DE10345966A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Satoru Wakiyama
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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung enthält eine Mehrzahl von geschichteten Halbleiterelementen (2) sowie hochgradig wasserabsorbierende Harzschichten (3), die zwischen den Halbleiterelementen (2) ausgebildet sind. Dabei enthalten die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten (3) vorzugsweise Wasser oder ein organisches Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt. Alternativ können die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten (3) ein organisches Lösungsmittel enthalten oder dazu geeignet sein, es nach dem Gehäuseeinbau zu enthalten, das einen Siedepunkt hat, der gleich groß wie oder größer als die Aufschmelztemperatur eines Lotes ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einer Mehrzahl geschichteter Halbleiterelemente.
  • Um eine Gehäusefläche zu verkleinern, sind Halbleitervorrichtungen mit einer Mehrzahl von geschichteten bzw. dicht gepackten Halbleiterelementen entwickelt worden wie z.B. ein gepacktes Modul mit einem dreidimensionalen Aufbau. Insbesondere sind Halbleitervorrichtungen mit einer Mehrzahl von geschichteten Halbleiterelementen vorteilhaft für die Integration von Halbleiterelementen.
  • Wenn jedoch eine Mehrzahl von Halbleiterelementen geschichtet werden, tritt bedingt durch den Abstand zwischen den jeweiligen Halbleiterelementen das Problem einer schlechten Wärmeableitungseffizienz beim Ableiten der Wärme auf, die beim Betrieb der Halbleiterelemente erzeugt wird. Insbesondere ist die Wärmeableitungseffizienz der. Halbleiterelemente in dem mittleren Bereich, in dem die oberen und unteren Oberflächen der Halbleiterelemente nicht der umgebenden Luft ausgesetzt ist, schlecht.
  • Die vorliegende Erfindung soll das oben beschriebene Problem lösen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für eine Halbleitervorrichtung mit einer Mehrzahl von geschichteten Halbleiterelementen gute Wärmeableitungseigenschaften bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, 5 oder 6. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Halbleitervorrichtung enthält eine Mehrzahl von geschichteten Halbleiterelementen sowie hochgradig wasserabsorbierende Harzschichten, die zwischen den Halbleiterelementen ausgebildet sind.
    •
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2B eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung nach der zweiten Ausführungsform;
  • 3 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4A eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4B eine Draufsicht auf eine Metallplatte der Halbleitervorrichtung nach der vierten Ausführungsform;
  • 5 eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, sind in der Halbleitervorrichtung eine Mehrzahl von Halbleiterelementen 2 auf einem Substrat 1 geschichtet. Hochgradig wasserabsorbierende Harzschichten 3 sind zwischen den Halbleiterelementen 2 ausgebildet. Die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten 3 verbinden durch ihre adhäsiven Eigenschaft die Halbleiterelemente 2 miteinander.
  • Die Halbleiterelemente 2 enthalten Durchdringungselektroden 4, die von ihrer oberen Oberfläche zu ihrer unteren Oberfläche durchdringen. Die Halbleiterelemente 2 enthalten eine nach unten weisende Aktivelementoberfläche, auf der Verteilungsverdrahtungen durch Plattieren ausgebildet sind. Um die Verteilungsverdrahtungen 5 eines Halbleiterelements 2 elektrisch mit den Durchdringungselektroden 4 eines darunterliegenden Halbleiterelements 2 zu verbinden, sind innere Kontakthöcker 6 ausgebildet. Auf der Unterseite des Substrats 1 sind externe Elektroden 7 ausgebildet, die aus Lötkugeln bestehen.
  • Die hochgradig wasserabsorbierende Harzschicht 3 ist aus einem hochgradig wasserabsorbierenden Harz gebildet, das durch die Vernetzungsreaktion von Monomeren wie z.B. (Meth)Acrylsäure gewonnen wird, wobei Wasser oder ein organisches Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt zum Bilden eines Gels absorbiert wird. Die Wärme, die bei dem Betrieb jedes Halbleiterelements 2 erzeugt wird, kann durch die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten 3 gekühlt werden. Weiter kann die durch Formänderung jedes Halbleiterelements 2 bewirkte Spannung abgebaut werden, und durch die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten 3 kann ein Ausfall der Verbindungen der inneren Kontakthöcker 6 durch thermische Spannungen oder dergleichen verhindert werden.
  • Das organische Lösungsmittel kann einen Siedepunkt haben, der gleich groß wie oder größer als die Aufschmelztemperatur des für die externen Elektroden 7 verwendeten Lots ist. Dadurch wird verhindert, dass das organische Lösungsmittel bei dem Aufschmelzlötvorgang siedet.
  • 2A ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2B ist eine Draufsicht darauf. In der Halbleitervorrichtung sind wärmeableitende Kühlkörper 11 (Wärmeableiter) unter Verwendung eines Klebers oder eines wärmeableitenden Klebers auf alle Seiten einer Halbleitervorrichtung 10 geklebt, in der eine Mehrzahl von Halbleiterelementen 2 wie in der ersten Ausführungsform mit dazwischenliegenden hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten 3 geschichtet sind. Dadurch wird die Wärmeableitung weiter verbessert.
  • 3 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bestandteile wie in 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. In der Halbleitervorrichtung sind in den ganzen Bereichen zwischen den Halbleiterelementen 2 leitende Harzschichten 12 ausgebildet.
  • Die leitenden Harzschichten 12 haben eine höhere thermische Leitfähigkeit als gewöhnliche Unterfüllharzschichten, und sie können die Wärme der Halbleiterelemente 2 effizient an die umgebende Luft abgeben. Die leitenden Harzschichten 12 stellen ebenfalls sicher, dass die Halbleiterelemente 2 elektrisch miteinander verbunden sind.
  • 4A ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4B ist eine Draufsicht auf eine Metallplatte der Halbleitervorrichtung nach der vierten Ausführungsform. Gleiche Bestandteile wie in 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. In der Halbleitervorrichtung sind zwischen den Halbleiterelementen 2 Metallplatten 15 bereitgestellt. Die Metallplatten 15 ragen von Abschnitten zwischen den Halbleiterelementen 2 aus nach außen und können die Wärme von den Halbleiterelementen 2 von diesen herausragenden Abschnitten aus effizient an die umgebende Luft abgeben. Die Metallplatten 15 sind durch einen Kleber oder einen wärmeableitenden Kleber mit den Halbleiterelementen 2 verbunden. Die Metallplatten 15 können dünne Metallschichten sein.
  • Jede der Metallplatten 15 enthält an den Stellen, an denen die inneren Kontakthöcker 6 zum Verbinden der benachbarten Halbleiterelemente 2 durchgehen, Öffnungen 16, deren Rand einer Isolationsbehandlung unterworfen wurde. Beim elektrischen Verbinden der Halbleiterelemente 2 miteinander ist es daher nicht erforderlich, die Verteilungsverdrahtungen 5 auf den Seiten der Metallplatten 15 auszudehnen. Somit wird die Verbindungslänge jedes Halbleiterelements 2 verkürzt, und eine Übertragung mit hoher Geschwindigkeit wird möglich. Da es nicht erforderlich ist, die Verdrahtungen auf den Seiten auszudehnen, können Wärmesen ken 11 wie in 2A dargestellt, mit den gesamten Seiten der Halbleitervorrichtung verbunden werden, und die Wärmeableitungseigenschaften können weiter verbessert werden.
  • 5 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bestandteile wie in 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. In der Halbleitervorrichtung sind sowohl die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten wie in der ersten Ausführungsform als auch die Metallplatten 15 wie in der vierten Ausführungsform zwischen den Halbleiterelementen 2 bereitgestellt. Dadurch wird die Wärme der Halbleiterelemente 2 über die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten 3 zu den Metallplatten 15 übertragen und effizient weiter abgeleitet.
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden: Wie oben beschrieben, kann eine Halbleitervorrichtung mit einer Mehrzahl von Halbleiterelementen mit einer guten Wärmeableitungseigenschaft versehen werden.

Claims (7)

  1. Halbleitervorrichtung mit einer Mehrzahl geschichteter Halbleiterelemente (2) und hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten (3), die zwischen den Halbleiterelementen (2) ausgebildet sind.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten (3) Wasser oder ein organisches Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt absorbieren.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten (3) ein organisches Lösungsmittel absorbieren, das einen Siedepunkt hat, der gleich groß wie oder größer als die Aufschmelztemperatur eines Lotes ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit wärmeableitenden Kühlkörpern (11), die an den Seiten der Mehrzahl von geschichteten Halbleiterelementen (2) angebracht sind.
  5. Halbleitervorrichtung mit einer Mehrzahl geschichteter Halbleiterelemente (2) und leitenden Harzschichten (12), die in den ganzen Bereichen zwischen den Halbleiterelementen (2) ausgebildet sind.
  6. Halbleitervorrichtung mit einer Mehrzahl geschichteter Halbleiterelemente (2), Metallplatten (15), die zwischen den Halbleiterelementen (2) bereitgestellt sind, und inneren Kontakthöckern (6) zum elektrischen Verbinden benachbarter Halbleiterelemente (2) miteinander; wobei jede der Metallplatten (15) an den Stellen, an denen die inneren Kontakthöckern (6) durchgehen, Öffnungen (16) aufweist, deren Rand einer Isolationsbehandlung unterzogen wurde.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7 mit hochgradig wasserabsorbierenden Harzschichten (3), die zwischen den Halbleiterelementen (2) ausgebildet sind.
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