DE102017207117A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents
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Abstract
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Halbleiteranordnung einen Wärmespreizer, einen Halbleiterchip, der über ein Verbindungselement an einer Montagefläche des Wärmespreizers befestigt ist, und ein Abdichtharz, das den Wärmespreizer und den Halbleiterchip bedeckt, wobei eine Nut an der Montagefläche um den Halbleiterchip herum ausgebildet ist, eine Länge zwischen dem Halbleiterchip und der Nut gleich oder größer als eine Tiefe der Nut ist, und das Verbindungselement an wenigstens einem Teil eines Bereichs der Montagefläche zwischen dem Halbleiterchip und der Nut nicht vorhanden ist.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, die beispielsweise in einem Leistungselektronikgerät eingesetzt wird.
- Hintergrund
-
JP 2014-216459 A - Bei der in
JP 2014-216459 A JP 2014-216459 A - Zusammenfassung
- Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiteranordnung bereitzustellen, die eine auf das Abdichtharz einwirkende Wärmebelastung reduzieren kann, ohne die Wärmediffusion von einem Halbleiterchip zu behindern.
- Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden wie folgt zusammengefasst.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Halbleiteranordnung einen Wärmespreizer, einen Halbleiterchip, der über ein Verbindungselement an einer Montagefläche des Wärmespreizers befestigt ist, und ein Abdichtharz, das den Wärmespreizer und Halbleiterchip bedeckt, wobei an der Montagefläche eine Nut um den Halbleiterchip herum ausgebildet ist, eine Länge zwischen dem Halbleiterchip und der Nut gleich oder größer als eine Tiefe der Nut ist, und das Verbindungselement an zumindest einem Teil eines Bereichs der Montagefläche zwischen dem Halbleiterchip und der Nut nicht vorhanden ist.
- Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 bis4 sind Querschnittdarstellungen einer Halbleiteranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. -
5 ist eine Schnittdarstellung einer Halbleiteranordnung gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels. - Beschreibung von Ausführungsbeispielen
- Eine Halbleiteranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Bauteile, die identisch sind oder einander entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine wiederholte Beschreibung davon wird in manchen Fällen weggelassen.
- Erstes Ausführungsbeispiel
-
1 ist eine Querschnittdarstellung einer Halbleiteranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Eine Halbleiteranordnung100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist mit einer Metallbasis10 versehen. Eine Isolierfolie12 ist an der Metallbasis10 vorhanden. Die Isolierfolie ist aus einem Harz bzw. Kunstharz hergestellt. Eine Metallstruktur14 ist an der Isolierfolie12 vorhanden. Die Metallbasis10 , die Isolierfolie12 und die Metallstruktur14 bilden eine Basisplatte16 . Die Metallbasis10 ist über die Isolierfolie12 gegenüber der Metallstruktur14 isoliert. - Ein Gehäuse
18 ist an der Isolierfolie12 vorhanden. Das Gehäuse18 ist an einem Umfang der Isolierfolie12 angeordnet, um die Metallstruktur14 zu umgeben. Ein Anschluss20 ist an dem Gehäuse18 vorhanden. Ein Wärmespreizer24 ist über ein Lot22 auf der Metallstruktur14 befestigt. Der Wärmespreizer24 ist aus Mo oder Cu als ein Werkstoff hergestellt. Ein Halbleiterchip28 ist über ein Verbindungselement26 auf einer Montagefläche23 des Wärmespreizers24 befestigt. Der Halbleiterchip ist beispielsweise ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate). Der Wärmespreizer24 wird bereitgestellt, um Wärme von dem Halbleiterchip28 effizient abzuführen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement26 ein Lot. - Der Halbleiterchip
28 und die Metallstruktur14 sind über einen Draht30 verbunden. Die Metallstruktur14 und der Anschluss20 sind über den Draht30 verbunden. Ein Bereich, der von dem Gehäuse18 umgeben ist, ist mit einem Abdichtharz32 abgedichtet. Daher sind der Wärmespreizer24 und der Halbleiterchip28 mit dem Abdichtharz32 bedeckt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Abdichtharz32 ein Epoxidharz. -
2 ist eine Querschnittdarstellung der Halbleiteranordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.2 ist eine vergrößerte Darstellung einer Umgebung des Wärmespreizers24 aus1 . Eine Nut34 ist um den Halbleiterchip28 herum an der Montagefläche23 des Wärmespreizers24 ausgebildet. Die Nut34 ist ausgebildet, um den Halbleiterchip28 zu umgeben. Das Abdichtharz32 ist gegeben, um die Nut34 zu füllen. -
3 ist eine Querschnittdarstellung der Halbleiteranordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.3 ist eine vergrößerte Darstellung der Umgebung der Nut34 aus2 . Die Halbleiteranordnung100 ist in einem Bereich25 der Montagefläche23 zwischen dem Halbleiterchip28 und der Nut34 mit einem Lötstopplack236 versehen. Aus diesem Grund ist das Verbindungselement26 nicht über den Lötstopplack236 hinaus zur Seite der Nut34 hin ausgebreitet. Daher ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verbindungselement26 nicht an dem Bereich der Montagefläche23 zwischen dem Lötstopplack236 und der Nut34 vorhanden. -
4 ist eine Querschnittdarstellung der Halbleiteranordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Länge A zwischen dem Halbleiterchip28 und der Nut34 gleich oder größer als eine Tiefe L der Nut34 . Hierbei ist die Länge A eine Strecke an der Montagefläche23 von einem Ende des Halbleiterchips28 , das benachbart zu der Nut34 ist, zu einem Ende der Nut34 , das benachbart zu dem Halbleiterchip28 ist. Die Länge A ist auch eine Breite des Bereichs25 . Daher ist die Nut34 nicht unterhalb einer virtuellen Linie35 ausgebildet, die um einen Winkel von45 Grad mit Bezug auf die Montagefläche23 in Richtung einer Bodenfläche des Wärmespreizers24 geneigt ist. - Wenn ein Halbleiterchip mit einem Abdichtharz abgedichtet ist, wirkt üblicherweise aufgrund einer Differenz in einem Längenausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterchip und dem Abdichtharz eine durch eine Wärmebelastungskraft verursachte Wärmebelastung auf das Abdichtharz ein. Die Wärmebelastung kann eventuell verursachen, dass sich das Abdichtharz von dem Halbleiterchip löst. Zudem können Risse in dem Abdichtharz auftreten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Wärmespreizer
24 mit der Nut34 versehen. Die Nut34 ist mit dem Abdichtharz32 gefüllt. Das die Nut34 füllende Abdichtharz32 dient daher als ein Anker und kann das Abdichtharz32 fest angehaftet an dem Wärmespreizer24 halten. - Wenn das Abdichtharz
32 fest an dem Wärmespreizer24 anhaftet, haftet auch der Halbleiterchip28 fest an dem Abdichtharz32 an. Aus diesem Grund kann eine Wärmebelastung, die in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Halbleiterchip28 und dem Abdichtharz32 auf das Abdichtharz32 einwirkt, abgeschwächt werden. Insbesondere wird eine Wärmebelastung, die in der Umgebung des Endes des Halbleiterchips28 benachbart zu der Nut34 erzeugt wird, abgeschwächt. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass sich das Abdichtharz32 von dem Halbleiterchip28 ablöst. Es ist zudem möglich, das Auftreten von Rissen in dem Abdichtharz32 zu verhindern. - Wenn das Abdichtharz
32 fest an dem Wärmespreizer24 anhaftet, wird zudem eine Wärmebelastung an einer Verbindung zwischen dem Halbleiterchip28 und dem Verbindungselement26 und an einer Verbindung zwischen dem Verbindungselement26 und dem Wärmespreizer24 abgeschwächt. Daher ist es möglich, das Auftreten von Rissen an dem Verbindungselement26 zu verhindern. - Wenn die Nut an dem Wärmespreizer bereitgestellt wird, kann hierbei eine Wärmediffusion des Halbleiterchips behindert werden. Der Wärmewert ist insbesondere hoch in einer Halbleiteranordnung, deren Nennstromwert gleich oder größer als
100 A ist. Aus diesem Grund kann eine Einschränkung der Wärmediffusion durch die Nut ein Problem werden. Demgegenüber ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Länge A zwischen dem Halbleiterchip28 und der Nut34 gleich oder größer als die Tiefe L der Nut34 . Das heißt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt es keine Nut34 innerhalb eines Bereichs von weniger als45 Grad von rechts unterhalb des Halbleiterchips28 . Diese Struktur kann die Nut34 davon abhalten, die Wärmediffusion von dem Halbleiterchip28 zu dem Wärmespreizer24 zu behindern. - Wenn der Halbleiterchip unter Verwendung von Lot mit dem Wärmespreizer verbunden ist, kann sich zudem das Lot über einen Bereich zwischen dem Halbleiterchip und der Nut ausbreiten und benetzen. Dadurch kommt das Lot in dem Bereich zwischen dem Halbleiterchip und der Nut in Kontakt mit dem Abdichtharz. Eine Haftung zwischen dem Lot und dem Abdichtharz ist üblicherweise schwach. Daher ist es wahrscheinlich, dass sich das Abdichtharz in dem Kontaktbereich zwischen dem Lot und dem Abdichtharz ablöst. Als ein Verfahren zum Verhindern der Ablösung des Abdichtharzes kann der Kontaktbereich zwischen dem Abdichtharz und dem Lot reduziert werden. Eines solcher Verfahren kann den Abstand zwischen dem Halbleiterchip und der Nut verringern.
- Um eine Einschränkung der Wärmediffusion durch die Nut
34 zu verhindern, müssen hierbei, wie oben beschrieben, die Länge A zwischen dem Halbleiterchip28 und der Nut34 und die Länge L der Nut34 A ≥ L erfüllen. Aus diesem Grund ist es zur Verkürzung des Abstands zwischen dem Halbleiterchip28 und der Nut34 , während die Einschränkung der Wärmediffusion durch die Nut34 verhindert wird, erforderlich, die Nut34 flach zu machen. Hierbei wird der Effekt der Abschwächung der auf das Abdichtharz32 einwirkenden Wärmebelastung stärker, je tiefer die Nut34 ist. Wenn die Nut34 flacher gemacht wird, kann es daher unmöglich sein, die Wärmebelastung ausreichend abzuschwächen. - Demgegenüber ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Lötstopplack
236 in dem Bereich25 der Montagefläche23 zwischen dem Halbleiterchip28 und der Nut34 vorhanden. Dadurch wird wenigstens ein Teil des Bereichs25 ein Bereich, in dem das Verbindungselement26 nicht vorhanden ist. Der Bereich, in dem sich das Verbindungselement26 ausbreitet und benetzt, ist allein auf den Bereich zwischen dem Lötstopplack236 und dem Halbleiterchip28 eingeschränkt. Dadurch kann der Kontaktbereich zwischen dem Abdichtharz32 und dem Verbindungselement26 im Vergleich zu dem Fall reduziert werden, bei dem sich das Verbindungselement26 über den gesamten Bereich25 ausbreitet und benetzt. Daher ist es möglich, das Ablösen des Abdichtharzes32 von dem Verbindungselement26 zu verhindern, selbst wenn die Länge A zwischen dem Halbleiterchip28 und der Nut34 groß ist. - Wie bis hierhin beschrieben, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die Länge A zwischen dem Halbleiterchip
28 und der Nut34 vergrößern, während das Ablösen des Abdichtharzes32 von dem Verbindungselement26 verhindert wird. Durch Festlegen der Länge A auf einen großen Wert ist es möglich, die Nut34 zu vertiefen, ohne die Wärmediffusion von dem Halbleiterchip28 zu behindern. Das Vertiefen der Nut34 erlaubt eine ausreichende Abschwächung der auf das Abdichtharz32 einwirkenden Wärmebelastung. Dadurch ist es möglich, das Ablösen des Abdichtharzes32 und die Erzeugung von Rissen in dem Abdichtharz32 zu verhindern. - Wie oben beschrieben, kann die Halbleiteranordnung
100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die auf das Abdichtharz32 einwirkende Wärmebelastung ausreichend reduzieren, ohne die Wärmediffusion von dem Halbleiterchip28 zu behindern. Daher ist es möglich, eine Halbleiteranordnung100 mit hoher Zuverlässigkeit zu erhalten. Um einen ausreichenden Effekt der Reduzierung der Wärmebelastung zu erreichen, muss die Tiefe L der Nut34 0,3 mm oder mehr betragen. Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Länge A auf 0,3 mm oder mehr festgelegt. Wenn die Länge A zwischen dem Halbleiterchip28 und der Nut34 klein ist, wird zudem die Positionierung des Halbleiterchips28 bei seiner Montage schwierig. Unter Berücksichtigung einer Positionierungsgenauigkeit bei der Montage des Halbleiterchips28 ist die Länge A vorzugsweise auf0 ,3 mm oder mehr festgelegt. - Als eine Abwandlung des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann das Verbindungselement
26 irgendetwas anderes als Lot sein. Beispielsweise kann das Verbindungselement26 ein Material sein, das Silber, wie beispielsweise eine Silberpaste, enthält. In diesem Fall wird der Halbleiterchip28 über eine Ag-Verbindung an dem Wärmespreizer24 befestigt. Wenn das Verbindungselement26 eine Silberpaste ist, hat das Verbindungselement26 eine geringere Benetzbarkeit als Lot. Dadurch wird die Größe des Bereichs25 , in dem sich das Verbindungselement ausbreitet und benetzt, kleiner als wenn Lot verwendet wird. Dadurch kann der Kontaktbereich zwischen dem Verbindungselement26 und dem Abdichtharz32 ohne das Vorhandensein des Lötstopplacks236 reduziert werden. - Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Bereich, in dem sich das Verbindungselement
26 ausbreitet und benetzt, durch Verwendung des Lötstopplacks236 auf den Teil des Bereichs25 eingeschränkt. Demgegenüber kann das Verbindungselement26 , das sich über den Bereich25 ausbreitet und benetzt, nach dem Anbringen des Halbleiterchips28 an dem Wärmespreizer24 entfernt werden. In diesem Fall kann der Bereich, der mit dem Verbindungselement26 des Bereichs25 bedeckt ist, reduziert werden, ohne dass der Lötstopplack236 bereitgestellt wird. - In dem Bereich
25 aus3 ist zudem der Lötstopplack236 mit einem bestimmten Abstand zu dem Halbleiterchip28 angeordnet. In diesem Fall wird der Bereich zwischen dem Lötstopplack236 und dem Halbleiterchip28 ein Bereich, in dem sich das Verbindungselement26 ausbreitet und benetzt. Demgegenüber kann der Lötstopplack236 vorhanden sein, um in Kontakt mit dem Halbleiterchip28 zu kommen. In diesem Fall ist das Verbindungselement26 allein unterhalb des Halbleiterchips28 angeordnet. Dadurch wird der gesamte Bereich25 ein Bereich, in dem das Verbindungselement26 nicht vorhanden ist. - Zudem wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen, dass die Nut
34 ausgebildet ist, um den Halbleiterchip28 zu umgeben. Demgegenüber kann die Nut34 an vielen, an einer von jeweils beiden Seiten des Halbleiterchips28 ausgebildet sein. Zudem kann die Nut34 in einer Doppelstruktur ausgebildet sein, die den Halbleiterchip28 umgibt. Die Breite der Nut34 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unveränderlich. Zudem ist der Bodenteil der Nut34 flach und parallel zu der Bodenfläche des Wärmespreizers24 . Hierbei kann die Form der Nut34 irgendeine andere als diese Form haben. Beispielsweise kann die Querschnittsform der Nut34 U-förmig oder V-förmig sein. -
5 ist eine Querschnittdarstellung einer Halbleiteranordnung gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels. Eine Halbleiteranordnung300 gemäß der Abwandlung ist mit einer Nut334 versehen. Je kürzer der Abstand von der Montagefläche23 ist, desto kleiner wird die Breite der Nut334 . Die Nut334 ist mit dem Abdichtharz32 gefüllt. - Da das Abdichtharz
32 , das die Nut334 füllt, ein Anker wird, haftet das Abdichtharz32 fest an dem Wärmespreizer24 an. Die Nut334 ist wie eine Oktopus-Falle geformt, so dass die Breite der Nut334 kleiner wird, je kürzer der Abstand von der Montagefläche23 ist. Aus diesem Grund haftet im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Breite der Nut334 unveränderlich ist, das Abdichtharz32 in der Nut334 fest an dem Wärmespreizer24 an. Dadurch wird das Abdichtharz32 im Vergleich zu der Halbleiteranordnung100 noch fester an dem Wärmespreizer24 befestigt. Somit ist es möglich, im Vergleich zu der Halbleiteranordnung100 , die auf das Abdichtharz32 einwirkende Wärmebelastung weiter zu unterdrücken. - Zudem kann der Halbleiterchip
28 auch aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke gebildet sein. Als ein Halbleiter mit breiter Bandlücke kann Siliciumcarbid, ein Nitrid-Gallium-basiertes Material oder Diamant verwendet werden. Es kann erforderlich sein, dass eine Halbleiteranordnung, die einen Halbleiter mit breiter Bandlücke verwendet, unter hohen Temperaturbedingungen arbeitet. Hierbei kann die Halbleiteranordnung100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildet sein, so dass die Wärmediffusion von dem Halbleiterchip28 nicht durch die Nut34 eingeschränkt ist. Zudem kann die Tiefe der Nut34 vergrößert werden, um die Wärmebelastung ausreichend zu reduzieren. Daher kann der Halbleiterchip28 unter hohen Temperaturbedingungen betrieben werden. Es sei angemerkt, dass die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Merkmale angemessen in Kombination verwendet werden können. - Bei der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Länge zwischen dem Halbleiterchip und der Nut gleich oder größer als die Tiefe der Nut. Es ist dadurch möglich, zu verhindern, dass die Nut die Wärmediffusion behindert. In dem Bereich der Montagefläche zwischen dem Halbleiterchip und der Nut, ist der Bereich beschränkt, in dem sich das Verbindungselement ausbreitet und benetzt. Aus diesem Grund ist der Kontaktbereich zwischen dem Verbindungselement und dem Abdichtharz beschränkt, und es ist möglich, das Ablösen des Abdichtharzes zu verhindern. Dadurch kann die Länge zwischen dem Halbleiterchip und der Nut vergrößert werden. Es ist dadurch möglich, die Nut zu vertiefen, ohne die Wärmediffusion des Halbleiterchips einzuschränken. Daher ist es möglich, die Wärmebelastung ausreichend zu reduzieren, ohne die Wärmediffusion des Halbleiterchips einzuschränken.
- Offensichtlich sind viele Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich. Es sei daher verstanden, dass die Erfindung innerhalb des Rahmens der anhängenden Ansprüche anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.
- Die vollständige Offenbarung einer
japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-141550 - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Metallbasis
- 12
- Isolierfolie
- 14
- Metallstruktur
- 16
- Basisplatte
- 18
- Gehäuse
- 20
- Anschluss
- 22
- Lot
- 23
- Montagefläche
- 24
- Wärmespreizer
- 25
- Bereich von
23 - 26
- Verbindungselement
- 28
- Halbleiterchip
- 30
- Draht
- 32
- Abdichtharz
- 34
- Nut
- 100
- Halbleiteranordnung
- 236
- Lötstopplack
- 300
- Halbleiteranordnung
- 334
- Nut
- A
- Länge
- L
- Tiefe
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2014-216459 A [0002, 0003, 0003]
- JP 2016-141550 [0035]
Claims (7)
- Halbleiteranordnung (
100 ,300 ), aufweisend: • einen Wärmespreizer (24 ); • einen Halbleiterchip (28 ), der über ein Verbindungselement (26 ) an einer Montagefläche (23 ) des Wärmespreizers (24 ) befestig ist; und • ein Abdichtharz (32 ), das den Wärmespreizer (24 ) und den Halbleiterchip (28 ) bedeckt, • wobei eine Nut (34 ,334 ) an der Montagefläche (23 ) um den Halbleiterchip (28 ) herum ausgebildet ist, • eine Länge zwischen dem Halbleiterchip (28 ) und der Nut (34 ,334 ) gleich oder größer als eine Tiefe der Nut (34 ,334 ) ist, und • das Verbindungselement (26 ) an wenigstens einem Teil eines Bereichs der Montagefläche (23 ) zwischen dem Halbleiterchip (28 ) und der Nut (34 ,334 ) nicht vorhanden ist. - Halbleiteranordnung (
100 ,300 ) nach Anspruch 1, weiter aufweisend einen Lötstopplack (236 ), der an der Montagefläche (23 ) zwischen dem Halbleiterchip (28 ) und der Nut (34 ,334 ) vorhanden ist. - Halbleiteranordnung (
100 ,300 ) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (26 ) Silber enthält. - Halbleiteranordnung (
100 ,300 ) nach Anspruch 1, wobei die Länge zwischen dem Halbleiterchip (28 ) und der Nut (34 ,334 ) gleich oder größer als 0,3 mm ist. - Halbleiteranordnung (
100 ,300 ) nach Anspruch 1, wobei die Breite der Nut (34 ,334 ) kleiner wird, je kürzer der Abstand von der Montagefläche (23 ) ist. - Halbleiteranordnung (
100 ,300 ) nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterchip (28 ) aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt ist. - Halbleiteranordnung (
100 ,300 ) nach Anspruch 6, wobei der Halbleiter mit breiter Bandlücke aus Siliciumcarbid, einem Nitrid-Gallium-basiertem Material oder Diamant hergestellt ist.
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-
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