DE3786861T2 - Halbleiteranordnung mit Gehäuse mit Kühlungsmitteln. - Google Patents

Halbleiteranordnung mit Gehäuse mit Kühlungsmitteln.

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DE3786861T2 DE87100849T DE3786861T DE3786861T2 DE 3786861 T2 DE3786861 T2 DE 3786861T2 DE 87100849 T DE87100849 T DE 87100849T DE 3786861 T DE3786861 T DE 3786861T DE 3786861 T2 DE3786861 T2 DE 3786861T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiter-Bauelemente und Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen und insbesondere Halbleiter-Bauelemente, die eine Kappe und einen Kühlkörper aufweisen, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiter-Bauelements.
  • Üblicherweise wird ein Halbleiterelement (flip-chip) mit Kontaktwarzen oder ein Halbleiterelement mit winzigen zu seinem Rand hervorstehenden Anschlüssen mit der Oberseite nach unten elektrisch mit einer mehrlagigen Verbindungsschicht (mehrlagigen Verdrahtungsschicht) mit einem Substrat verbunden und darauf befestigt. Das Halbleiterelement ist von einer Kappe abgedeckt, deren Rand auf der Oberseite des Substrats verlötet ist, und das Halbleiterelement ist durch die Kappe hermetisch abgedichtet. Ein Kühlkörper ist auf der Kappe befestigt. Die vom Halbleiterelement erzeugte Wärme wird zuerst in einer Richtung entlang der Breite der Kappe geleitet und erreicht dann den Kühlkörper und wird innerhalb des Kühlkörpers geleitet und von der Oberfläche des Kühlkörpers abgestrahlt.
  • Im allgemeinen ist, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient und einfache Verarbeitung berücksichtigt werden, die Kappe aus KOVAR (eingetragenes Warenzeichen) hergestellt. Jedoch ist die Wärmeleitfähigkeit von KOVAR ungefähr 20 W/m·K und somit unbefriedigend. Aus diesem Grund stellt die Kappe bei einem Halbleiter- Bauelement der oben beschriebenen Bauart einen Widerstand in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit dar und ist ein Hindernis bei der Verbesserung der Wärmeabstrahlungseffizienz.
  • Eine Bauart, bei der der Kühlkörper direkt auf dem Halbleiterelement angeordnet ist, um die Wärmeabstrahlungseffizienz zu erhöhen, ist denkbar, aber in diesem Fall ist es schwierig, eine perfekte hermetische Abdichtung zu erzielen und das Halbleiter- Bauelement als Ganzes zu miniaturisieren.
  • Als anderes Beispiel eines konventionellen Halbleiter-Bauelements gibt es ein Halbleiter-Bauelement, das eine Kappe aus einem Material mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten zur Abdeckung des Halbleiterelements aufweist, wobei die Kappe Abschnitte aufweist, in denen Kupfer, das hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, eingebettet ist. Solch ein Halbleiter-Bauelement ist im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 26, No. 7A, Dezember 1983, Seiten 3238 bis 3239, beschrieben. Bei diesem Halbleiter-Bauelement ist eine feste Säule aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf jedem Halbleiterelement angeordnet und ist in Kontakt mit den entsprechenden Abschnitten der Kappe, in die Kupfer eingebettet ist. Die vom Halbleiterelement erzeugte Wärme wird über die feste Säule und den Abschnitt der Kappe, in den das Kupfer eingebettet ist, geleitet. Jedoch taucht bei diesem Halbleiter- Bauelement das Problem auf, daß das Verfahren zur Herstellung der Kappe komplex ist und daß Löcher in der Kappe erzeugt werden müssen und daß die Abschnitte, in denen Kupfer eingebettet wird, in die Löcher eingebettet werden müssen. Weiterhin kann dann, wenn die Höhe des Halbleiterelements und die Höhe der festen Säule nicht übereinstimmen, ein befriedigender Kontakt zwischen dem Halbleiterelement und der festen Säule und zwischen der festen Säule und dem Bereich der Kappe, in den Kupfer eingebettet ist, nicht erzielt werden. Wenn jedoch die Kappe auf ein Substrat, auf dem das Halbleiterelement angeordnet ist, gelötet ist, so ist es beinahe unmöglich zu überprüfen, ob ein befriedigender Kontakt auf der Innenseite der Kappe erzielt ist oder nicht. Da die feste Säule zwischen dem Halbleiterelement und dem Abschnitt der Kappe, in dem das Kupfer eingebettet ist, angeordnet ist, ist es weiterhin unmöglich, die Höhe der Kappe zu reduzieren, und das Halbleiter-Bauelement als Ganzes kann nicht miniaturisiert werden.
  • Entsprechend ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und zweckmäßiges Halbleiter-Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiter- Bauelements anzugeben, in denen die vorher beschriebenen Probleme beseitigt sind.
  • Eine weitere und speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiter- Bauelement anzugeben, das ein Substrat, ein auf dem Substrat angeordnetes Halbleiterelement, eine Kappe mit einer Öffnung, die kleiner ist als die äußeren Abmessungen des Halbleiterelements zur Abdeckung des Halbleiterelements zur Erzeugung einer hermetischen Abdichtung, und einen auf der Kappe angeordneten Kühlkörper aufweist, der die Öffnung bedeckt und Kontakt mit dem Halbleiterelement über die Öffnung herstellt. Das erfindungsgemäße Halbleiter-Bauelement weist eine verbesserte Wärmeabstrahlungseffizienz auf, da die vom Halbleiterelement erzeugte Wärme direkt und nicht über die Kappe zum Kühlkörper geleitet wird.
  • Weiterhin ist es möglich, eine befriedigende hermetische Abdichtung des Halbleiterelements zu erreichen, da die Öffnung in der Kappe kleiner ist als die äußeren Abmessungen des Halbleiterelements, und das Halbleiter-Bauelement als Ganzes kann aufgrund des Kontakts zwischen dem Halbleiterelement und dem Kühlkörper miniaturisiert werden
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements zu liefern, welches Verfahren die Verfahrensschritte des Anordnens eines Halbleiterelements auf einem Substrat, des Bedeckens des Halbleiterelements durch eine Kappe, die auf dem Substrat fixiert wird und eine Öffnung hat, die kleiner ist als die äußeren Abmessungen des Halbleiterelements, und des Anordnens eines Kühlkörpers auf der Kappe aufweist, um die Öffnung zu bedecken und Kontakt mit dem Halbleiterelement über die Öffnung herzustellen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, über die Öffnung der Kappe vor dem Aufsetzen des Kühlelements zu prüfen, ob die Kappe korrekt auf dem Substrat befestigt ist oder nicht.
  • Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich, wobei:
  • Fig. 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements im Querschnitt zeigt;
  • Fig. 2, 3 und 4 eine Vorderansicht, eine Aufsicht, wobei ein Teil des Kühlkörpers weggeschnitten ist und eine Unteransicht jeweils des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements zeigen;
  • Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des linken Endabschnitts des Halbleiter- Bauelements aus Fig. 1 zeigt;
  • Fig. 6 eine auseinandergenommene Ansicht des Halbleiter-Bauelements aus Fig. 1 zeigt;
  • Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Kappe und eines zugehörigen Kühlkörpers zeigt;
  • Fig. 8 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements zeigt;
  • Fig. 9 einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements zeigt;
  • Fig. 10 und 11 ein Querschnitt bzw. eine Vorderansicht jeweils eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements zeigen;
  • Fig. 12 eine vergrößerte Ansicht des linken Endabschnitts des Halbleiter- Bauelements aus Fig. 10 zeigt;
  • Fig. 13 eine Aufsicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements zeigt; und
  • Fig. 14 ein Querschnitt des Halbleiter-Bauelements entlang der Linie XIV- XIV aus Fig. 13 zeigt.
  • Zunächst wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiter- Bauelements unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben.
  • Wie in den Fig. 1, 2 und 6 gezeigt, weist ein Halbleiter-Bauelement 10 allgemein ein Halbleiterelement 11, ein Substrat 12, eine Kappe 13 und einen Kühlkörper 14 (Wärmesenke) auf. Mehrere winzige Kontakt 15 erstrecken sich z. B. 0,7 mm vom Rand der Oberseite 11a des Halbleiterelements 11 nach außen, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Schaltelemente oder Schaltungen sind auf der Oberseite 11a und eine Polyimidharzschicht 16 mit einer Dicke von z. B. 50 um bis 100 um ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist, als Schutz gegen α-Strahlen ausgebildet.
  • Das Halbleiterelement 11 ist mit der Oberseite nach unten auf einer mehrlagigen Verbindungsschicht (mehrlagigen Verdrahtungsschicht) 17 angeordnet, die auf der Oberseite des Substrats 12 ausgebildet ist, d. h. so, daß die Unterseite 11b des Halbleiterelements 11 nach oben weist und die Oberseite 11a nach unten weist, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Das Halbleiterelement 11 ist elektrisch und mechanisch mit der mehrlagigen Verbindungsschicht 17 ohne Benutzung von Drähten gekoppelt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, weist die mehrlagige Verbindungsschicht 17 drei Verdrahtungsschichten auf, die über Isolierschichten aus Polyimidharz übereinander geschichtet sind und eine Dicke von 10 um besitzen.
  • Das Substrat 12 besteht aus AlN, SiC oder Al&sub2;O&sub3; und weist eine Dicke von z. B. 0,6 mm auf. Wie in den Fig. 1, 5 und 6 gezeigt ist, durchdringen mehrere Durchgangslöchern 18 das Substrat 12 und ein Metall wie Mo oder W ist in diese Durchgangslöcher 18 eingefüllt und eine Metallisierung zur Bildung gesinterter Metallabschnitte 19 wird in den Durchgangslöchern 18 durchgeführt. Mehrere Anschlußstifte 20 sind durch Verlöten oder Hartlöten auf der Unterseite des Substrats 12 vorgesehen und werden in Übereinstimmung mit den gesinterten Metallabschnitten 19 befestigt. Die Anschlüsse 15 sind elektrisch mit den entsprechenden Anschlußstiften 20 über entsprechende gesinterte Metallabschnitte 19 und die mehrlagige Verbindungsschicht 17 verbunden.
  • Die Anschlußstifte 20 bestehen aus Ni-beschichtetem KOVAR (eingetragenes Warenzeichen), Ni-beschichtetem Be-Cu oder Ni-beschichtetem W. Die Anschlußstifte 20 haben z. B. einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,15 mm und eine Länge von 1,0 mm bis 1,5 mm. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Anschlußstifte 20 so auf dem Substrat 12 angeordnet, daß der zentrale Bereich und der äußere Randbereich freigelassen werden, wobei z. B. Abstände P&sub1; und P&sub2; von 0,45 mm bzw. 0,90 mm gewählt werden.
  • Die Kappe 13 besteht z. B. aus KOVAR und besitzt die allgemeine Form einer umgedrehten rechteckigen Wanne. Die Kappe 13 weist einen allgemein rechteckigen erhöhten Abschnitt 13a, einen Flanschabschnitt 13b und eine rechteckige Öffnung 13c im Zentrum des erhöhten Abschnitts 13a auf, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Die Öffnung 13c ist kleiner als die äußeren Abmessungen des Halbleiterelements 11. Wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt ist, ist der Flanschabschnitt 13b auf das Substrat 12 über ein Lötstück 21 verlötet und ist der Abschnitt des erhöhten Abschnitts 13a entlang des Randes der Öffnung 13c durch Verlöten auf (der Unterseite 11b) des Halbleiterelements 11 über ein Lötstück 22 befestigt. Entsprechend ist das Halbleiterelement 11 hermetisch abgedichtet und von einem kompakten Gehäuse umgeben. Der erhöhte Abschnitt 13a überlappt die Oberseite des Halbleiterelements 11 um eine Strecke a von z. B. 0,5 mm. Ein Raum 23 umgibt das Halbleiterelement 11 und ist z. B. mit Stickstoff oder Wasserstoffgas gefüllt.
  • Da die Kappe 13 die Öffnung 13c hat, ist es über die Öffnung 13c möglich, zu bestimmen, ob das Halbleiterelement 11 eine vorbestimmte Höhe hat und die Kappe 13 zufriedenstellend auf das Halbleiterelement 11 gelötet ist oder nicht. In dem Fall, in dem die Verbindung zwischen der Kappe 13 und dem Halbleiterelement nicht zufriedenstellend ist, ist es möglich, die Verbindung durch Löten durch die Öffnung 13c hindurch zu korrigieren. Die Abmessungen der Kappe 13 können miniaturisiert werden, da die Kappe 13 mit dem oberen Teil des Halbleiterelements 11 Kontakt herstellt.
  • Wie aus den Fig. 2 und 7 erkennbar ist, hat der Kühlkörper 14 dieselben Abmessungen wie das Substrat 12. Der Kühlkörper 14 ist ein rechteckiger Plattenkörper mit einer Dicke von z. B. 0,8 mm, wobei ein flacher abgestufter Abschnitt 14a auf der Unterseite des Kühlkörpers 14 ausgebildet ist. Die Form des abgestuften Abschnitts 14a ist an die Öffnung 13c der Kappe 13 angepaßt und ragt um eine Distanz b aus der unteren Oberfläche des Kühlkörpers 14 heraus. Die Distanz b ist ungefähr gleich der Dicke t der Kappe 13. Der Kühlkörper 14 bedeckt die Kappe 13 so, daß der abgestufte Abschnitt 14a in die Öffnung 13c hineinpaßt, wobei eine Scheitelfläche 14b des abgestuften Abschnitts 14a auf die Unterseite 11b des Halbleiterelements 11 mit einem Lötstück 24 verlötet ist.
  • Der Kühlkörper 14 besteht aus Mo, Cu, Al, AlN oder SiC. Die Wärmeleitfähigkeiten von Mo, Cu, Al, AlN und SiC sind 136 W/m·K, 394 W/m·K, 239 W/m·K, 150 bis 200 W/m·K bzw. 170 bis 270 W/m·K und sind höher als die Wärmeleitfähigkeit von KOVAR. In dem Fall, in dem der Kühlkörper 14 aus AlN oder SiC besteht, wird die Scheitelfläche 14b mit Ni oder Au metallisiert.
  • Das Halbleiter-Bauelement 10 ist mit einer gedruckten Schaltung (nicht gezeigt) verbunden, in dem die Anschlußstifte 20 mit den entsprechenden Verdrahtungsmustern der gedruckten Schaltung verbunden werden. Z.B. ist die gedruckte Schaltung mit dem angeschlossenen Halbleiter-Bauelement 10 in einen Computer (nicht gezeigt) eingebaut und stellt eine Kontakt- und Kühleinrichtung (nicht gezeigt) den Kontakt mit der Oberfläche des Kühlkörpers 14 her.
  • Die vom Halbleiterelement 11 während des Betriebs des Computers erzeugte Wärme wird direkt und nicht über die Kappe 13 zum Kühlkörper 14 geleitet. Die Wärme wird innerhalb des Kühlkörpers 14 geleitet und von der Oberfläche des Kühlkörpers 14 abgestrahlt. Mit anderen Worten, die vom Halbleiterelement 11 erzeugte Wärme wird, verglichen mit einem konventionellen Bauelement, effektiver abgestrahlt, da die Kappe 13, die einen Widerstand darstellt, nicht zwischen dem Halbleiterelement 11 und der Kontakt- und Kühleinrichtung vorhanden ist.
  • Als nächstes wird ein Ausführungsbeispiel des Herstellungsprozesses des Halbleiter- Bauelements 10 unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Zunächst wird das Herstellungsverfahren des Substrats 12 beschrieben. Die Durchgangslöcher 18 werden in eine sogenannte "green sheet", welche im wesentlichen eine keramische Tafel ist, ausgebildet und Metallpulver wie Mo und W wird in die Durchgangslöcher 18 gefüllt. Die "green sheet" wird dann gebacken. Das Metallpulver innerhalb der Durchgangslöcher 18 wird gesintert und man erhält das Substrat 12.
  • Dann wird ein dünner oder dicker leitfähiger Film auf der Unterseite des Substrats 12 gebildet, um eine Unterlage für die Anschlußstifte 20 zu bilden und die Anschlußstifte 20 werden durch Löten oder Hartlöten auf der Unterseite des Substrats 12 befestigt.
  • Dann wird die mehrlagige Verbindungsschicht 17 auf der Oberseite des Substrats 12 ausgebildet.
  • Anschließend wird das Halbleiterelement 11 auf die mehrlagige Verbindungsschicht 17 aufgesetzt.
  • Dann wird ein vorgeformtes Lötstück 25, das die Form eines rechteckigen Rahmens und eine Dicke von z. B. 50 um bis 100 um aufweist, auf der Oberseite des Substrats 12 unter Stickstoff- oder Wasserstoffgasatmosphäre aufgesetzt, ein vorgeformtes Lötstück 26 mit einer Dicke von z. B. 100 um bis 200 um wird auf das Halbleiterelement 11 aufgesetzt, die Kappe 13 wird auf das Substrat 12 aufgesetzt, der Kühlkörper 14 wird auf die Kappe 13 aufgesetzt und diese Elemente werden auf z. B. 300ºC bis 330ºC aufgeheizt.
  • Entsprechend zerfließen die vorgeformten Lötstücke 25 und 26 und die Kappe 13 und der Kühlkörper 14 werden gleichzeitig durch Löten befestigt. Zur gleichen Zeit wird das Halbleiterelement 11 durch die Kappe 13 hermetisch abgedichtet. Das vorgeformte Lötstück 25 bildet die Lötstücke 21 und das vorgeformte Lötstück 26 bildet die Lötstücke 22 und 24.
  • Die Kappe 13 ist ein Preßkörper, und der Abstand h zwischen dem erhöhten Abschnitt 13a und dem Flanschabschnitt 13b kann genau eingestellt werden. Außerdem ist es, auch wenn die Höhe des Halbleiterelements 11 nicht gleichmäßig ist, möglich, über die Öffnung 13c die Verbindung zwischen der Kappe 13 und dem geformten Lötstück 26 zu überprüfen und die Dicke des vorgeformten Lötstücks 26 geeignet zu wählen, um die optimale Verbindung zu erzielen. Aus diesem Grund ist es möglich, die räumliche Anordnung von Kappe 13, Substrat 12 und Halbleiterelement 11 mit großer Genauigkeit einzustellen, wobei die Kappe 13 auf das Substrat 12 und das Halbleiterelement 11 befriedigend aufgelötet werden kann.
  • Der Kühlkörper 14 kann auf der Kappe 13 mit Leichtigkeit und mit hoher Genauigkeit befestigt werden, da der abgestufte Bereich 14a in die Öffnung 13c hineinpaßt.
  • Daher kann das Halbleiter-Bauelement 10 durch einfache Verfahren hergestellt werden und ist speziell geeignet für die Massenproduktion.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Halbleiterelement 11, Kappe 13 und Kühlkörper 14 gleichzeitig durch das vorgeformte Lötstück 26 verlötet. Jedoch ist es als Modifikation dieses Verfahrens möglich, zuerst die Kappe 13 auf das Halbleiterelement 11 zu löten, die Verbindung zwischen der Kappe 13 und dem Halbleiterelement 11 durch die Öffnung 13c zu überprüfen und dann den Kühlkörper 14 auf die Kappe 13 aufzusetzen. Die Verbindung zwischen der Kappe 13 und dem Halbleiterelement 11 kann korrigiert werden, wenn die Verbindung nicht zufriedenstellend ist, wenn die Überprüfung durch die Öffnung 13c ausgeführt wird. Entsprechend dieser Modifikation ist es möglich, ein Halbleiter-Bauelement herzustellen, das mit einer extrem hohen zur Zuverlässigkeit hermetisch abgedichtet ist.
  • Weiterhin ist es natürlich möglich, anstatt des Halbleiterelements 11 ein flip-chip mit Kontaktwarzen zu benutzen.
  • Die Fig. 8 und 9 zeigen jeweils ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements. Die Ausführungen der Halbleiter- Bauelemente 30 und 40, die in den Fig. 8 bzw. 9 gezeigt sind, sind grundlegend die gleichen wie die Ausführung des Halbleiter-Bauelements 10, das vorher beschrieben wurde, mit Ausnahme des Kühlkörpers. Entsprechend sind in den Fig. 8 und 9 diejenigen Teile, die die gleichen sind wie die entsprechenden Teile in Fig. 1, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren Beschreibung weggelassen wird.
  • Bei dem in Fig. 8 gezeigten Halbleiter-Bauelement 30 sind Kühlrippen 31 direkt auf dem Halbleiterelement 11 als Kühlkörper festgelötet. Das Halbleiter-Bauelement 30 ist geeignet zur Benutzung in einem luftgekühlten Gerät.
  • Bei dem in Fig. 9 gezeigten Halbleiter-Bauelement 40 sind Kühlrippen 41 direkt auf dem Halbleiterelement 11 als Kühlkörper festgelötet. Das Halbleiter-Bauelement 40 ist geeignet zur Benutzung in einem Gerät mit Flüssigkeitskühlung, d. h. eingetaucht in einem Kühlmittel wie z. B. Phlorocarbon.
  • Die Fig. 10 bis 13 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements. Die Ausführung des Halbleiter-Bauelements 50 ist grundlegend die gleiche wie die Ausführung des Halbleiter-Bauelements 10 mit Ausnahme der Kappe, und in den Fig. 10 bis 13 sind diejenigen Teile, die dieselben sind wie die entsprechenden Teile in den Fig. 1, 2 und 5 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren Beschreibung wird weggelassen wird.
  • Eine Kappe 51 des Halbleiter-Bauelements 50 weist keinen dem Flanschabschnitt 13b des vorher beschriebenen Halbleiter-Bauelements 10 entsprechenden Flanschabschnitt auf. Der Abschnitt der Kappe 51 am Umfang der Öffnung 51a ist auf das Halbleiterelement 11 gelötet. Das untere Ende eines senkrechten Wandabschnitts 51b der Kappe 51 ist auf die Oberfläche des Substrats 12 gelötet. Die äußeren Abmessungen des Halbleiter-Bauelements 50 können in Vergleich zu denen des Halbleiter- Bauelements 10 kompakter gemacht werden, da die Kappe 51 keinen Flanschabschnitt aufweist.
  • Die Fig. 13 und 14 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements. Ein Halbleiter-Bauelement 60 unterscheidet sich von dem Halbleiter-Bauelement 10 dadurch, daß vier Halbleiterelemente 11 auf dem Substrat 61 angeordnet sind. Eine Kappe 62 weist vier Öffnungen 62a entsprechend den vier Halbleiterelementen 11 auf. Jede Öffnung 62a ist kleiner als die äußeren Abmessungen des entsprechenden Halbleiterelements 11. Die Abschnitte der Kappen 62 am Umfang der Öffnungen 62a sind auf die entsprechenden Halbleiterelemente 11 gelötet und ein Flanschabschnitt 62b der Kappe 62 ist auf das Substrat 61 gelötet. Entsprechend sind die vier Halbleiterelemente 11 alle durch die Kappe 61 hermetisch abgedichtet.
  • Ein Kühlkörper 63 weist vier abgestufte Abschnitte 63a entsprechend den Öffnungen 62a auf. Der Kühlkörper 63 bedeckt die Kappe 61, so daß jeder abgestufte Bereich 63a in die entsprechende Öffnung 62a hineinpaßt und direkt auf das entsprechende Halbleiterelement 11 gelötet ist. Entsprechend wird jedes Halbleiterelement 11 über den Kühlkörper 63 auf ähnliche Weise gekühlt wie im Falle des vorher beschriebenen Halbleiter-Bauelements 10.

Claims (11)

1. Halbleiter-Bauelement, welches aufweist
- ein Substrat (12), auf dessen Oberseite wenigstens eine Verdrahtungsschicht ausgebildet ist;
- wenigstens ein Halbleiterelement (11), das mit der Oberseite (11a) nach unten auf dem Substrat (12) angeordnet ist und elektrisch mit der Verdrahtungsschicht (17) verbunden ist;
- eine Kappe (13, 51), wobei jedes des wenigstens einen Halbleiterelements in der Kappe eine entsprechende Öffnung (13c, 51a) aufweist, welche kleiner ist als die äußeren Abmessungen des wenigstens einen Halbleiterelements (11); und
- einen auf der Kappe (13, 51) angeordneten Kühlkörper (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (13, 51) einen umfangsseitigen Flanschabschnitt (13b, 51b) und einen erhöhten Abschnitt (13a) aufweist, wobei der Flanschabschnitt (13b, 51b) mit der Oberseite des Substrats (12) verklebt ist und ein Abschnitt des erhöhten Abschnitts (13a) um die Öffnung (13c, 51a) der Kappe herum mit der Rückseite des Halbleiterelements (11) verklebt ist, derart, daß das Halbleiterelement (11) hermetisch abgedichtet ist; und
daß der Kühlkörper (14) einen Abschnitt in Kontakt mit dem erhöhten Abschnitt (13a) der Kappe (13, 51) aufweist und einen weiteren Abschnitt (14a) aufweist, der in die Öffnung (13c, 51a) paßt und Kontakt mit der Unterseite (11b) des Halbleiterelements (11) herstellt.
2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterelemente (11) auf dem Substrat (61) angeordnet sind, daß die Kappe (62) mehrere, entsprechend den mehreren Halbleiterelementen (11) gebildete Öffnungen (62a) aufweist, wobei jede der mehreren Öffnungen (62a) kleiner ist als die äußeren Abmessungen des jeweiligen Halbleiterelements (11) und jede der erhöhten Abschnitte der Kappe (62) um die mehreren Öffnungen (62a) herum mit der Unterseite des entsprechenden Halbleiterelements (11) verklebt ist, derart, daß jedes der mehreren Halbleiterelemente (11) hermetisch abgedichtet ist und daß der Kühlkörper (63) mehrere Abschnitte (63a) aufweist, welche in die jeweilige der mehreren Öffnungen (62a) passen und Kontakt mit der Unterseite des entsprechenden Halbleiterelements (11) herstellen.
3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (13, 62) die allgemeine Form einer umgedrehten rechteckigen Wanne besitzt.
4. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umfangsseitige Flanschabschnitt der Kappe (13, 62) auf die Oberseite des Substrats (12, 61) gelötet ist und die erhöhten Abschnitte (13a) der Kappe (13, 62) um jede der mehreren Öffnungen (62) oder die eine Öffnung (13c) herum auf die Unterseite (11b) des jeweiligen der mehreren Halbleiterelemente (11) oder des einzigen Halbleiterelements (11) gelötet ist.
5. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (14, 63) ungefähr die gleichen äußeren Abmessungen aufweist wie das Substrat (12, 61).
6. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (14a, 63a) des Kühlkörpers (14, 63), welche in die mehreren Öffnungen (62a) oder die eine Öffnung (13c) eingepaßt sind, auf die Unterseite (11b) des jeweiligen der mehreren Halbleiterelemente (11) oder des einen Halbleiterelements (11) gelötet sind.
7. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (14, 63) gefertigt ist aus einem Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe mit Mo, Cu, Al, AlN und SiC und das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist als die des Materials, aus welchem die Kappe (13, 62) besteht.
8. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper auf seiner Oberseite Kühlrippen (31, 41) aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
- Ausbilden einer Verdrahtungsschicht (17) auf der Oberfläche eines Substrats (12);
- Anordnen wenigstens eines Halbleiterelements (11), mit seiner Oberseite (11a) nach unten auf dem Substrat (12) und elektrisch verbunden mit der Verdrahtungsschicht (17);
- Aufsetzen erster und zweiter vorgeformter Lötstücke (21, 22; 52) auf das Substrat (12) bzw. auf die Unterseite (11b) des Halbleiterelements (11);
- Aufsetzen einer Kappe (13, 51, 62) auf das Substrat (12), wobei die Kappe (13, 51, 62) wenigstens eine Öffnung (13a, 51a, 62a) aufweist, die kleiner ist als die äußeren Abmessungen des Halbleiterelements (11) und wobei ein umfangsseitiger Flanschabschnitt (13b, 51b, 62b) der Kappe (13, 51, 62) über das erste vorgeformte Lötstück (21; 52) auf der Oberseite des Substrats (12) zu liegen kommt und wobei ein Abschnitt des erhöhten Abschnitts (13a) der Kappe (13, 51, 62) um die Öffnung (13c, 51a, 62a) herum über das zweite vorgeformte Lötstück (22) auf der Rückseite des Halbleiterelements (11) zu liegen kommt;
- Aufsetzen eines Kühlkörpers (14, 63) auf die Kappe (13, 51, 62), wobei der Kühlkörper (14, 63) einen Abschnitt (14a, 63a) aufweist, welcher in die Öffnung (13c, 51a, 62a) paßt und welcher auf der Rückseite (11b) des Halbleiterelements (11) zu liegen kommt und einen anderen Abschnitt aufweist, der mit dem erhöhten Abschnitt (13a) der Kappe (13, 51) in Kontakt ist; und
- Aufheizen des Halbleiter-Bauelements (10, 30, 40, 50, 60), um das erste und/oder das zweite vorgeformte Lötstück (21, 22, 52) zum Fließen zu bringen und damit das Halbleiterelement (11) hermetisch abzudichten.
10. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt des Aufsetzens der ersten und zweiten vorgeformten Lötstücke das erste vorgeformte Lötstück (21, 52) auf der Oberseite des Substrats (12) um den Rand des Halbleiterelements (11) herum aufgesetzt wird und das zweite vorgeformte Lötstück (22, 24) auf der gesamten Rückseite (11b) des Halbleiterelements (11) aufgesetzt wird und daß beim Verfahrensschritt des Aufsetzens des Kühlkörpers (14, 63) der Kühlkörper (14, 63) so auf der Kappe (13, 51, 62) aufgesetzt wird, daß der Abschnitt (14a, 63a) des Kühlkörpers (14, 63), der in die Öffnung (13c, 51a, 62a) eingepaßt wird, über das zweite vorgeformte Lötstück (22, 24) auf der Rückseite (11a) des Halbleiterelements (11) zu liegen kommt und daß beim Verfahrensschritt des Heizens gleichzeitig die Kappe (13, 51, 62) und der Kühlkörper (14, 63) auf dem Substrat (12) und/oder auf dem Halbleiterelement (11) befestigt werden.
11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin einen Verfahrensschritt aufweist, bei welchem durch die Öffnung (13c, 51a, 62a) der Kappe (13, 51, 62) vor Aufsetzen des Kühlelements (14, 63) auf der Kappe (13, 51, 62) geprüft wird, ob eine zufriedenstellende Verbindung zwischen der Kappe (13, 51, 62) und dem zweiten vorgeformten Lötstück (22) auf der Rückseite (11b) des Halbleiterelements (11) und/oder dem ersten vorgeformten Lötstück (21, 52) auf dem Substrat (12) erzielt ist oder nicht.
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