Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102004043523B4 - Halbleitervorrichtung mit Wärmeabstrahlplatte und Anheftteil - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit Wärmeabstrahlplatte und Anheftteil Download PDF

Info

Publication number
DE102004043523B4
DE102004043523B4 DE102004043523.5A DE102004043523A DE102004043523B4 DE 102004043523 B4 DE102004043523 B4 DE 102004043523B4 DE 102004043523 A DE102004043523 A DE 102004043523A DE 102004043523 B4 DE102004043523 B4 DE 102004043523B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
generating element
heat generating
chip
attachment part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE102004043523.5A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102004043523A1 (de
Inventor
Naohiko Hirano
Nobuyuki Kato
Kuniaki Mamitsu
Yoshimi Nakase
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2003350814A external-priority patent/JP4339660B2/ja
Priority claimed from JP2003352513A external-priority patent/JP2005116963A/ja
Priority claimed from JP2003395572A external-priority patent/JP2005159012A/ja
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of DE102004043523A1 publication Critical patent/DE102004043523A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102004043523B4 publication Critical patent/DE102004043523B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/492—Bases or plates or solder therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/562—Protection against mechanical damage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/33—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/2612—Auxiliary members for layer connectors, e.g. spacers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29111—Tin [Sn] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/2919—Material with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29199—Material of the matrix
    • H01L2224/2929—Material of the matrix with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
    • H01L2224/29298—Fillers
    • H01L2224/29299—Base material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73215—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00013—Fully indexed content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01028—Nickel [Ni]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0105—Tin [Sn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0134—Quaternary Alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/06—Polymers
    • H01L2924/0665—Epoxy resin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/157—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2924/15717—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400 C and less than 950 C
    • H01L2924/15724—Aluminium [Al] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/156—Material
    • H01L2924/157—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2924/15738—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950 C and less than 1550 C
    • H01L2924/15747—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H01L2924/183—Connection portion, e.g. seal
    • H01L2924/18301—Connection portion, e.g. seal being an anchoring portion, i.e. mechanical interlocking between the encapsulation resin and another package part
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19043—Component type being a resistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung mit: einem Wärmeerzeugungselement (10), das durch einen IGBT bereitgestellt wird; einem Anheftteil (50); ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30), welche auf ersten und zweiten Seiten (12, 13) des Wärmeerzeugungselementes (10) entsprechend über das Anheftteil (50) angeordnet sind; einem Wärmeabstrahlblock (40), der zwischen der ersten Wärmeabstrahlplatte (30) und dem Wärmeerzeugungselement (10) über das Anheftteil (50) angeordnet ist; und einem Kunstharzverguss (60), der praktisch die gesamte Vorrichtung eingießt, wobei die ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30) in der Lage sind, von dem Wärmeerzeugungselement (10) erzeugte Wärme abzustrahlen; das Wärmeerzeugungselement (10) elektrisch und thermisch mit der ersten Wärmeabstrahlplatte (30) über das Anheftteil (50) und den Wärmeabstrahlblock (40) verbunden ist; das Wärmeerzeugungselement (10) elektrisch und thermisch mit der zweiten Wärmeabstrahlplatte (20) über das Anheftteil (50) verbunden ist; der Wärmeabstrahlblock (40) einen Kantenabschnitt (43) ohne Ecke derart hat, dass das Anheftteil (50), welches an dem Kantenabschnitt (43) angeordnet ist, dick wird; der Wärmeabstrahlblock (40) eine Oberfläche (41) mit dem Kantenabschnitt (43) ohne Ecke aufweist; die Oberfläche (41) des Wärmeabstrahlblocks (40) der ersten Seite des Wärmeerzeugungselements (10) über das Anheftteil (50) gegenüberliegt; und das Wärmeerzeugungselement (10) eine Steuerelektrode auf der ersten Seite beinhaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit einer Wärmeabstrahlplatte, sowie ein Anheftbauteil.
  • Ein Halbleiterchip mit einer hohen Durchbruchspannung und einer hohen Stromkapazität erzeugt im Betrieb viel Wärme. Daher ist es notwendig, die von dem Chip abgestrahlte Wärmeabstrahlung zu verbessern. Was die Wärmeabstrahlung betrifft, so ist eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterchip für große Stromführung in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2003-110 064 A (d. h. der US-Patentanmeldungsveröffentlichung US 2003/0 022 464 A1) beschrieben. Die Halbleitervorrichtung weist ein Paar von Wärmesenken aus Metall auf, welche auf beiden Seiten des Halbleiterchips über eine oder mittels einer Lotschicht angeordnet sind. Insbesondere sind die Wärmesenken an dem Halbleiterchip mit der Lotschicht angeheftet (gebondet). Somit wird die im Chip erzeugte Wärme von beiden Seiten des Chips über die Wärmesenken abgestrahlt. Von daher wird die Wärmeabstrahlleistung verbessert. Hierbei ist die Halbleitervorrichtung mit den Wärmesenken aus Kunststoff gegossen. Die Außenfläche einer jeden Wärmesenke ist jedoch frei von dem gegossenen Kunststoff, so dass die Wärmeabstrahlleistung nicht beeinträchtigt wird.
  • Bei dieser Halbleitervorrichtung ist der jeweilige thermische Ausdehnungskoeffizient von Halbleiterchip, Wärmesenke und Gießkunststoff unterschiedlich. Von daher wird eine hohe Belastung aufgrund von Wärme an jedem Verbindungsabschnitt zwischen diesen Bauteilen erzeugt. Die hohe Belastung oder Spannung aufgrund von Wärme können den Chip zum Brechen bringen. Um den Chip zu schützen, wird die Dicke des Chips gering gemacht, so dass die Verzerrung an dem Anheftabschnitt zwischen Chip und Lotschicht gering wird.
  • Bei der obigen Halbleitervorrichtung sind jedoch Abmessungen und Form der Wärmesenke nicht definiert. Von daher kann eine Belastung in der Lotschicht zwischen dem Chip und der Wärmesenke erhöht werden, so dass das Anheftteil durch die Belastung bricht.
  • Darüber hinaus beschreibt die DE 100 58 446 A1 eine Halbleitervorrichtung, welche zwei Halbleiterchips aufweist, welche zwischen ein Paar von Abstrahlungsbauteilen gesetzt sind und hierbei thermisch und elektrisch mit den Abstrahlungsbauteilen in Verbindung stehen. Eines der Abstrahlungsbauteile weist zwei vorstehende Abschnitte auf, wobei vordere Enden der vorstehenden Abschnitte mit den Hauptelektroden der Halbleiterchips in Verbindung sind. Die Abstrahlungsbauteile sind aus einem metallischen Material, welches Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Die Halbleiterchips und die Abstrahlungsbauteile werden mit Kunststoff oder Kunstharz eingegossen, wobei nach außen hin frei liegende Abstrahlungsoberflächen verbleiben.
  • Ferner offenbart die US 6 060 776 A eine Gleichrichterdiode mit einem Sockel, die in eine vorgesehene Öffnung einer Gleichrichteranordnung einpressbar ist, wobei auf dem Sockel einstückig mit dem Sockel ein Podest angeordnet ist, auf dem seinerseits ein Halbleiterchip befestigt ist, der wiederum mit einem Kopfdraht verbunden ist. Bei der erfinderischen Konstruktion ist ein das Podest umgebender Wall vorgesehen, der beim Einpressvorgang eine niedrige und homogene Biegebeanspruchung an der Chipauflagefläche gewährleistet sowie im Vergleich zu einer Konstruktion ohne Wall die Chipzentrierung bei der Herstellung unkritischer macht.
  • Die US 5 150 197 A zeigt eine Die-Anbringungsstruktur und ein Verfahren, in dem die Verbindung zwischen einem Chip und einem Substrat in einer Weise ausgebildet ist, die eine gleichmäßige Temperaturverteilung in dem Die bereitstellt und Belastung in der Verbindung nahe des Rands des Dies reduziert. Das Substrat kann mit einer nichtebenen Oberfläche in dem Die-Anbringungsbereich ausgebildet sein, und die Verbindung zwischen dem Chip und dem Substrat kann zum Rand des Dies hin dicker sein als in der Mitte. Es können verschiedene Die-Befestigungsmaterialien verwendet werden, um die Verbindung zur Mitte des Dies hin steifer und zu den Rändern hin flexibler zu machen. Sowohl die dicker ausgebildete Verbindung als auch die einzelnen Die-Befestigungsmaterialien können verwendet werden.
  • Die US 5 651 179 A betrifft ein Verfahren zum Montieren bzw. Befestigen einer Halbleiteranordnung auf einer Schaltungs- bzw. Leiterplatte, bei dem eine Halbleiteranordnung mit Anschlusselektroden auf ihrer Oberfläche gegenüber einer Schaltungs- bzw. Leiterplatte angeordnet wird; eine Schaltungsplatte mit Verbindungselektroden, welche den Anschlusselektroden gegenüberliegen, vorgesehen wird; die Halbleiteranordnung und die Schaltungsplatte mittels eines thermoplastischen leitfähigen Haftmittels mit einer Plastifizierungstemperatur zusammengefügt wird, wobei das thermoplastische Haftmittel zwischen den gegenüberliegenden Elektroden angewandt wird, wobei ein freier Raum zwischen einer oberen Oberfläche der Schaltungsplatte und bei einer unteren Oberfläche der Halbleiteranordnung gelassen wird; bewirkt wird, dass ein wärmehärtbares Harz mit einer Aushärtungstemperatur gleich oder größer als die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Haftmittels den freien Raum zwischen der Halbleiteranordnung und der Schaltungsplatte füllt; das wärmehärtbare Harz bei einer Temperatur gleich oder größer als die Plastifizierungstemperatur des thermoplastischen leitfähigen Haftmittels ausgehärtet wird, wobei zeitweise das thermoplastische Haftmittel replastifiziert wird, so dass ein Schrumpfeffekt während des Aushärtens des wärmehärtbaren Harzes den Kontakt zwischen den Elektroden über das bzw. mittels des thermoplastischen Haftmittels verbessert.
  • Die US 2003/0 022 464 A1 offenbart ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip, welcher beim Betrieb Wärme erzeugt, einem Paar von Wärmesenken zum Kühlen des Chips und ein Gussharz, in welchem der Chip und die Wärmesenken eingebettet sind. Die Dicke des Chips und die Dicke einer der Wärmesenken, welche unter Verwendung eines Lötmittels mit dem Chip verbunden ist, genügen einer ersten Beziehung. Des Weiteren genügen der thermische Ausdehnungskoeffizient der Wärmesenke und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gussharzes einer zweiten Beziehung. Darüber hinaus besitzt die Oberfläche des Chips, welche dem Lötmittel gegenüberliegt, eine Rauheit, welche einer dritten Beziehung genügt. Darüber hinaus ist das Lötmittel ein Lötmittel auf der Grundlage von Sn, um die Entspannung einer Druckspannung in dem Chip zu unterdrücken, welche durch das Kriechen des Lötmittels hervorgerufen wird.
  • Die US 6 265 784 B1 offenbart eine harzversiegelte Halbleitervorrichtung, die mit einem organischen Harzverdrahtungssubstrat versehen ist, einen LSI-Chip, der eine integrierte Halbleiterschaltung aufweist und in einer reinen Chippackungsform über eine Vielzahl von elektrischen Verbindungselementen an dem organischen Harzverdrahtungssubstrat befestigt ist, und ein Harz, das in einen Spaltabschnitt zwischen dem organischen Harzverdrahtungssubstrat und dem LSI-Chip eingebracht ist. In dieser harzversiegelten Halbleiteranordnung sind ein Längselastizitätsmodul des einzubringenden Harzes, dessen Koeffizient der linearen thermischen Ausdehnung und seine Stegform optimiert. Das eingebrachte Harz ist vorzugsweise auch schwarz eingefärbt, um nachteilige Auswirkungen sichtbarer Überstände auf dem LSI-Chip zu minimieren.
  • In der US 2002/0 109 211 A1 hat ein Anschlussrahmen einen Bond-Pad-Bereich und einen inneren Anschlussbereich. Ein Leistungsbauteil ist am Bond-Pad-Bereich des Anschlussrahmens angebracht und mit Lötmetall an den Bond-Pad-Bereich gebondet. Das Leistungsbauteil besitzt Elektroden, die über einen Aluminiumdraht an den inneren Anschlussbereich eines anderen Anschlussrahmens angeschlossen sind. Ein Metallblock weist eine Oberfläche auf, die mit einem Vorsprung ausgebildet ist, der in entgegengesetztem Verhältnis zum Leistungsbauteil an den Anschlussrahmen gebondet ist. Ein Harzgehäuse weist eine Isolierschicht auf, die auf der dem Metallblock des Anschlussrahmens gegenüberliegenden Oberfläche ausgebildet ist und das Leistungsbauteil, die Anschlussrahmen und den Metallblock abdichtet. Ein äußerer Wärmeableiter ist auf einer Oberfläche der dem Metallblock gegenüberliegenden Isolierschicht angebracht. Ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung verbessern die Wärmeableitungscharakteristik und erhalten eine dielektrische Durchschlagspannung aufrecht.
  • Aus der US 5 364 893 A sind Epoxidharz-Formmassen zur Umhüllung von Halbleiterbauelementen bekannt, die kostengünstig zugänglich und gut verarbeitbar sind. Sie liefern ohne den Zusatz von Flammschutzmitteln dann schwerbrennbare Formstoffe mit hoher Glasübergangstemperatur und geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wenn sie folgende Komponenten enthalten: (A) ein phosphorfreies aromatisches und/oder heterocyclisches Polyepoxidharz, gegebenenfalls in Abmischung mit einem aliphatischen Epoxidharz, (B) eine epoxidgruppenhaltige Phosphorverbindung, (C) ein aromatisches Polyamin als Härter und (D) Füllstoffe.
  • Angesichts des beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, welche eine hohe Zuverlässigkeit ihres Anheftteils hat. Insbesondere soll eine Belastung in dem Anheftteil zwischen dem Wärmeerzeugungselement und einer Wärmeabstrahlplatte verringert werden, so dass das Anheftteil vor Brüchen geschützt ist. Weiterhin, selbst wenn ein Riss in dem Anheftteil erzeugt wird, soll der Riss die Wärmeabstrahlung nicht beeinflussen, so dass sich die Wärmeabstrahlung nicht wesentlich verringert.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und alternativ gelöst durch eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und durch eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
  • Allgemein wird in der Vorrichtung eine Belastung (Dehnung, Spannung, etc.) in dem Anheftteil, welches zwischen dem Wärmeerzeugungselement und der Wärmeabstrahlplatte liegt, verringert, so dass das Anheftteil vor einer Rissbildung geschützt ist. Somit ist die Zuverlässigkeit, d. h. die Festigkeit des Anheftteiles, das zwischen dem Wärmeerzeugungselement und der Wärmeabstrahlplatte liegt, verbessert, so dass die Halbleitervorrichtung hinsichtlich des Anheftteiles hohe Zuverlässigkeit hat.
  • Zur Lösung der Aufgabe beinhaltet eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung somit: ein Wärmeerzeugungselement, das durch einen IGBT bereitgestellt wird; ein Anheftteil; erste und zweite Wärmeabstrahlplatten, welche auf ersten und zweiten Seiten des Wärmeerzeugungselementes entsprechend über das Anheftteil angeordnet sind; einen Wärmeabstrahlblock, der zwischen der ersten Wärmeabstrahlplatte und dem Wärmeerzeugungselement über das Anheftteil angeordnet ist; und einen Kunstharzverguss, der praktisch die gesamte Vorrichtung eingießt, wobei die ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten in der Lage sind, von dem Wärmeerzeugungselement erzeugte Wärme abzustrahlen; das Wärmeerzeugungselement elektrisch und thermisch mit der ersten Wärmeabstrahlplatte über das Anheftteil und den Wärmeabstrahlblock verbunden ist; das Wärmeerzeugungselement elektrisch und thermisch mit der zweiten Wärmeabstrahlplatte über das Anheftteil verbunden ist; der Wärmeabstrahlblock einen Kantenabschnitt ohne Ecke derart hat, dass das Anheftteil, welches an dem Kantenabschnitt angeordnet ist, dick wird; der Wärmeabstrahlblock eine Oberfläche mit dem Kantenabschnitt ohne Ecke aufweist; die Oberfläche des Wärmeabstrahlblocks der ersten Seite des Wärmeerzeugungselements über das Anheftteil gegenüberliegt; und das Wärmeerzeugungselement eine Steuerelektrode auf der ersten Seite beinhaltet.
  • Die Halbleitervorrichtung hat hinsichtlich des Anheftteiles hohe Zuverlässigkeit.
  • Bevorzugt hat der Wärmeabstrahlblock eine Oberfläche mit dem Kantenabschnitt ohne Ecke und die Oberfläche des Wärmeabstrahlblockes liegt dem Wärmeerzeugungselement über das Anheftteil gegenüber.
  • Alternativ beinhaltet eine die Aufgabe lösende Halbleitervorrichtung erfindungsgemäß ein Wärmeerzeugungselement, das durch einen IGBT bereitgestellt wird; ein Anheftteil; erste und zweite Wärmeabstrahlplatten, welche auf ersten und zweiten Seiten des Wärmeerzeugungselementes entsprechend über das Anheftteil angeordnet sind; einen Wärmeabstrahlblock, der zwischen der ersten Wärmeabstrahlplatte und dem Wärmeerzeugungselement über das Anheftteil angeordnet ist; und einen Kunstharzverguss, der praktisch die gesamte Vorrichtung eingießt, wobei die ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten in der Lage sind, von dem Wärmeerzeugungselement erzeugte Wärme abzustrahlen; das Wärmeerzeugungselement elektrisch und thermisch mit der ersten Wärmeabstrahlplatte über das Anheftteil und den Wärmeabstrahlblock verbunden ist; das Wärmeerzeugungselement elektrisch und thermisch mit der zweiten Wärmeabstrahlplatte über das Anheftteil verbunden ist; der Wärmeabstrahlblock erste und zweite Oberflächen hat; die erste Oberfläche des Wärmeabstrahlblocks auf Seiten der ersten Wärmeabstrahlplatte angeordnet und die zweite Oberfläche des Wärmeabstrahlblocks auf Seiten des Wärmeerzeugungselements angeordnet ist; die zweite Oberfläche des Wärmeabstrahlblocks eine sphärische Form hat; die zweite Oberfläche des Wärmeabstrahlblocks der ersten Seite des Wärmeerzeugungselements gegenüberliegt; und das Wärmeerzeugungselement eine Steuerelektrode auf der ersten Seite beinhaltet.
  • Die Halbleitervorrichtung hat hinsichtlich des Anheftteiles hohe Zuverlässigkeit.
  • Weiter alternativ beinhaltet eine die Aufgabe lösende Halbleitervorrichtung erfindungsgemäß ein Wärmeerzeugungselement; ein Anheftteil; erste und zweite Wärmeabstrahlplatten, welche auf ersten und zweiten Seiten des Wärmeerzeugungselementes entsprechend über das Anheftteil angeordnet sind; und einen Kunstharzverguss, der praktisch die gesamte Vorrichtung eingießt, wobei die ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten in der Lage sind, von dem Wärmeerzeugungselement erzeugte Wärme abzustrahlen; das Wärmeerzeugungselement elektrisch und thermisch mit den ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten über das Anheftteil verbunden ist; der Kunstharzverguss eine Einfriertemperatur hat, welche gleich oder höher als ein oberer Grenzwert einer Betriebstemperatur der Vorrichtung ist; und der Kunstharzverguss ein Füllmaterial beinhaltet zum Steuern eines linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und des Elastizitätsmoduls des Kunstharzvergusses.
  • Selbst wenn bei dieser Vorrichtung eine hohe Belastung auf die Vorrichtung aufgebracht wird, wird eine Dehnungs- oder Spannungsbelastung oder sonstige Belastung in dem Anheftteil, welches an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Wärmeerzeugungselement und dem Anheftteil liegt, verringert, so dass eine Rissbildung in dem Anheftteil verhindert wird. Somit wird die Zuverlässigkeit, d. h. die Festigkeit des Anheftteiles verbessert, so dass die Halbleitervorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich des Anheftteiles hat.
  • Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung und Beispielen in Verbindung mit der Erfindung, die als solche nicht Teil der Erfindung bilden, jedoch Merkmale beinhalten können, die auch Merkmale der Erfindung sein können, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
  • Es zeigt:
  • 1 in Querschnittsdarstellung eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen einer elastischen Dehnung und einer Dicke eines Wärmesenkenblocks gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 3 in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen einer elastischen Dehnung und der Breite eines Kantenbereichs gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 4 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung des Wärmesenkenblocks der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 5 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung eines Wärmesenkenblocks einer Halbleitervorrichtung gemäß einerzweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung des Wärmesenkenblocks gemäß der zweiten Ausführungsform im Falle eines Verkippens;
  • 7 eine Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Beispiel in Verbindung mit der Erfindung;
  • 8 eine Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 9 eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip der Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
  • 10 in einer graphischen Darstellung eine Beziehung zwischen einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α eines Kunststoffvergusses und der elastischen Dehnung;
  • 11 eine Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel in Verbindung mit der Erfindung;
  • 12 eine Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Beispiel in Verbindung mit der Erfindung;
  • 13 eine Querschnittsdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten Beispiel in Verbindung mit der Erfindung;
  • 14 in einer graphischen Darstellung eine Beziehung zwischen dem Elastizitätsmodul der Dehnung und der Temperatur bei dem vierten Beispiel;
  • 15A eine Querschnittsdarstellung der Halbleitervorrichtung zur Erläuterung einer hohen Druckbelastung und 15B eine vergrößerte Teilschnittdarstellung zur Erläuterung der hohen Druckbelastung bei dem vierten Beispiel;
  • 16A eine Querschnittsdarstellung der Halbleitervorrichtung zur Erläuterung einer kleinen Druckkraft und 16B eine vergrößerte Teilschnittdarstellung der kleinen Druckkraft bei dem vierten Beispiel; und
  • 17 in einer graphischen Darstellung ein TMA-Verfahren zur Definition der Einfriertemperatur bei dem vierten Beispiel.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Von den Erfindern wurden Überlegungen bezüglich eines Wärmeabstrahlblockes (d. h. eines Wärmesenkenblocks) in einer Halbleitervorrichtung angestellt. Dies deshalb, als Abmessungen und Form des Wärmeabstrahlblocks eine Verzerrung oder Verwerfung an einem Anheftabschnitt zwischen dem Wärmeabstrahlblock und einer Lotschicht beeinflussen können. Insbesondere wird die Verwerfung durch ein Verfahren der finiten Elemente (d. h. FEM = finite element method) analysiert. Im Ergebnis wird beispielsweise, wenn der Wärmeabstrahlblock dick ist, ein Anheftteil, welches zwischen dem Wärmeerzeugungselement, d. h. einem Halbleiterchip und dem Wärmeabstrahlblock angeordnet ist, erheblich verzerrt. In diesem Fall kann das Anheftteil durch eine Wärmezyklusbelastung reißen. Eine detaillierte Beschreibung hiervon folgt nun.
  • 1 zeigt eine Halbleitervorrichtung S1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung S1 beinhaltet einen Halbleiterchip 10 als Wärmeerzeugungselement, obere und untere Wärmesenken 20 und 30 als Wärmeabstrahlplatte, einen Wärmesenkenblock 40 als Wärmeabstrahlblock, und ein Anheftteil 50, welches dazwischen angeordnet ist. Ein Kunstharzverguss 60 gießt diese Bauteile ein. Das Anheftteil 50 ist beispielsweise aus einer Lotschicht gemacht. Der Boden des Chips 10 und die Oberseite der unteren Wärmesenke 20 sind mit dem Anhefteil 50 miteinander verbunden oder aneinander angeheftet und die Oberseite des Chips 10 und der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 sind ebenfalls mit dem Anheftteil 50 miteinander verbunden oder aneinander angeheftet. Weiterhin sind eine Oberseite 42 des Wärmesenkenblocks 40 und der Boden der oberen Wärmesenke mit dem Anheftteil 50 verbunden oder aneinander angeheftet. Das Anheftteil 50 kann ein leitfähiger Kleber oder dergleichen sein.
  • Bei der obigen Vorrichtung S1 wird von dem Chip 10 erzeugte Wärme von der Oberseite des Chips 10 über das Anheftteil 50, den Wärmesenkenblock 40, das Anheftteil 50 und die obere Wärmesenke 30 abgestrahlt. Weiterhin wird von dem Chip 10 erzeugte Wärme vom Boden des Chips 10 über das Anheftteil 50 und die untere Wärmesenke 20 abgestrahlt. Der Halbleiterchip 10 beinhaltet hierbei beispielsweise eine Leistungsvorrichtung, beispielsweise einen IGBT (insulated gate bipolar transistor) und einen Thyristor. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Chip 10 eine Konstruktion des Grabengate-Typs hat. Weiterhin kann der Chip ein anderer Halbleiterchip anstelle der Leistungsvorrichtung sein. Weiterhin kann der Chip einen anderen Vorrichtungsaufbau anstelle des Grabengate-Typs haben.
  • Der Chip 10 ist eine rechteckförmige dünne Platte. Die oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 und der Wärmesenkenblock 40 sind aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen. Der Wärmesenkenblock 40 kann aus einer üblichen Eisenlegierung sein.
  • Die oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 sind elektrisch mit Elektroden (nicht gezeigt), beispielsweise einer Kollektorelektrode oder einer Emitterelektrode in dem Chip 10 über das Anheftteil 50, d. h. die Lotschicht verbunden. Die untere Wärmesenke 20 ist insgesamt eine rechteckförmige Platte. Die untere Wärmesenke 20 beinhaltet einen unteren Anschluss 21, der zur Außenseite der Vorrichtung S1 vorsteht. Der Wärmesenkenblock 40 ist beispielsweise etwas kleiner als der Chip 10. Der Wärmesenkenblock 40 ist eine rechteckförmige Platte. Die obere Wärmesenke 30 ist insgesamt eine rechteckförmige Platte. Die obere Wärmesenke 30 weist einen oberen Anschluss 31 auf, der in Richtung Außenseite der Vorrichtung S1 vorsteht. Die oberen und unteren Anschlüsse 21 und 31 stehen in die gleiche Richtung vor. Der obere Anschluss 31 der oberen Wärmesenke 30 und der untere Anschluss 21 der unteren Wärmesenke 20 sind mit einer äußeren Verdrahtung der Vorrichtung S1 entsprechend verbunden.
  • Ein Kunstharzverguss oder eine Vergussmasse 60 schließt die Vorrichtung S1 ein. Genauer gesagt, das Paar von Wärmesenken 20 und 30, der Halbleiterchip 10 und der Wärmesenkenblock 40 sind in dem Kunststoff- oder Kunstharzverguss 60 dicht eingeschlossen. Der Kunstharzverguss 60 wird aus einem üblichen Vergussmaterial gefertigt, beispielsweise Epoxyharz bzw. Epoxidharz. Wenn die Wärmesenken 20 und 30 etc. in den Kunstharzverguss 60 eingegossen werden, wird ein Gusswerkzeug (nicht gezeigt) bestehend aus oberen und unteren Gusswerkzeughälften zum Gießen verwendet, so dass ein Transfer-Gussverfahren durchgeführt wird. Auf diese Weise werden die Wärmsenken 20 und 30 etc. eingegossen. Ein Leitungsrahmen (”lead frame”) 70 ist um den Chip 10 in dem Kunstharzverguss 60 herum angeordnet. Der Leiterrahmen 70 ist elektrisch mit dem Chip 10 über einen Draht 80 verbunden. Der Draht 80 wird durch ein Drahtbondierungsverfahren gebildet und ist aus Gold, Aluminium etc. gefertigt.
  • Bei der Vorrichtung S1 beträgt die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 zwischen 0,5 mm und 1,5 mm. Weiterhin ist ein Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 abgerundet (nachfolgend R-förmig bezeichnet; R = ”round”), so dass das Anheftteil 50, das an dem Kantenabschnitt 43 liegt, dicker wird. Obgleich der Kantenabschnitt 43 die R-Form hat, kann der Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 auch abgeschrägt verlaufend oder ein sonstiger Kantenabschnitt ohne Ecke sein. Insbesondere liegt der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 dem Chip 10 über das Anheftteil 60 gegenüber. Der Kantenabschnitt 43 ist am Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 angeordnet, so dass das Anheftteil 50, das zwischen dem Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 und dem Chip 10 liegt, am Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 dicker ist.
  • Die Vorrichtung S1 wird wie folgt hergestellt. Zunächst werden der Chip 10 und der Wärmesenkenblock 40 auf die Oberseite der unteren Wärmesenke 20 aufgelötet. Genauer gesagt, der Halbleiterchip 10 wird über das Anheftteil 50, d. h. die Lotschicht auf die Oberseite der unteren Wärmesenke 20 laminiert. Weiterhin wird der Wärmesenkenblock 40 über die Lotschicht 50 auf den Chip 10 laminiert. Danach wird die Lotschicht 50 durch ein Heizgerät (d. h. eine Lot-Reflowanlage) aufgeschmolzen und wieder ausgehärtet, so dass der Chip und der Wärmesenkenblock 40 an der unteren Wärmesenke 20 befestigt sind.
  • Nachfolgend wird eine Steuerelektrode, beispielsweise ein Gatekissen des Chips 10 und der Leiterrahmen 70 elektrisch mit dem Draht 80 durch ein Drahtbondierungsverfahren angeschlossen. Dann wird die obere Wärmesenke 30 auf den Wärmesenkenblock 40 gelötet. In diesem Fall wird die obere Wärmesenke 30 auf dem Wärmesenkenblock 40 über eine Lotfolie befestigt. Danach wird die Lotfolie durch eine Heizvorrichtung aufgeschmolzen und wieder ausgehärtet. Die ausgehärtete Lotfolie schafft das Anheftteil 50. Somit sind die untere Wärmesenke 20, der Chip 10 und der Wärmesenkenblock 40 und die obere Wärmesenke 30 zusammengeheftet und elektrisch und thermisch miteinander über das Anheftteil 50 verbunden.
  • Dann wird unter Verwendung des Gießwerkzeuges (nicht gezeigt), der Kunststoff oder das Kunstharz in den Freiraum zwischen den Wärmesenken 20 und 30 eingefüllt und auf den Umfang der Wärmesenken 20 und 30 gegossen, so dass der Kunstharz- oder Kunstharzverguss 60 diesen Freiraum und den Umfang der Wärmesenken 20 und 30 versiegelt. Nach Aushärtung des Kunststoffes oder Kunstharzes wird die Halbleitervorrichtung S1 aus dem Gießwerkzeug entnommen. Hiermit ist die Vorrichtung S1 fertig.
  • Der Boden der unteren Wärmesenke 20 und die obere Seite der oberen Wärmesenke 30 liegen aus dem Verguss 60 heraus frei vor, so dass die Wärmeabstrahlung von den Wärmesenken 20 und 30 verbessert ist.
  • Die oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 als Wärmeabstrahlplatten zur Abstrahlung der vom Chip 10 als Wärmeerzeugungselement erzeugten Wärme liegen auf beiden Seiten des Chips 10 über das (unter Zwischenschaltung von dem) Anheftteil 50. Ein Wärmesenkenblock 40 liegt zwischen dem Chip 10 und der oberen Wärmesenke 30 über das (unter Zwischenschaltung von dem) Anheftteil 50, um eine elektrische und thermische Verbindung zwischen dem Chip 10 und der oberen Wärmesenke 30 herzustellen. Die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 liegt im Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm. Praktisch die gesamte Vorrichtung S1 ist in den Verguss 60 eingegossen.
  • Der Grund, warum die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm gesetzt wird, ist wie folgt: 2 zeigt die elastische Scherbelastung, welche durch eine FEM-Analyse erhalten wird. Die elastische Scherbelastung oder elastische Scherdehnung wird in dem Anheftteil 50 erzeugt, das auf dem Chip 10 angeordnet ist und eine unterschiedliche Dicke zu dem Wärmesenkenblock 40 hat. Hier hat der Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 anstelle der abgeschrägten Kante eine rechtwinklige Kante. Wie in 2 gezeigt, wenn die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 gering ist, wird die in dem Anheftteil 50 erzeugte Dehnungsbelastung gering, so dass die Zuverlässigkeit des Anheftteils verbessert ist. Dies deshalb, als das Anheftteil 50 vor Rissen geschützt ist, wenn die Dehnung in dem Anheftteil 50 klein ist. Der Wärmesenkenblock 40 ist zwischen dem Chip 10 und der oberen Wärmesenke 30 angeordnet, so dass der Freiraum oder Abstand zwischen dem Chip 10 und der oberen Wärmesenke 30 festgelegt ist. Wenn die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 geringer als 0,5 mm ist, ist es schwierig, ausreichend Raum für den Draht 80 von dem Chip 10 her sicherzustellen. Insbesondere ist es notwendig, einen ausreichenden Abstand zwischen der oberen Wärmesenke 30 und dem Chip 10 sicherzustellen, so dass der Draht 80 nicht mit der oberen Wärmesenke 30 kontaktiert. Der Draht verbindet die Gateelektrode des Chips 10. Wenn beispielsweise die Höhe des Drahtes 80 1 mm beträgt, die Dicke des Chips 10 0,2 mm beträgt und die Dicke eines jeden Bondierungsteils 0,1 mm beträgt, ist es notwendig, dass die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 gleich oder größer als 0,5 mm ist. Umgekehrt, wenn die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 gleich oder dicker als 0,5 mm ist, ist der Abstand zwischen der oberen Wärmesenke 30 und dem Chip 10 ausreichend sichergestellt.
  • Wenn jedoch die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 noch größer wird, wird die Dehnbelastung in dem Anheftteil 50 groß oder ein thermischer Widerstand oder elektrischer Widerstand des Wärmesenkblocks 40 werden groß. Von daher beträgt die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 gleich oder weniger als 1,5 mm. Diese obere Grenze der Dicke wird durch zusammenschauende Betrachtung eines Anstiegsverhältnisses der Dehnbelastung im Anheftteil 50, erhalten durch die FEM-Analyse und thermischen Widerstand und elektrischen Widerstand des Wärmesenkenblocks 40 bestimmt.
  • Wenn somit die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm ist, werden der Chip 10 und die obere Wärmesenke 30 thermisch und elektrisch verbunden. Weiterhin wird der Abstand zwischen dem Chip 10 und der oberen Wärmesenke 30 sichergestellt. Darüber hinaus wird eine Belastung in dem Anheftteil 50, das zwischen dem Chip 10 und dem Wärmesenkenblock 40 liegt, verringert.
  • In dieser Ausführungsform ist der Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 als abgeschrägte Kante ausgeführt, so dass die Dicke des Anheftteils 50, das an dem Kantenabschnitt 43 liegt, dicker wird. Dies deshalb, als sich Belastungen im Anheftteil 50 an dem Kantenabschnitt des Wärmesenkenblocks 40 konzentrieren, wie analytisch ermittelt worden ist. Um somit die Festigkeit des Anheftteiles 50 zu verbessern, wird die Form des Kantenabschnitts 43 des Wärmesenkenblocks 40 modifiziert. Damit wird die Dicke des Anheftteiles 50 an dem Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 dicker, d. h. dem Kantenabschnitt, an dem eine Belastungskonzentration auftritt.
  • Gemäß 1 hat der Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40, der den Chip 10 berührt, die R-Form. 3 zeigt eine elastische Scherdehnung in dem Anheftteil 50 der Vorrichtung S1 mit dem R-förmigen Kantenabschnitt des Wärmesenkenblocks 40, erhalten durch die FEM-Analyse. Insbesondere hat der Kantenabschnitt 43 eine Breite W und eine Höhe H wie in 4 gezeigt. Die elastische Scherdehnung in dem Anheftteil 50, welches auf den Chip 10 angeordnet ist, wird ermittelt.
  • Gemäß 3, wenn der Kantenabschnitt 43 die R-Form hat, d. h. wenn die Breite W des Kantenabschnittes nicht Null beträgt, wird die Dehnungsbelastung im Vergleich zu einer rechteckigen Kante (d. h. die Breite W ist 0) geringer. Dies deshalb, als die Dicke des Anheftteiles 50, d. h. die Lotschicht am Kantenabschnitt 43, dicker wird. Die Dehnungsbelastung konzentriert sich an dem Kantenabschnitt 43. Dieses Ergebnis kann für einen Fall erhalten werden, bei dem der Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 eine abgeschrägte Kante ist. Weiterhin ist eine Belastung im Anheftteil 50 für einen Fall, bei dem die Höhe H des Kantenabschnittes 43 0,20 mm beträgt, geringer als in einem Fall, in dem die Höhe H 0,05 mm beträgt.
  • Da somit der Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 eine abgeschrägte Kante oder abgerundete Kante ist, bei der die Ecke gebrochen ist (d. h. es tritt keine direkte Ecke auf), ist somit eine Belastungskonzentration am Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 im Vergleich zu einem Kantenabschnitt 43 mit einer rechtwinkligen Ecke verringert. Eine Belastung im Anheftteil 50 im Bereich des Kantenabschnittes 43 ist somit verringert.
  • Weiterhin wird die Dicke des Anheftteiles 50 größer, da die Ecke des Kantenabschnittes 43 des Wärmesenkenblocks 40 entfernt ist. Somit wird für das Anheftteil 50, welches an dem Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 liegt, wo eine Belastungskonzentration leicht auftritt, ausreichend Festigkeit sichergestellt.
  • Die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 und die Form des Kantenabschnittes 43 werden daher so definiert, dass die Zuverlässigkeit, d. h. die Festigkeit des Anheftteiles 50 zwischen dem Chip 10 und dem Wärmesenkenblock 40 verbessert ist.
  • Gemäß 3 hat, wenn die Breite W des Kantenabschnitts gleich oder größer als 0,1 mm ist und die Höhe H des Kantenabschnittes 43 im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,20 mm liegt, das Anheftteil 50 ausreichend Zuverlässigkeit, d. h. ausreichend Festigkeit.
  • In der ersten Ausführungsform liegt der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 an welchem der Kantenabschnitt 43 mit der abgerundeten Ecke liegt, dem Chip 10 über das Anheftteil 50 gegenüber. Im Stand der Technik hat der Wärmesenkenblock eine rechtwinklige Kante, so dass die rechtwinklige Kante den Halbleiterchip beschädigen kann. Bei dieser Ausführungsform hat jedoch der Wärmesenkenblock 40 die abgerundete oder gebrochene Ecke oder Kante, d. h. der Kantenabschnitt 43 ist so gestaltet, dass der Halbleiterchip 10 vor Schaden geschützt ist.
  • Die Analyse hat weiterhin gezeigt, dass sich Belastungen an dem Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 konzentrieren. Insbesondere kann sich eine Belastung leicht an dem Kantenabschnitt 43 konzentrieren, der an dem Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 liegt, wobei dieser Boden 41 in Richtung des Chips 10 weist, d. h. in Richtung des Wärmeerzeugungselements. Von daher ist es zur Belastungsverringerung in dem Anheftteil 50 wirksam, die Ecke des Wärmesenkenblocks 40 zu entfernen, nämlich die Ecke oder Kante, welche am Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 liegt, der in Richtung des Chips 10 weist.
  • Der Wärmesenkenblock 40 ist aus Material mit guter thermischer Leitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit. Beispielsweise ist der Wärmesenkenblock 40 aus einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder einer herkömmlichen Eisenlegierung.
  • Weiterhin liegt der Elastizitätsmodul des Wärmesenkenblocks 40 in einem Bereich zwischen 60 GPa und 240 GPa. In diesem Fall wird die Belastung im Anheftteil 50, d. h. der Lotschicht nicht wesentlich beeinflusst. Dies wird durch eine FEM-Analyse bestätigt.
  • Die Vorrichtung S1 kann den Wärmesenkenblock 40 mit der Dicke im Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm haben und kann den Kantenabschnitt 43 mit einer herkömmlichen rechtwinkligen Kante oder Ecke haben. Da in diesem Fall die Dicke des Wärmesenkenblocks 40 in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm liegt, kann die Vorrichtung einen ähnlichen Vorteil wie die Vorrichtung S1 von 1 haben. Somit ist die Zuverlässigkeit, d. h. die Festigkeit des Anheftteils 50, welches zwischen dem Chip 10 und dem Wärmesenkenblock 40 liegt, im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung verbessert.
  • Weiterhin kann die Vorrichtung S1 den Wärmesenkblock 40 mit einer Dicke außerhalb des Bereichs zwischen 0,5 mm und 1,5 mm haben und kann den Kantenabschnitt 43 mit der abgeschrägten Kanten oder Eckenform haben. In diesem Fall kann, da der Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 abgeschrägt ist, so dass die Dicke des Anheftteils 50 im Bereich des Kantenabschnittes 43 größer wird, die Vorrichtung einen ähnlichen Vorteil wie die Vorrichtung S1 von 1 haben. Somit ist die Zuverlässigkeit, d. h. die Festigkeit des Anheftteils 50, das zwischen dem Chip 10 und dem Wärmesenkenblock 40 liegt, im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung verbessert.
  • Weiterhin kann die Vorrichtung S1 einen anderen Wärmesenkenblock haben, der zwischen dem Chip 10 und der unteren Wärmesenke 20 liegt. In diesem Fall hat dieser andere Wärmesenkenblock einen ähnlichen Aufbau wie der Wärmesenkenblock 40.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Eine Halbleitervorrichtung S2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist in 5 gezeigt. Der Boden 41 des auf der Chipseite angeordneten Wärmesenkenblocks 40 ist abgerundet. Genauer gesagt, die gesamte Bodenfläche 41 des Wärmesenkenblocks 40 ist in Form einer sphärischen Oberfläche ausgebildet. Hierbei ist wenigstens entweder die Oberseite 42 oder der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 in Form einer sphärischen Oberfläche. Die Oberseite 42 des Wärmesenkenblocks 40 liegt auf Seiten der oberen Wärmesenke.
  • In 5 ist der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40, der auf Seiten des Halbleiterchips liegt, in einer sphärischen Form ausgebildet. Die Oberseite 42 des Wärmesenkenblocks 40, der auf Seiten der oberen Wärmesenke liegt, kann ebenfalls eine sphärische Form haben. Weiterhin können sowohl der Boden 41 als auch die Oberseite 42 des Wärmesenkenblocks 40 eine sphärische Formgebung haben. Hierbei hat die Vorrichtung S2 einen Wärmesenkenblock 40 mit einer Dicke im Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm.
  • Die Breite W des Kantenabschnittes 43 des Wärmesenkenblocks 40 kann gleich oder größer als 0,1 mm sein. Somit kann die gesamte Bodenfläche 41 des Wärmesenkenblocks 40 gerundet sein, d. h., kann eine sphärische Form haben. In diesem Fall hat die Vorrichtung 32 die gleichen Vorteile (d. h. Funktionen und Wirkungsweisen) wie die Vorrichtung S1 mit dem Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40 mit der abgerundete Kante.
  • Weiterhin, selbst wenn der Wärmesenkenblock 40 in der Vorrichtung S2 beim Zusammenbau verkippt wird, wie in 6 gezeigt, verringert sich die Dicke des Anheftteils 50 nicht wesentlich.
  • Es ist bevorzugt, dass die Bodenfläche oder der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 eine sphärische Form hat. Dies deshalb, als Beschädigungen des Halbleiterchips beschränkt werden. Weiterhin wird eine Belastung in dem Anheftteil 50, welches den Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 kontaktiert, wirksam verringert, wobei dieser Boden 41 auf Seiten des Chips liegt, wo sich Belastungen leicht konzentrieren können. Weiterhin hat der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40, der in Richtung des Chips 10 weist, keine Ecke. Selbst wenn daher das Anheftteil 50 extrem ausgedünnt wird, so dass der Chip 10 den Wärmesenkenblock 40 berührt, kann der Chip 10 vor Schäden geschützt werden.
  • Die Vorrichtung S2 kann den Wärmesenkenblock 40 mit der Dicke außerhalb des Bereichs zwischen 0,5 mm und 1,5 mm haben, wobei der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 die sphärische Formgebung hat. Da in diesem Fall der Boden 41 des Wärmesenkenblocks 40 in sphärischer Form vorhanden ist, wird die Zuverlässigkeit des Anheftteils 50, das zwischen dem Chip 10 und dem Wärmesenkenblock 40 liegt, im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung immer noch verbessert.
  • (Erstes Beispiel in Verbindung mit der Erfindung)
  • Eine Halbleitervorrichtung S3 gemäß einem ersten Beispiel in Verbindung mit der Erfindung ist in 7 gezeigt. Der Halbleiterchip 10 hat einen Kantenabschnitt 11, der abgerundet ist, so dass das Anheftteil 50, welches den Chip 10 kontaktiert, dicker wird. Genauer gesagt, die Kante 11 des Chips 10 weist die bereits genannte R-Form auf, so dass das Anheftteil 50, welches an dem Kantenabschnitt 11 des Chips 10 liegt und zwischen dem Chip 10 und der unteren Wärmesenke 20 liegt, dicker wird.
  • In 7 hat die Vorrichtung S3 den Wärmesenkenblock 40 mit dem abgerundeten Kantenabschnitt 43. Die Vorrichtung S3 kann jedoch auch den Wärmesenkenblock 40 mit dem sphärisch geformten Boden 41 haben.
  • In diesem Fall hat die Vorrichtung S3 die gleichen Vorteile (d. h. Funktionen und Wirkungsweisen) wie die Vorrichtung S1 mit dem Kantenabschnitt 43 des Wärmesenkenblocks 40, der die runde Kante hat.
  • Laut FEM-Analyse konzentriert sich eine Belastung im Anheftteil 50 zwischen dem Chip 10 und der unteren Wärmesenke 20 leicht an dem Kantenabschnitt 11 des Chips 10 und dem Umfang hiervon. Von daher ist es bevorzugt, dass die Kante 11, welche auf Seiten der unteren Wärmesenke liegt, abgerundet ist. Hierdurch wird eine Belastung in dem Anheftteil 50 wirksam verringert.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Die Erfinder haben Untersuchungen an den linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Wärmesenken 20 und 30 und dem Kunstharzverguss 60 angestellt. Wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunstharzvergusses 60 anwächst, ändert sich ein Abschnitt, wo leicht Risse auftreten, von einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Chip 10 und dem Wärmesenkenblock 40 zu einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Chip 10 und der unteren Wärmesenke 20. Genauer gesagt, der Abschnitt, wo leicht Risse auftreten, ändert sich oder wandert von dem Anheftteil 50, welches auf der Oberseite des Chips 10 liegt (d. h. auf einer Vorrichtungsausbildungsoberfläche des Chips 10) zu dem Anheftteil 50 am Boden oder der Bodenseite des Chips 10 (d. h. einer Oberfläche des Chips 10, wo keine Vorrichtung ausgebildet wird). Hierbei ist das Wärmeerzeugungselement auf der Vorrichtungsausbildungsoberfläche ausgebildet und kein Wärmeerzeugungselement ist auf der Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche ausgebildet.
  • Eine in der Praxis ausgeführte Halbleitervorrichtung wurde getestet. Wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunstharz- oder Kunstharzvergusses 60 sich von 14 ppm/°C auf 10 ppm/°C ändert, wird ein Riss an dem Anheftteil, das an der Vorrichtungsausbildungsoberfläche liegt (auf der Oberseite des Chips 10) größer. Der Riss wird erzeugt durch thermische Belastungen am Verbindungsabschnitt zwischen dem Chip 10 und dem Anheftteil 50. Wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunstharzvergusses 60 von 40 ppm/°C auf 18 ppm/°C geändert wird, wird der Riss an dem Anheftteil, das an der Vorrichtungsausbildungsoberfläche liegt (d. h. auf der Oberseite des Chips 10) klein.
  • Hierbei ist es bevorzugt, dass der Riss an dem Verbindungsabschnitt erzeugt wird, der an der Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche liegt, und nicht an dem Verbindungsabschnitt, der an der Vorrichtungsausbildungsoberfläche des Anheftteils liegt. Der Grund hierfür ist wie folgt: an der Vorrichtungsausbildungsoberfläche (d. h. der Oberseite) des Chips 10 liegt das Anheftteil 50 praktisch über die gesamte Fläche des Vorrichtungsbereichs hinweg, welche zur Wärmeerzeugung beiträgt. Daher ist das Anheftteil 50 nicht in einem Nicht-Vorrichtungsausbildungsbereich angeordnet. Insbesondere ist die Fläche des Anheftteils 50 kleiner als die Vorrichtungsausbildungsoberfläche des Chips 10. Der Vorrichtungsbereich und der Nicht-Vorrichtungsbereich liegen auf der Vorrichtungsausbildungsoberfläche des Chips 10. Ein elektrisches Teil, beispielsweise ein IGBT oder dergleichen, das zur Wärmeerzeugung beiträgt, ist in dem Vorrichtungsbereich ausgebildet und kein elektrisches Teil ist in dem Nicht-Vorrichtungsbereich ausgebildet.
  • Auf der Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche (d. h. dem Boden) des Chips 10 ist die Fläche des Anheftteils 50 gleich oder größer als die Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche des Chips 10. Daher kontaktiert das Anheftteil 50 einen Teil der Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche entsprechend dem Nicht-Vorrichtungsbereich, der nicht zur Wärmeerzeugung beiträgt. Der Nicht-Vorrichtungsbereich liegt außerhalb des Vorrichtungsbereichs, so dass der Nicht-Vorrichtungsbereich den Vorrichtungsbereich umgibt. Allgemein gesagt, ein Riss wird zuerst am Umfang des Chips 10 erzeugt. Wenn somit der Riss am Verbindungsabschnitt der Vorrichtungsausbildungsoberfläche erzeugt wird, wird der Riss in dem Anheftteil 50 erzeugt, das in dem Vorrichtungsbereich liegt, so dass der Riss die Wärmeabstrahlung beeinflusst. Somit wird die Leistung der Wärmeabstrahlung verringert. Wenn der Riss in dem Verbindungsabschnitt der Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche erzeugt wird, wird der Riss in dem Anheftteil 50 erzeugt, das auf dem Teil entsprechend dem Nicht-Vorrichtungsbereich liegt, so dass der Riss die Wärmeabstrahlung nicht wesentlich beeinflusst. Somit wird die Leistung bei der Wärmeabstrahlung nicht wesentlich verringert.
  • Es ist somit bevorzugt, dass der Riss in dem Anheftteil 50 erzeugt wird, das auf der Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche liegt, wenn sich der Riss in dem Anheftteil 50 bildet. Auf diese Weise kann der Riss die Wärmeabstrahlung nicht beeinflussen.
  • Angesichts der obigen Untersuchungen wird eine Halbleitervorrichtung S4 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, wie in 8 gezeigt. 9 zeigt den Halbleiterchip 10. 9 ist eine Draufsicht auf eine obere Oberfläche 12 des Chips 10. Der Chip 10 ist beispielsweise eine rechteckförmige dünne Platte.
  • Der Chip 10 ist ein Wärmeerzeugungselement, d. h. ein Teil, welches zu der Wärmeerzeugung beiträgt; das Teil, welches die Wärme erzeugt, liegt auf der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 (d. h. an der Vorrichtungsausbildungsoberfläche). Kein wärmeerzeugendes Teil ist an der Bodenfläche 13 des Chips 10 angeordnet (d. h. an der Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche). Die Bodenfläche 13 liegt gegenüber der oberen Oberfläche. Der Chip 10 beinhaltet einen IGBT und/oder Transistor, angeordnet auf der oberen Oberfläche 12 des Chips 10. Der IGBT und der Transistor erzeugen Wärme. Das elektrische Teil, welches zur Wärmeerzeugung beiträgt, ist in einem Vorrichtungsbereich R1 ausgebildet, der von einer Emitterelektrode 14 annähernd überdeckt wird.
  • Der Chip 10 beinhaltet den Vorrichtungsbereich R1 und einen Nicht-Vorrichtungsbereich R2, der außerhalb des Vorrichtungsbereiches R1 liegt. Kein Teil, welches zur Wärmeerzeugung beiträgt, ist in dem Nicht-Vorrichtungsbereich R2 ausgebildet, so dass keine Wärme in dem Nicht-Vorrichtungsbereich R2 erzeugt wird. Genauer gesagt, der Vorrichtungsbereich R1 mit Rechteckform liegt in einer Mitte des Chips 10, der ebenfalls Rechteckform hat. Der Nicht-Vorrichtungsbereich R2 hat eine rechteckförmige Rahmenform und liegt außerhalb des Vorrichtungsbereiches R1, so dass der Nicht-Vorrichtungsbereich R2 den Vorrichtungsbereich R1 umgibt. Der Nicht-Vorrichtungsbereich R2 liegt somit am Umfang des Chips 10. Hierbei sind der Vorrichtungsbereich R1 und der Nicht-Vorrichtungsbereich R2 auf der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 angeordnet. In dem Nicht-Vorrichtungsbereich R2 auf der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 ist eine Gateelektrode 15 ausgebildet. Eine Kollektorelektrode (nicht gezeigt) ist an der Bodenoberfläche 13 des Chips 10 ausgebildet. Die Kollektorelektrode ist eine Rückenelektrode und kein Teil, welches zur Wärmeerzeugung beiträgt, und ist an der Bodenoberfläche 13 ausgebildet. Auf der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 ist das Anheftmaterial 50 praktisch über den gesamten Vorrichtungsbereich R1 hinweg angeordnet und liegt im Wesentlichen nicht auf dem Nicht-Vorrichtungsbereich R2. Das heißt, das Anheftteil 50 liegt auf dem Vorrichtungsbereich R1 präzise ohne Überschuss oder Mangel. Daher wird kein unnötiges Anheftteil 50 aufgebracht, d. h. kein Anheftteil 50 liegt auf dem Nicht-Vorrichtungsbereich R2. Der Wärmesenkenblock 40 ist mit dem Vorrichtungsbereich R1 auf der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 über das Anheftteil 50 verbunden.
  • An der Bodenfläche 13 des Chips 10 liegt das Anheftteil 50 auf der gesamten Bodenfläche 13 des Chips 10 oder das Anheftteil 50 liegt auf einem etwas größeren Flächenbereich der Bodenoberfläche 13 des Chips 10. Somit kontaktiert das Anheftteil 50 thermisch die gesamte Bodenfläche 13 des Chips 10, welche einen Abschnitt entsprechend dem Nicht-Vorrichtungsbereich R2 beinhaltet, der im Wesentlichen nicht zu der Wärmeerzeugung beiträgt. Die untere Wärmesenke 20 ist mit der Bodenfläche 13 des Chips 10 über das Anheftteil 50 verbunden.
  • Die oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 und der Wärmesenkenblock 40 sind aus einem metallischen Material mit guter thermischer Leitfähigkeit und guter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise einer Kupferlegierung oder Aluminiumlegierung. Es ist bevorzugt, dass die oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 und der Wärmesenkenblock 40 aus dem gleichen Material sind. Die oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 sind elektrisch mit Hauptelektroden, beispielsweise der Kollektorelektrode und der Emitterelektrode des Chips 10 über das Anheftteil 50, d. h. die Lotschicht verbunden. Die oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 können eine rechteckförmige Plattenform haben. Weiterhin kann der Wärmesenkenblock 40 eine etwas kleinere rechteckförmige Platte sein, welche etwas kleiner als der Chip 10 ist.
  • Die obere Wärmesenke 30 liefert die erste Wärmeabstrahlplatte, welche mit der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 über das Anheftteil 50 verbunden ist. Die untere Wärmesenke 20 liefert die zweite Wärmeabstrahlplatte, welche mit der Bodenoberfläche 13 des Chips 10 über das Anheftteil 50 verbunden ist. Der Kunstharz- oder Kunstharzverguss 60 siegelt die oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30, den Chip 10 und den Wärmesenkenblock 40 ein. Beispielsweise versiegelt der Verguss 60 den Freiraum zwischen den oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 und versiegelt den Umfang des Chips 10 und des Wärmesenkenblocks 40. Der Verguss 60 wird aus einem üblichen Vergussmaterial, beispielsweise Epoxyharz gefertigt.
  • In der Vorrichtung S4 ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunstharz- oder Kunstharzvergusses 60 als α definiert und der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient der oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 ist als β definiert. Die Beziehung zwischen den Koeffizienten α und β ist als 0,8 × β ≤ α ≤ 1,5 × β definiert.
  • Genauer gesagt, wenn die Wärmesenken 20 und 30 aus Kupfer sind, ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 in einem Bereich zwischen 14 ppm/°C und 25 ppm/°C. Bevorzugt ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α in einem Bereich zwischen 16 ppm/°C und 20 ppm/°C. Weiterhin ist der Elastizitätsmodul des Kunstharzvergusses 60 in einem Bereich zwischen 6 GPa und 24 GPa. Hierbei ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient β der oberen und unteren Wärmesenken 20 und 30 bei 17 ppm/°C.
  • Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α und der Elastizitätsmodul des Kunstharzvergusses 60 wird durch Einstellen eines Füllmaterials in dem Kunstharz gesteuert, wenn der Kunstharzverguss 60 aus Epoxyharz als Basismaterial gefertigt ist.
  • Nachfolgend wird der Grund beschrieben, warum die Beziehung zwischen den Koeffizienten α und β auf 0,8 × β ≤ α ≤ 1,5 × β gesetzt wird.
  • 10 ist eine Graphik, welche die Beziehung zwischen der elastischen Scherdehnung in dem Anheftteil 50 der Vorrichtung S4, erhalten durch eine FEM-Analyse, zeigt. Insbesondere zeigt die Kurve A in 10 die Belastung im Anheftteil 50 auf dem Chip 10, d. h. im Anheftteil 50 auf der oberen Oberfläche 12 des Chips 10, in 8 mit A bezeichnet. Die Kurve B in 10 zeigt die Belastung in dem Anheftteil 50 unter dem Chip 10, d. h. dem Anheftteil 50, das an der Bodenfläche 13 des Chips 10 liegt, wie in 8 mit B bezeichnet. Hierbei sind die Wärmesenken 20 und 30 aus Kupfer gefertigt. Das Anheftteil 50 ist aus einem Lot der Sn-Cu-Ni-Serie (d. h. Zinn-Kupfer-Nickel) mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 23 ppm/°C. Die Belastung im Anheftteil 50 wird an Punkten analysiert, welche durch die Pfeile A und B in 8 bezeichnet sind. Genauer gesagt, die Punkte in dem Anheftteil 50 liegen am Umfang des Chips 10.
  • Gemäß 10 wird, wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 größer als 50 ppm/°C wird, die Belastung in dem Anheftteil 50 am Punkt B erhöht. Dies bedeutet, dass das Anheftteil 50 unter dem Chip 10 leicht durch thermische Belastungszyklen reißt (d. h. Risse bekommt), wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 größer als 15 ppm/°C wird. Andererseits, wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 größer als 15 ppm/°C wird, nimmt die Belastung im Anheftteil 50 am Punkt A ab. Dies bedeutet, dass das Anheftteil 50 am Chip 10 durch thermische Belastungszyklen leicht reißt (d. h. Risse bekommt) wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 kleiner wird.
  • Wenn somit der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 kleiner als 15 ppm/°C ist, ist die Belastung im Anheftteil 50 am Punkt A größer als am Punkt B. Wenn der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 größer als 15 ppm/°C ist, ist die Belastung im Anheftteil 50 am Punkt B größer als am Punkt A. Das heißt. ein Teil des Anheftteils 50, der leicht Risse bekommt, liegt an der oberen Oberfläche 12 des Chips 10, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient α kleiner als 15 ppm/°C ist. Der Teil, der leicht Risse bekommt, liegt an der Bodenfläche des Chips 10, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient α größer als 15 ppm/°C ist. Somit ändert sich der Teil, der leicht Risse bekommt, oder er wandert vom Teil auf der oberen Oberfläche 12 zu dem Teil an der Bodenoberfläche 13, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 größer wird.
  • Daher wird der lineare Koeffizient α des Kunstharzvergusses 60 auf größer als 15 ppm/°C gesetzt, so dass das Anheftteil 50, welches an der Bodenfläche 13 des Chips 10 liegt, leicht bricht. Insbesondere wird das leichtbrechende Teil so eingestellt, das es das Anheftteil 50 ist, welches an der Bodenfläche 13 des Chips 10 liegt und einen linearen Koeffizient α von mehr als 15 ppm/°C hat. Selbst wenn in diesem Fall ein Riss in dem Anheftteil erzeugt wird, beeinflusst der Riss die Wärmeabstrahlung nicht, so dass die Wärmeabstrahlleistung nicht wesentlich verringert wird.
  • Wie in 10 gezeigt, ändert sich das Teil, welches leicht bricht, bei einem linearen Koeffizient α von 15 ppm/°C. In der Praxis wurde die Vorrichtung S4 durch Ändern des linearen Koeffizient α des Kunstharzvergusses 60 getestet. Das Ergebnis zeigt, dass das Teil, welches leicht bricht, sich bei einem linearen Koeffizienten α von 14 ppm/°C ändert. Somit ist der kritische Wert des linearen Koeffizienten α, bei dem sich das Teil, welches leicht bricht ändert, und welcher durch den Praxistest erhalten worden ist, praktisch der gleiche Wert, der durch die FEM-Analyse gem. 10 erhalten worden ist.
  • Wenn somit die Beziehung zwischen dem linearen Koeffizienten α der Kunstharzvergusses 60 und dem linearen Koeffizienten β der Wärmesenken 20 und 30 0,8 ≤ α beträgt, wird die Belastung in dem Anheftteil 50 an der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 gering und die Belastung im Anheftteil 50 an der Bodenfläche 13 des Chips 10 wird für den Fall groß, für den eine thermische Belastung auf die Vorrichtung S4 aufgebracht wird.
  • Hierbei wird der obere Grenzwert des linearen Koeffizienten α des Kunstharzvergusses 60 unter Bezugnahme auf den Stand der Technik bestimmt, wie er in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2003-110 0064 A beschrieben ist. Die Beziehung zwischen dem linearen Koeffizienten α des Kunstharzvergusses 60 und dem linearen Koeffizienten β der Wärmesenken 20 und 30 wird auf α ≤ 1,5 × β gesetzt.
  • Infolgedessen beträgt die Beziehung zwischen dem Koeffizienten α und β 0,8 × β ≤ α ≤ 1,5 × β. In diesem Fall wird das Teil, welches leicht durch thermische Belastungen bricht oder reißt, als das Anheftteil 50 eingestellt, welches an der Bodenfläche 13 des Chips 10 angeordnet ist.
  • Wenn hierbei die Wärmesenken 20 und 30 aus Kupfer gemacht sind, d. h., wenn der lineare Koeffizient β der Wärmesenken 20 und 30 17 ppm/°C beträgt, wird der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 in einem Bereich zwischen 14 ppm/°C und 25 ppm/°C gesetzt, so dass die Beziehung zwischen den Koeffizienten α und β bei 0,8 × β ≤ α ≤ 1,5 × β liegt.
  • Bevorzugt wird der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzvergusses 60 in einem Bereich zwischen 16 ppm/°C und 20 ppm/°C gesetzt, wenn die Wärmesenken 20 und 30 aus Kupfer sind. Der Grund hierfür ist wie folgt:
    Der lineare Koeffizient α des Kunstharzvergusses 60 hat Herstellungsschwankungen, beispielsweise von ungefähr 62 ppm/°C. Daher liegt bevorzugt der untere Grenzwert des linearen Koeffizienten α bei 16 ppm/°C.
  • Für gewöhnlich wird ein Füllstoff dem Basismaterial hinzugefügt, welches den Kunstharzvergusses 60 bildet, so dass sich der lineare Koeffizient α des Kunstharzvergusses 60 ändert. Wenn der Füllstoff dem Basismaterial hinzugefügt wird, verringert sich der lineare Koeffizient α des Kunstharzvergusses 60. Daher ist es schwierig, den linearen Koeffizienten α des Kunstharzvergusses 60 zu erhöhen, ohne das Basismaterial zu ändern. Wenn weiterhin der lineare Koeffizient α des Kunstharzvergusses 60 groß wird, wird die Belastung in dem Anheftteil 50, welches unter dem Chip 10 liegt, größer. Angesichts einer Berücksichtigung der Balance der Belastungen in den Anheftteilen auf und unter dem Chip 10 ist es daher bevorzugt, dass der obere Grenzwert des linearen Koeffizienten α des Kunstharzvergusses 60 ungefähr 20 ppm/°C beträgt.
  • Wenn der lineare Koeffizient α des Kunstharzvergusses 60 geändert wird, ändert sich auch der Elastizitätsmodul des Kunstharzvergusses 60. Wenn jedoch der Elastizitätsmodul des Kunstharzvergusses 60 in einem Bereich zwischen 6 GPa und 24 GPa ist, werden Belastungen und die Dehnungen in jedem Teil der Vorrichtung S4 nicht wesentlich beeinflusst. Dieses Ergebnis wird durch die FEM-Analyse erhalten.
  • Hierbei kann der Chip 10 ein anderer Chip sein, solange der Chip eine Vorrichtungsausbildungsoberfläche beinhaltet mit einer Vorrichtung, welche zur Wärmeerzeugung beiträgt und eine andere Nicht-Vorrichtungsausführungsoberfläche hat, welche keine Vorrichtung trägt, die zur Wärmeerzeugung beiträgt. Die Vorrichtungsausbildungsoberfläche liegt gegenüber der anderen Nicht-Vorrichtungsausbildungsoberfläche.
  • Weiterhin kann, wenn er nicht notwendig ist, die Vorrichtung S4 keinen Wärmesenkenblock 40 haben.
  • (Zweites Beispiel in Verbindung mit der Erfindung)
  • Eine Halbleitervorrichtung S5 gemäß einem zweiten Beispiel in Verbindung mit der Erfindung ist in 11 gezeigt. In 11 sind der Kunstharzverguss 60, der Leitrahmen 70 und der Draht 80 aus der Beschreibung weggelassen.
  • Der Nicht-Vorrichtungsbereich R2 hat eine Breite T2, welche gleich oder größer als die Dicke T des Chips 10 ist. Der Grund hierfür ist wie folgt.
  • Der Vorrichtungsbereich R1 liegt innerhalb des Nicht-Vorrichtungsbereich R2. Das Anheftteil 50 auf der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 liegt nur auf dem Vorrichtungsbereich R1. An der Bodenfläche 13 des Chips 10 ist das Anheftteil 50, welches an der Bodenfläche 13 des Chips 10 liegt, gleich oder breiter als die gesamte Bodenfläche 13 des Chips 10.
  • In 11 stellen Pfeile Wärme dar, welche in dem Chip 10 erzeugt wird, d. h. von dem Vorrichtungsbereich R1 des Chips 10 erzeugt wird. Die Wärme pflanzt sich entlang der Pfeile fort und wird in Pfeilrichtung abgestrahlt. An dem Kantenabschnitt des Chips 10, d. h. an der Kante des Vorrichtungsbereichs R1 wird die Wärme von der Bodenfläche 13 schräg nach unten geleitet. Genauer gesagt, die Wärme wird in einer Richtung in einem Winkel von 45° von der Bodenfläche 13 abgeleitet. Dies deshalb, als die Leitung, d. h. die Leitungsgeschwindigkeit der Wärmeleitung in Richtung vertikaler Richtung praktisch gleich derjenigen ist, die in Horizontalrichtung leitet.
  • Da die Wärme in einer Richtung von 45° von der Bodenfläche 13 des Chips 10 abgeleitet wird, trägt ein Eckabschnitt 50a, der in 11 als gestrichelter Bereich dargestellt ist, nicht wesentlich zur Wärmeleitung bei. Der Eckabschnitt 50a ist in dem Anheftteil 50 angeordnet, das unter dem Chip 10 liegt und liegt oberhalb eines 45°-Pfeils in 11. Selbst wenn das Anheftteil 50 in dem Eckabschnitt 50a Risse hat, beeinflusst ein Riss in dem Eckabschnitt 50a die Wärmestrahlung nicht.
  • Wenn die Dicke T des Chips 10 gleich oder geringer als die Breite T2 des Nicht-Vorrichtungsbereich R2 ist, kann der Eckabschnitt 50a, der an der Kante des Anheftteils 50 liegt, geschaffen werden. Dies deshalb, als die Wärme in Richtung des 45°-Winkels von der Bodenfläche 13 des Chips 10 geleitet wird. Selbst wenn das Anheftteil 50 in dem Eckabschnitt 50a Risse hat, wird die Wärmeabstrahlleistung nicht beeinflusst.
  • Allgemein, ein Riss in dem Anheftteil 50 kann durch eine thermische Belastung in dem Anheftteil 50 bewirkt werden und entsteht an der Kante des Anheftteils 50. Insbesondere tritt der Riss zuerst in dem Eckabschnitt 50a auf. Wenn der Riss in dem Eckabschnitt 50a erzeugt wird, beeinflusst der Riss die Wärmeabstrahlung nicht.
  • In der Vorrichtung S5 wird das Teil, welches durch thermische Belastung leicht Risse bekommt, so eingestellt, dass es das Anheftteil 50 ist, das an der Bodenfläche 13 des Chips 10 liegt. Selbst wenn daher das Anheftteil Risse bekommt, wird der Riss im Eckabschnitt 50a erzeugt, so dass der Riss die Wärmeabstrahlungsleistung nicht beeinflusst.
  • Weiterhin kann in der Vorrichtung 35 die Beziehung zwischen dem linearen Koeffizienten α des Kunstharzvergusses 60 und dem linearen Koeffizienten β der Wärmesenken 20 und 30 auf 0,8 × β ≤ α ≤ 1,5 × β gesetzt werden. In diesem Fall wird das Teil, welches durch die thermische Belastung leicht Risse bekommt, besonders bevorzugt als das Anheftteil 50 eingestellt, das an der Bodenfläche 13 des Chips 10 liegt.
  • (Drittes Beispiel in Verbindung mit der Erfindung)
  • Eine Halbleitervorrichtung 36 gemäß einem dritten Beispiel in Verbindung mit der Erfindung ist in 12 gezeigt. In der Vorrichtung S6 ist nur die untere Wärmesenke 20 als Wärmeabstrahlplatte an der Bodenfläche 13 des Chips 10 über das Anheftteil 50 ausgebildet. An der oberen Oberfläche 12 des Chips 10, welche den Vorrichtungsbereich R1 beinhaltet, ist ein Drahtanschluss 90 elektrisch mit der oberen Oberfläche 12 über das Anheftteil 50 in Verbindung.
  • Der Drahtanschluss 90 ist aus leitfähigem Material gefertigt und ein Teil des Drahtanschlusses 90 steht von dem Kunstharzverguss 60 vor. Der vorstehende Teil des Drahtanschlusses 90 steht mit einem äußeren Schaltkreis elektrisch in Verbindung.
  • In der Vorrichtung S6 kann die Beziehung zwischen dem linearen Koeffizienten α des Kunstharzvergusses 60 und dem linearen Koeffizienten β der Wärmesenke 20 und dem Drahtanschluss 90 auf 0,8 × β ≤ α 1,5 × β gesetzt werden. Diese Beziehung schafft die gleichen Vorteile (d. h. die Funktionen und Auswirkungen) wie in der Vorrichtung S4 von 8. Insbesondere wird die Dehnungsbelastung in dem Anheftteil 50 an der oberen Oberfläche 12 des Chips 10 klein und die Dehnungsbelastung in dem Anheftteil 50 an der Oberfläche 13 des Chips 10 wird für den Fall groß, bei dem die thermische Belastung auf die Vorrichtung 36 angelegt wird. Von daher wird das Teil, welches durch die thermische Belastung leicht Risse bekommt, bevorzugt als das Anheftteil 50 eingestellt, welches an der Bodenfläche 13 des Chips 10 angeordnet ist.
  • Der Drahtanschluss 90 kann aus dem gleichen Material wie die untere Wärmesenke 20 gemacht sein. Wenn die Wärmesenke 20 und der Drahtanschluss 90 aus Kupfer gemacht sind, ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α des Kunstharzgusses 60 bevorzugt in einem Bereich zwischen 14 ppm/°C und 25 ppm/°C. Mehr bevorzugt ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α in einem Bereich zwischen 16 ppm/°C und 20 ppm/°C. Weiterhin bevorzugt ist der Elastizitätsmodul des Kunstharzvergusses 60 in einem Bereich zwischen 6 GPa und 24 GPa.
  • Weiterhin kann die Dicke T des Chips 10 gleich oder geringer als die Breite T2 des Nicht-Vorrichtungsbereichs R2 sein.
  • (Viertes Beispiel in Verbindung mit der Erfindung)
  • Eine Halbleitervorrichtung S7 gemäß einem vierten Beispiel in Verbindung mit der Erfindung ist in 13 gezeigt. In der Vorrichtung 37 liegt der Abstand zwischen der oberen Oberfläche der unteren Wärmesenke 20 und der unteren Oberfläche der oberen Wärmesenke 30 beispielsweise im Bereich zwischen 1–2 mm. Der Kunstharzverguss 60 versiegelt den Abstand zwischen den Wärmesenken 20 und 30 und den Umfang des Chips 10 und des Wärmesenkenblocks 40. Wenn der Kunstharzverguss 60 die Wärmesenken 20 und 30 etc. versiegelt, wird das Gusswerkzeug (nicht gezeigt), welches aus Kupfer besteht, sowie untere Gießwerkzeuge für den Gießvorgang verwendet. Bevorzugt wird ein Überzugs-Hartmaterial, beispielsweise ein Polyamidharz (nicht gezeigt) auf die Oberflächen der Wärmesenken 20 und 30 des Wärmesenkenblocks 40 und den Chip 10 aufgebracht, so dass die Klebkraft zwischen dem Kunstharzverguss 60 und den Wärmesenken 20 und 30 und die Klebkraft zwischen dem Kunstharzverguss 60 und dem Wärmesenkenblock 40 größer wird.
  • Der Kunstharzverguss 60 ist beispielsweise aus Epoxyharz oder dergleichen gefertigt, welches unterschiedlich zu einem üblichen Epoxyharz ist. Die Einfriertemperatur Tg des Epoxyharzes in der Vorrichtung S7 ist höher als bei einem herkömmlichen Epoxyharz. Insbesondere beträgt die Einfriertemperatur Tg eines herkömmlichen Epoxyharzes ungefähr 100°C bis 130°C. Die Einfriertemperatur Tg des Epoxyharzes in der Vorrichtung S7 ist gleich oder höher 150°C. Dies ist deshalb, als der obere Grenzwert der Betriebstemperatur der Vorrichtung S7 für den Fall 150°C beträgt, bei dem die Vorrichtung S7 für ein Kraftfahrzeug (einschließlich eines Elektrofahrzeugs) verwendet wird. Hierbei ist der obere Grenzwert der Vorrichtung S7 sichergestellt.
  • Wenn herkömmliches Epoxyharz für die Vorrichtung S7 verwendet wird und die Vorrichtung S7 bei einer Betriebstemperatur von beispielsweise ungefähr 140°C bis 150°C verwendet wird, welche höher als die Einfriertemperatur Tg ist, nimmt der Elastizitätsmodul des Kunstharzes 60 rapide ab, so dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunstharzverguss 60 rapide ansteigt. Von daher wird die Druckbelastung im Chip 10 aufgehoben, so dass die Belastung am Verbindungsabschnitt zwischen dem Chip 10 und der unteren Wärmesenke 20 zunimmt. Somit ist die Haltbarkeit im Verbindungsabschnitt verringert.
  • 14 zeigt die Beziehung zwischen dem Elastizitätsmodul und der Belastung in dem Kunstharzverguss 60 und der Gebrauchstemperatur. Genauer gesagt, eine gestrichelte Linie B1 zeigt die Beziehung zwischen dem Elastizitätsmodul in dem Kunstharzverguss 60 aus herkömmlichem Epoxyharz und der Atmosphärentemperatur um die Vorrichtung S7 herum. Eine weitere gestrichelte Linie B2 zeigt die Beziehung zwischen der Belastung an dem Verbindungsabschnitt in dem Kunstharzverguss 60 aus herkömmlichem Epoxyharz und der Atmosphärentemperatur um die Vorrichtung S7 herum. Eine durchgezogene Linie A1 zeigt die Beziehung zwischen dem Elastizitätsmodul in dem Kunstharzverguss 60 aus dem vorhandenen Epoxyharz und der Atmosphärentemperatur um die Vorrichtung S7 herum. Eine weitere durchgezogene Linie A2 zeigt die Beziehung zwischen der Belastung am Verbindungsabschnitt in dem Kunstharzverguss 60 aus dem vorliegenden Epoxyharz und der Atmosphärentemperatur um die Vorrichtung S7 herum. Hierbei ist die Temperatur T1 die Einfriertemperatur Tg des herkömmlichen Epoxyharzes.
  • Die Einfriertemperatur Tg des vorhandenen Epoxyharzes ist gleich oder größer als 150°C. Daher ändert sich bei der Betriebstemperatur von unter 150°C der Elastizitätsmodul des Kunstharzvergusses 60 mit dem vorhandenen Epoxyharz nicht wesentlich. Von daher ändert sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kunstharzvergusses 60 aus dem vorhandenen Epoxyharz nicht erheblich. Somit wird die Druckbelastung des Chips 10 ausreichend sichergestellt, so dass die Druckbelastung an einer Aufhebung beschränkt ist. Somit wird eine Belastung unterdrückt, so dass die Haltbarkeit am Verbindungsabschnitt erhöht ist.
  • 15A erläutert die Druckkraft zum Halten des Chips 10, welche ausreichend auf den Chip einwirkt. Ein Paar von Pfeilen in 15A gibt die Druckbelastung wieder. 156 erläutert die Belastung am Verbindungsabschnitt der Vorrichtung S7, welche unterdrückt wird.
  • 16A erläutert die Druckbelastung zum Halten des Chips 10, der mit herkömmlichem Epoxyglas eingegossen ist, wobei die Druckbelastung kleiner als in 15A ist. Ein Paar von Pfeilen in 16A gibt die Druckbelastung wieder. 16B erläutert die Belastung am Verbindungsabschnitt der Vorrichtung S7 mit einem herkömmlichen Epoxyharzverguss, wobei die Belastung größer als in 156 wird. Hierbei ist ein Kunstharzverguss 60a aus herkömmlichem Epoxyharz unterschiedlich zu dem Kunstharzverguss 60 in der Vorrichtung S7. Die Einfriertemperatur Tg des Kunstharzvergusses 60 wird auf folgende Weise höher. Das erste Verfahren zur Erhöhung der Einfriertemperatur Tg ist, dass eine funktionelle Gruppe (d. h. eine Seitenkette) in dem Epoxyharz vergrößert wird. Das zweite Verfahren ist, dass der Benzolring in dem Epoxyharz in Kreisform verkettet wird, so dass eine Querverbindung verkürzt wird, um die Querverbindungsdichte zu erhöhen. Ein allgemein bekanntes Harz mit hoher Einfriertemperatur ist beispielsweise ein Harz mit einem linear verketteten Benzolring oder ein Harz mit einer geringen Menge an Seitenketten. Das dritte Verfahren ist, dass die Menge an Füllstoff in dem Epoxyharz so gesteuert wird, dass die Einfriertemperatur Tg erhöht wird. Die obigen drei Verfahren werden geeignet kombiniert, so dass die Einfriertemperatur Tg des Kunstharzvergusses 60 auf eine bestimmte Temperatur angehoben wird, welche gleich oder größer als 150°C ist.
  • Bei diesem Beispiel wird die Einfriertemperatur Tg durch ein bekanntes TMA-Verfahren gemessen (d. h. ein thermomechanisches Analyseverfahren), so dass sich die Einfriertemperatur Tg steuern lässt. Die Einfriertemperatur Tg wird durch das TMA-Verfahren wie folgt ermittelt. Wenn die Temperatur angehoben wird, wird auch eine Verschiebung erhöht. Somit wird die Änderung der Verschiebung abhängig von der Temperaturänderung gemessen, so dass die Änderung der Verschiebung durch zwei gerade Linien angenähert wird. Die beiden geraden Linien schneiden sich an einem Punkt, der als Einfriertemperatur Tg definiert ist. Genauer gesagt, wie in 17 gezeigt, wird die Einfriertemperatur Tg des Kunstharzvergusses 60 erhalten. Hierbei zeigt eine Horizontalachse die Temperatur (°C) und eine vertikale Achse zeigt eine Verschiebung (z. B. Meter, Millimeter oder dergleichen). Eine durchgezogene Linie C1 gibt den Ausdehnungs-(oder Zusammendrückungs-)-grad des Kunstharzvergusses 60 wieder, wenn die Temperatur des Kunstharzvergusses 60 geändert wird. Die durchgezogene Linie C1 wird durch zwei gestrichelte Linien D1, D2 angenähert, so dass die Einfriertemperatur Tg erhalten wird.
  • In der Vorrichtung S7 wird der Elastizitätsmodul des Kunstharzvergusses 60 auf gleich oder kleiner als 20 GPa in einem Temperaturbereich gleich oder unter der Einfriertemperatur Tg gesetzt. Dies deshalb, als in dem Kunstharzverguss 60 erzeugte Belastungen größer als die Klebkraft des Epoxyharzes dann wird, wenn der Elastizitätsmodul größer als 20 GPa ist.
  • In der Vorrichtung S7 ist die Differenz im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kunstharzverguss 60 und der Wärmesenke 20 und 30 gleich oder kleiner als 50%, wenn die Temperatur gleich oder kleiner als die Einfriertemperatur Tg ist. Das heißt, das Epoxyharz, welches den Kunstharzverguss 60 bildet, hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gleich oder kleiner als eineinhalb mal des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Wärmesenke 20 und 30, welche beispielsweise aus einem metallischen Material ist. Dies deshalb, als in dem Kunstharzverguss 60 erzeugte Belastung größer als die Klebkraft des Epoxyharzes dann wird, wenn der Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten größer als 50% ist.
  • Somit hat der Kunstharzverguss 60 zum Einsiegeln quasi der ganzen Vorrichtung S7 eine Einfriertemperatur Tg gleich oder größer als der obere Grenzwert der Betriebstemperatur der Vorrichtung S7. Der obere Grenzwert beträgt beispielsweise 150°C. Wenn daher die Vorrichtung S7 in einem gewöhnlichen Betriebstemperaturbereich verwendet wird, wird ausreichend Druckbelastung auf den Chip 10 aufgebracht. Infolge dessen, selbst wenn eine hohe thermische Belastung auf die Vorrichtung S7 einwirkt, wird die Dehnungsbelastung an dem Verbindungsabschnitt verringert.
  • Da weiterhin der Elastizitätsmodul des Epoxyharzes, welches den Harzverguss 60 bildet, auf gleich oder kleiner als 20 GPa gesetzt wird, wenn die Temperatur gleich oder niedriger als die Einfriertemperatur Tg ist, wird in dem Kunstharzverguss 60 erzeugte Belastung so begrenzt, dass sie die Klebkraft des Epoxyharzes übersteigt. Da weiterhin die Differenz im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kunstharzverguss 60 und der Wärmesenke 20 und 30 gleich oder kleiner als 50% ist, wenn die Temperatur gleich oder niedriger als die Einfriertemperatur Tg ist, wird die in dem Kunstharzverguss 60 erzeugte Belastung so begrenzt, dass sie die Klebkraft des Epoxyharzes nicht übersteigt.
  • In der Vorrichtung S7 kann wenigstens eine der Wärmesenken 20, 30 eine Dicke haben, welche fünfmal größer als die Dicke des Chips 10 ist. In diesem Fall wird die Belastung am Verbindungsabschnitt in der Vorrichtung S7 erheblich verringert, so dass die Vorrichtung S7 vor Bruch geschützt wird.

Claims (20)

  1. Eine Halbleitervorrichtung mit: einem Wärmeerzeugungselement (10), das durch einen IGBT bereitgestellt wird; einem Anheftteil (50); ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30), welche auf ersten und zweiten Seiten (12, 13) des Wärmeerzeugungselementes (10) entsprechend über das Anheftteil (50) angeordnet sind; einem Wärmeabstrahlblock (40), der zwischen der ersten Wärmeabstrahlplatte (30) und dem Wärmeerzeugungselement (10) über das Anheftteil (50) angeordnet ist; und einem Kunstharzverguss (60), der praktisch die gesamte Vorrichtung eingießt, wobei die ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30) in der Lage sind, von dem Wärmeerzeugungselement (10) erzeugte Wärme abzustrahlen; das Wärmeerzeugungselement (10) elektrisch und thermisch mit der ersten Wärmeabstrahlplatte (30) über das Anheftteil (50) und den Wärmeabstrahlblock (40) verbunden ist; das Wärmeerzeugungselement (10) elektrisch und thermisch mit der zweiten Wärmeabstrahlplatte (20) über das Anheftteil (50) verbunden ist; der Wärmeabstrahlblock (40) einen Kantenabschnitt (43) ohne Ecke derart hat, dass das Anheftteil (50), welches an dem Kantenabschnitt (43) angeordnet ist, dick wird; der Wärmeabstrahlblock (40) eine Oberfläche (41) mit dem Kantenabschnitt (43) ohne Ecke aufweist; die Oberfläche (41) des Wärmeabstrahlblocks (40) der ersten Seite des Wärmeerzeugungselements (10) über das Anheftteil (50) gegenüberliegt; und das Wärmeerzeugungselement (10) eine Steuerelektrode auf der ersten Seite beinhaltet.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kantenabschnitt (43) ohne Ecke eine runde Kante oder abgeschrägte Kante ist.
  3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kantenabschnitt (43) eine Breite (W) gleich oder größer als 0,1 mm und eine Höhe (H) in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,20 mm hat.
  4. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wärmeabstrahlblock eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm hat.
  5. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wärmeabstrahlblock (40) aus einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder einer Eisenlegierung gefertigt ist.
  6. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wärmeabstrahlblock (40) einen Elastizitätsmodul in einem Bereich zwischen 60 GPa und 240 GPa hat.
  7. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Wärmeerzeugungselement (10) einen Kantenabschnitt (11) ohne Ecke derart hat, dass das an dem Kantenabschnitt (11) angeordnete Anheftteil (50) dick wird.
  8. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Kantenabschnitt (11) mit keiner Ecke an dem Wärmeerzeugungselement (10) eine runde Kante oder abgeschrägte Kante ist.
  9. Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zweite Seite (13) des Wärmeerzeugungselementes (10) einen Kantenabschnitt (11) ohne Ecke hat und wobei die zweite Seite (13) des Wärmeerzeugungselementes (10) der zweiten Wärmeabstrahlplatte (20) über das Anheftteil (50) gegenüberliegt.
  10. Eine Halbleitervorrichtung mit: einem Wärmeerzeugungselement (10), das durch einen IGBT bereitgestellt wird; einem Anheftteil (50); ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30), welche auf ersten und zweiten Seiten (12, 13) des Wärmeerzeugungselementes (10) entsprechend über das Anheftteil (50) angeordnet sind; einem Wärmeabstrahlblock (40), der zwischen der ersten Wärmeabstrahlplatte (30) und dem Wärmeerzeugungselement (10) über das Anheftteil (50) angeordnet ist; und einem Kunstharzverguss (60), der praktisch die gesamte Vorrichtung eingießt, wobei die ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30) in der Lage sind, von dem Wärmeerzeugungselement (10) erzeugte Wärme abzustrahlen; das Wärmeerzeugungselement (10) elektrisch und thermisch mit der ersten Wärmeabstrahlplatte (30) über das Anheftteil (50) und den Wärmeabstrahlblock (40) verbunden ist; das Wärmeerzeugungselement (10) elektrisch und thermisch mit der zweiten Wärmeabstrahlplatte (20) über das Anheftteil (50) verbunden ist; der Wärmeabstrahlblock (40) erste und zweite Oberflächen (41, 42) hat; die erste Oberfläche (42) des Wärmeabstrahlblocks (40) auf Seiten der ersten Wärmeabstrahlplatte angeordnet und die zweite Oberfläche (41) des Wärmeabstrahlblocks (40) auf Seiten des Wärmeerzeugungselements (10) angeordnet ist; die zweite Oberfläche (41) des Wärmeabstrahlblocks (40) eine sphärische Form hat; die zweite Oberfläche (41) des Wärmeabstrahlblocks (40) der ersten Seite (12) des Wärmeerzeugungselements (10) gegenüberliegt; und das Wärmeerzeugungselement (10) eine Steuerelektrode auf der ersten Seite beinhaltet.
  11. Die Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Wärmeabstrahlblock eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm hat.
  12. Die Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Wärmeabstrahlblock (40) aus einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder einer Eisenlegierung gefertigt ist.
  13. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Wärmeabstrahlblock (40) einen Elastizitätsmodul in einem Bereich von 60 GPa bis 240 GPa hat.
  14. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Wärmeerzeugungselement (10) einen Kantenabschnitt (11) ohne Ecke derart hat, dass das an dem Kantenabschnitt (11) angeordnete Anheftteil (50) dick wird.
  15. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Kantenabschnitt (11) mit keiner Ecke an dem Wärmeerzeugungselement eine runde Kante oder abgeschrägte Kante ist.
  16. Die Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die zweite Seite (13) des Wärmeerzeugungselementes (10) einen Kantenabschnitt (11) ohne Ecke hat und wobei die zweite Seite (13) des Wärmeerzeugungselementes (10) der zweiten Wärmeabstrahlplatte (20) über das Anheftteil (50) gegenüberliegt.
  17. Eine Halbleitervorrichtung mit: einem Wärmeerzeugungselement (10); einem Anheftteil (50); ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30), welche auf ersten und zweiten Seiten (12, 13) des Wärmeerzeugungselementes (10) entsprechend über das Anheftteil (50) angeordnet sind; und einem Kunstharzverguss (60), der praktisch die gesamte Vorrichtung eingießt, wobei die ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30) in der Lage sind, von dem Wärmeerzeugungselement (10) erzeugte Wärme abzustrahlen; das Wärmeerzeugungselement (10) elektrisch und thermisch mit den ersten und zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30) über das Anheftteil (50) verbunden ist; der Kunstharzverguss (60) eine Einfriertemperatur (Tg) hat, welche gleich oder höher als ein oberer Grenzwert einer Betriebstemperatur der Vorrichtung ist; und der Kunstharzverguss (60) ein Füllmaterial beinhaltet zum Steuern eines linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und des Elastizitätsmoduls des Kunstharzvergusses (60).
  18. Die Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Kunstharzverguss (60) einen Elastizitätsmodul hat, der gleich oder kleiner als 20 GPa in einem Temperaturbereich gleich oder niedriger als die Einfriertemperatur (Tg) ist.
  19. Die Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Kunstharzverguss (60) aus Epoxyharz mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist, der gleich oder kleiner als anderthalbmal eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten der ersten oder zweiten Wärmeabstrahlplatten (20, 30) ist.
  20. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Einfriertemperatur (Tg) des Kunstharzvergusses (60) gleich oder größer als 150°C ist.
DE102004043523.5A 2003-10-09 2004-09-08 Halbleitervorrichtung mit Wärmeabstrahlplatte und Anheftteil Expired - Lifetime DE102004043523B4 (de)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003350814A JP4339660B2 (ja) 2003-10-09 2003-10-09 半導体装置
JP2003-350814 2003-10-09
JP2003-352513 2003-10-10
JP2003352513A JP2005116963A (ja) 2003-10-10 2003-10-10 半導体装置
JP2003-395572 2003-11-26
JP2003395572A JP2005159012A (ja) 2003-11-26 2003-11-26 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102004043523A1 DE102004043523A1 (de) 2005-05-12
DE102004043523B4 true DE102004043523B4 (de) 2015-08-20

Family

ID=34426693

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004043523.5A Expired - Lifetime DE102004043523B4 (de) 2003-10-09 2004-09-08 Halbleitervorrichtung mit Wärmeabstrahlplatte und Anheftteil
DE102004064235.4A Expired - Lifetime DE102004064235B3 (de) 2003-10-09 2004-09-08 Halbleitervorrichtung mit Wärmeabstrahlplatte und Anheftteil

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004064235.4A Expired - Lifetime DE102004064235B3 (de) 2003-10-09 2004-09-08 Halbleitervorrichtung mit Wärmeabstrahlplatte und Anheftteil

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7239016B2 (de)
DE (2) DE102004043523B4 (de)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070076377A1 (en) * 2005-10-03 2007-04-05 Matteo Gravina Bi-Polar Thermal Managment
US7606036B2 (en) * 2006-05-25 2009-10-20 Fu Zhun Precision Industry (Shen Zhen) Co., Ltd. Heat dissipation device
CN102208376B (zh) * 2006-11-02 2012-11-14 日本电气株式会社 半导体器件
US7737548B2 (en) * 2007-08-29 2010-06-15 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor die package including heat sinks
JP4506848B2 (ja) * 2008-02-08 2010-07-21 株式会社デンソー 半導体モジュール
US7759778B2 (en) * 2008-09-15 2010-07-20 Delphi Technologies, Inc. Leaded semiconductor power module with direct bonding and double sided cooling
US7999371B1 (en) 2010-02-09 2011-08-16 Amkor Technology, Inc. Heat spreader package and method
TWI453831B (zh) 2010-09-09 2014-09-21 台灣捷康綜合有限公司 半導體封裝結構及其製造方法
CN104885206B (zh) * 2012-12-25 2018-03-30 三菱综合材料株式会社 功率模块
JP5938390B2 (ja) 2012-12-25 2016-06-22 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール
US9589929B2 (en) * 2013-03-14 2017-03-07 Vishay-Siliconix Method for fabricating stack die package
JP5974988B2 (ja) 2013-06-21 2016-08-23 株式会社デンソー 電子装置
JP6269458B2 (ja) 2014-01-20 2018-01-31 株式会社デンソー 半導体装置及びその製造方法
JP2015144216A (ja) * 2014-01-31 2015-08-06 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法
CN106104779B (zh) 2014-05-20 2019-05-10 三菱电机株式会社 功率用半导体装置
JP6460016B2 (ja) 2016-03-09 2019-01-30 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6299789B2 (ja) 2016-03-09 2018-03-28 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6588363B2 (ja) 2016-03-09 2019-10-09 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
EP3553820A4 (de) 2016-12-06 2020-07-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Halbleiterbauelement
JP6897141B2 (ja) * 2017-02-15 2021-06-30 株式会社デンソー 半導体装置とその製造方法
US10074591B1 (en) * 2017-03-02 2018-09-11 Intel Corporation System with provision of a thermal interface to a printed circuit board
JP2019129228A (ja) * 2018-01-24 2019-08-01 トヨタ自動車株式会社 半導体装置及びその製造方法
CN110808235A (zh) * 2018-08-06 2020-02-18 珠海格力电器股份有限公司 一种沟槽型绝缘栅双极型晶体管封装结构及其制作方法
US10804217B2 (en) 2018-08-10 2020-10-13 STATS ChipPAC Pte. Ltd. EMI shielding for flip chip package with exposed die backside
US11355452B2 (en) 2018-08-10 2022-06-07 STATS ChipPAC Pte. Ltd. EMI shielding for flip chip package with exposed die backside

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5150197A (en) * 1989-10-05 1992-09-22 Digital Equipment Corporation Die attach structure and method
US5364893A (en) * 1989-03-03 1994-11-15 Siemens Aktiengesellschaft Composition of polyepoxide and phosphorous-containing polyepoxide
US5651179A (en) * 1993-09-29 1997-07-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for mounting a semiconductor device on a circuit board
US6060776A (en) * 1995-12-30 2000-05-09 Robert Bosch Gmbh Rectifier diode
DE10058446A1 (de) * 1999-11-24 2001-05-31 Denso Corp Halbleitervorrichtung mit Abstrahlungsstruktur, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
US6265784B1 (en) * 1998-11-10 2001-07-24 Hitachi, Ltd. Resin sealed semiconductor device having improved arrangement for reducing thermal stress within the device
US20020109211A1 (en) * 2001-02-09 2002-08-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method of manufacturing same
US20030022464A1 (en) * 2001-07-26 2003-01-30 Naohiko Hirano Transfer-molded power device and method for manufacturing transfer-molded power device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3044952B2 (ja) 1992-11-17 2000-05-22 三菱マテリアル株式会社 半導体チップの実装構造
WO1999004430A1 (en) * 1997-07-21 1999-01-28 Aguila Technologies, Inc. Semiconductor flip-chip package and method for the fabrication thereof
TW401632B (en) 1998-03-26 2000-08-11 Fujitsu Ltd Resin molded semiconductor device and method of manufacturing semiconductor package
JP2000031360A (ja) 1998-07-08 2000-01-28 Hitachi Ltd マルチチップモジュール
JP3769139B2 (ja) 1999-03-04 2006-04-19 三菱電機株式会社 パワー半導体モジュール

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5364893A (en) * 1989-03-03 1994-11-15 Siemens Aktiengesellschaft Composition of polyepoxide and phosphorous-containing polyepoxide
US5150197A (en) * 1989-10-05 1992-09-22 Digital Equipment Corporation Die attach structure and method
US5651179A (en) * 1993-09-29 1997-07-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for mounting a semiconductor device on a circuit board
US6060776A (en) * 1995-12-30 2000-05-09 Robert Bosch Gmbh Rectifier diode
US6265784B1 (en) * 1998-11-10 2001-07-24 Hitachi, Ltd. Resin sealed semiconductor device having improved arrangement for reducing thermal stress within the device
DE10058446A1 (de) * 1999-11-24 2001-05-31 Denso Corp Halbleitervorrichtung mit Abstrahlungsstruktur, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
US20020109211A1 (en) * 2001-02-09 2002-08-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method of manufacturing same
US20030022464A1 (en) * 2001-07-26 2003-01-30 Naohiko Hirano Transfer-molded power device and method for manufacturing transfer-molded power device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004064235B3 (de) 2015-11-05
DE102004043523A1 (de) 2005-05-12
US7239016B2 (en) 2007-07-03
US20050077617A1 (en) 2005-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004043523B4 (de) Halbleitervorrichtung mit Wärmeabstrahlplatte und Anheftteil
DE102008025705B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE102009011233B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE102008023711B4 (de) Halbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls
DE102006047989B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE10048377B4 (de) Halbleiter-Leistungsmodul mit elektrisch isolierender Wärmesenke und Verfahren zu seiner Herstellung
DE112006002488B4 (de) Halbleiter-Baueinheit
DE10129388B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils
DE102007025950B4 (de) Halbleitervorrichtung und ihr Herstellungsverfahren
DE112013007047B4 (de) Halbleitermodul
DE102008019407B4 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102014118836B4 (de) Halbleiter-packaging-anordnung und halbleiter-package
DE102009042399B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür
DE102014116382B4 (de) Halbleitergehäuse mit zwei Halbleitermodulen und sich seitlich erstreckenden Verbindern und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102008035911B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines integrierten Schaltungsmoduls
DE102004060378B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE102012214917B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE102009005650A1 (de) Mehrchipmodul
DE102014117523B4 (de) Elektronische Vorrichtung
DE102010061011A1 (de) Halbleiterbaugruppe und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102015103897B4 (de) Leitungsrahmen mit Kühlerplatte, Verfahren zur Herstellung eines Leitungsrahmens mit Kühlerplatte, Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE102019115513B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102011053362A1 (de) Leistungs-halbleiterchip-verkapselung
DE102005057401A1 (de) Halbleiterbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018212436A1 (de) Halbleitergehäuse mit symmetrisch angeordneten leisungsanschlüssen und verfahren zu dessen herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20110308

R016 Response to examination communication
R130 Divisional application to

Ref document number: 102004064235

Country of ref document: DE

Effective date: 20120508

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R071 Expiry of right