zu können.The finished semiconductor unit, consisting of the circuit unit 4 (the heatsink), the semiconductor element (the IC) and the lead frame, is then coated with an epoxy resin. Terminal contacts of the leadframe protrude from the casing and a heat-dissipating surface 12 of the heat sink protrudes from the underside. The sheath provides protection for the semiconductor unit against mechanical and chemical effects. With the connection contacts of the leadframe, the semiconductor unit can then be integrated into a higher-level circuit. The heat-dissipating surface 12 is arranged on a heat sink in order to be able to dissipate the heat generated during the operation of the semiconductor element.
Die Schaltungsschicht 5, 6, 7 der Schaltkreis-Einheit 4 ist in Fig. 5 verdeutlicht. Sie weist die in einem Viereck gruppierten Anschlußkontakte 5 zum Anschluß des Halbleiterelements auf. Entlang des Rands der Schaltkreis- Einheit 4 sind die Anschlußkontaktflächen 6 zum Anschluß an die Anschlußarme des Leadframes angeordnet. Zwischen den Anschlußkontakten 5 und den Anschlußkontaktflächen 6 verlaufen die Leiterbahnen 7. Die Schaltungsschicht 5, 6, 7 ist durch eine Schutzschicht 8 bedeckt (vgl. Fig. 6). Nach dem Heraustrennen der Schaltkreis-Einheit 4 aus dem Paneel 1 kann die Schutzschicht 8 auf einfache Weise von der Oberseite der Schaltkreis-Einheit 4 entfernt werden. Alternativ kann die Schutzschicht 8 aber auch auf der Schaltungsschicht 5, 6, 7 verbleiben.The circuit layer 5 , 6 , 7 of the circuit unit 4 is illustrated in FIG. 5. It has the connection contacts 5 grouped in a square for connecting the semiconductor element. Along the edge of the circuit unit 4 , the connection contact surfaces 6 are arranged for connection to the connection arms of the lead frame. The conductor tracks 7 run between the connection contacts 5 and the connection contact surfaces 6 . The circuit layer 5 , 6 , 7 is covered by a protective layer 8 (cf. FIG. 6). After the circuit unit 4 has been removed from the panel 1 , the protective layer 8 can be removed in a simple manner from the top of the circuit unit 4 . Alternatively, the protective layer 8 can also remain on the circuit layer 5 , 6 , 7 .
Die einzelnen Schaltkreis-Einheiten 4 werden durch die Kombination eines Fräsvorgangs und eines Stanzvorgangs aus dem Paneel 1 herausgetrennt. Zunächst werden die Konturen der Schaltkreis-Einheiten 4 aus dem Paneel 1 herausgefräst, und danach werden die konturierten Schaltkreis-Einheiten 4 aus dem Paneel 1 herausgestanzt. The individual circuit units 4 are separated from the panel 1 by the combination of a milling process and a punching process. First, the contours of the circuit units 4 are milled out of the panel 1 , and then the contoured circuit units 4 are punched out of the panel 1 .
Das Paneel 1 wird derart ausgerichtet, daß die Trägerschicht 2 nach unten gerichtet ist. Dann wird mit einem Fräswerkzeug (nicht dargestellt) von unten die Kontur der Schaltkreis- Einheiten 4 aus dem Paneel 1 herausgefräst. Die aus dem Paneel 1 herausgefrästen Bereiche sind in Fig. 1 schraffiert dargestellt und mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet. Die Frästiefe wird dabei so gewählt, daß nicht die gesamte Stärke der Trägerschicht 2 abgetragen wird (vgl. Fig. 2, Schnitt A-A; Fig. 6). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Trägerschicht 2 eine Stärke von etwa 0,9 mm und die Isolationsschicht 3 eine Stärke von 0,1 mm auf. Die Frästiefe beträgt etwa 0,8 mm, so daß nach dem Fräsvorgang noch ein Bereich 14 der Trägerschicht 2 mit einer Stärke von 0,1 mm und die Isolationsschicht 3 mit einer Stärke von 0,1 mm stehenbleiben.The panel 1 is aligned such that the carrier layer 2 is directed downwards. Then the contour of the circuit units 4 is milled out of the panel 1 from below with a milling tool (not shown). The areas milled out of the panel 1 are shown hatched in FIG. 1 and identified by the reference number 13 . The milling depth is chosen so that the entire thickness of the carrier layer 2 is not removed (cf. FIG. 2, section AA; FIG. 6). In the present exemplary embodiment, the carrier layer 2 has a thickness of approximately 0.9 mm and the insulation layer 3 has a thickness of 0.1 mm. The milling depth is about 0.8 mm, so that after the milling process an area 14 of the carrier layer 2 with a thickness of 0.1 mm and the insulation layer 3 with a thickness of 0.1 mm remain.
Im Anschluß an den Fräsvorgang erfolgt der Stanzvorgang. Dabei wird von der Trägerschicht 2 aus ein Stanzwerkzeug 9 auf den noch stehengebliebenen Bereich 14 der Trägerschicht 2 gesetzt. Das Stanzwerkzeug 9 ist als ein Stempel ausgebildet. Das Stanzwerkzeug 9 wird von der herausgefrästen Kontur der Schaltkreis-Einheit 4 positioniert. Von der Isolationsschicht 3 aus liegt eine Schneidplatte 10 auf dem Paneel 1. Indem nun das Stanzwerkzeug 9 in Richtung der Schneidplatte 10 verfahren wird, werden der stehengebliebene Bereich 14 der Trägerschicht 2 und die Isolationsschicht 3 durchtrennt und die Schaltkreis- Einheit 4 aus dem Paneel 1 herausgestanzt.The punching process follows the milling process. In this case, a punch 9 is placed from the carrier layer 2 onto the area 14 of the carrier layer 2 that has remained. The stamping tool 9 is designed as a stamp. The punch 9 is positioned from the milled contour of the circuit unit 4 . A cutting plate 10 lies on the panel 1 from the insulation layer 3 . By moving the stamping tool 9 in the direction of the cutting plate 10 , the remaining area 14 of the carrier layer 2 and the insulation layer 3 are severed and the circuit unit 4 is punched out of the panel 1 .
Im Rahmen des Fräsvorgangs wird eine Abstufung 11 entlang des Randes der Schaltkreis-Einheit 4 ausgebildet. Die Tiefe der Abstufung 11 ist geringer als die Frästiefe, mit der die Konturen der Schaltkreis-Einheit 4 aus dem Paneel 1 herausgefräst werden (vgl. Fig. 6). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe der Abstufungen 11 in etwa 0,2 mm. Die Abstufungen 11 dienen als Moldstop, um zu verhindern, daß beim Ummanteln der fertigen Halbleitereinheit das Epoxidharz über die wärmeableitende Fläche 12 der Schaltkreis-Einheit 4 fließt.As part of the milling process, a gradation 11 is formed along the edge of the circuit unit 4 . The depth of the gradation 11 is less than the milling depth with which the contours of the circuit unit 4 are milled out of the panel 1 (cf. FIG. 6). In the present exemplary embodiment, the depth of the gradations 11 is approximately 0.2 mm. The gradations 11 serve as a mold stop in order to prevent the epoxy resin from flowing over the heat-dissipating surface 12 of the circuit unit 4 when the finished semiconductor unit is encased.
Die Konturen der einzelnen Schaltkreis-Einheiten 4 werden durch dasselbe Fräswerkzeug nacheinander aus dem Paneel 1 herausgefräst. Das Paneel 1 wird unter dem stationär angeordneten Fräswerkzeug verschoben und relativ zu dem Fräswerkzeug positioniert. Ebenso werden die einzelnen Schaltkreis-Einheiten 4 durch dasselbe Stanzwerkzeug 9 nacheinander aus dem Paneel 1 herausgestanzt. Dazu wird das Paneel 1 unter dem stationär angeordneten Stanzwerkzeug 9 verschoben und relativ zu dem Stanzwerkzeug 9 positioniert. Alternativ kann das Paneel 1 aber auch stationär unterhalb des Fräswerkzeugs bzw. des Stanzwerkzeugs angeordnet und das Fräswerkzeug bzw. das Stanzwerkzeug verschoben und relativ zu dem Paneel 1 positioniert werden.The contours of the individual circuit units 4 are successively milled out of the panel 1 using the same milling tool. The panel 1 is shifted under the stationary milling tool and positioned relative to the milling tool. Likewise, the individual circuit units 4 are successively punched out of the panel 1 by the same punching tool 9 . For this purpose, the panel 1 is moved under the stationary punch 9 and positioned relative to the punch 9 . Alternatively, the panel 1 can also be arranged in a stationary manner below the milling tool or the punching tool, and the milling tool or the punching tool can be moved and positioned relative to the panel 1 .
Anstatt die nach dem Fräsvorgang stehengebliebenen Bereiche 14 wie oben beschrieben durch einen Stanzvorgang zu durchtrennen, können diese auch mittels eines Laserschneidevorgangs durchtrennt werden.Instead of cutting through the areas 14 that have remained after the milling process by a punching process, as described above, these can also be cut by means of a laser cutting process.
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