DE10307800A1 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Halbleiter-Chip und einer Verkapselung zum Schutz des Chips vor Beschädigungen. Die Verkapselung ist aus einem elastischen Material, beispielsweise Silikon, gefertigt.The invention relates to a semiconductor component with a semiconductor chip and an encapsulation to protect the chip from damage. The encapsulation is made of an elastic material, for example silicone.
Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Halbleiter-Chip und einer Verkapselung zum Schutz des Chips vor Beschädigungen. Bei diskreten Halbleiterbauteilen, wie Dioden oder Transistoren, und bei integrierten Schaltkreisen soll eine Verkapselung den Halbleiter-Chip zum Einen vor mechanischer Beschädigung schützen. Zum Anderen soll die Verkapselung den Chip vor Feuchtigkeit und schädlichen Substanzen aus der Umgebung, insbesondere aus der umgebenden Luft schützen, so dass diese Substanzen nicht unerwünscht in die Halbleiterschichten des Chips eindiffundieren. Zu diesem Zweck werden bekannte Chips beispielsweise mit Epoxidharzen gehäust.The invention relates to a semiconductor component with a semiconductor chip and an encapsulation to protect the Chips from damage. In the case of discrete semiconductor components, such as diodes or transistors, and in the case of integrated circuits, the semiconductor chip is to be encapsulated on the one hand against mechanical damage protect. On the other hand, the encapsulation should protect the chip from moisture and harmful Substances from the environment, especially from the surrounding air protect, so these substances are not undesirable in the semiconductor layers diffuse in the chip. Known chips are used for this purpose for example housed with epoxy resins.
Bei extremen Temperaturen oder bei extremen Temperaturschwankungen können derartige Verkapselungen jedoch auch nachteilige Auswirkungen zeigen. Beispielsweise können derartige Verkapselungen in bestimmten Temperaturbereichen einen unerwünscht starken mechanischen Druck auf den Halbleiter-Chip ausüben, oder die Verkapselungen selbst neigen bei extremen Temperaturen zu Rissbildung, so dass die erläuterte Schutzfunktion nicht mehr vollständig ausgeübt werden kann. Dies kann zu einer Degradation oder zu einem vollständigen Ausfall des Bauteils führen.At extreme temperatures or at Such encapsulations can cause extreme temperature fluctuations but also show adverse effects. For example, such Encapsulations in certain temperature ranges an undesirably strong exert mechanical pressure on the semiconductor chip, or the encapsulation itself tend to crack at extreme temperatures, so the explained protective function not complete anymore exercised can be. This can result in degradation or complete failure of the component.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterbauteil mit einer Verkapselung zu schaffen, die auch bei extremen Temperaturen oder extremen Temperaturschwankungen einen hinreichenden Schutz des Chips gewährleistet.It is therefore an object of the invention to create a semiconductor device with an encapsulation that also at extreme temperatures or extreme temperature fluctuations ensures adequate protection of the chip.
Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauteil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Verkapselung aus einem elastischen Material gefertigt ist.This task is accomplished through a semiconductor device with the features according to claim 1 solved, and in particular in that the encapsulation consists of an elastic Material is made.
Bei einem derartigen Halbleiterbauteil bestehen also sämtliche oder zumindest einige äußerste Gehäusewandungen aus einem weichen, formstabilen Material. Die Innenseite dieser Verkapselung kann direkt an dem Chip oder an einer hieran ausgebildeten Oxidschicht anliegen.With such a semiconductor device so all exist or at least some outermost housing walls made of a soft, dimensionally stable material. The inside of this Encapsulation can be carried out directly on the chip or on a chip formed thereon Apply oxide layer.
Durch den Einsatz eines elastischen Materials ist zum Einen gewährleistet, dass die Verkapslung möglichen Änderungen der Chipgeometrie bei extremen Temperaturen oder extremen Temperaturänderungen folgen kann, ohne dabei mechanischen Stress auf den Chip auszuüben oder aufgrund der Verformung selbst beschädigt zu werden. Auch starke plötzliche Temperaturänderungen (Temperaturschocks) erweisen sich dabei als unschädlich. Zum Anderen bleibt selbst in extremen Temperaturbereichen eine gewisse Elastizität der Verkapselung gewährleistet, so dass die Verkapselung auch bei diesen extremen Temperaturen den Chip weiterhin wirksam vor mechanischer Beschädigung zu schützen vermag.By using an elastic Material is guaranteed on the one hand that encapsulation possible changes the chip geometry at extreme temperatures or extreme temperature changes can follow without exerting mechanical stress on the chip or to be damaged due to the deformation itself. Also strong sudden temperature changes (Temperature shocks) prove to be harmless. To the Others remain certain even in extreme temperature ranges elasticity the encapsulation ensures so that the encapsulation even at these extreme temperatures Chip can continue to effectively protect against mechanical damage.
Als extreme Temperaturen sind im Zusammenhang mit der Erfindung Temperaturen bis zu –40°C und sogar –65°C einerseits und bis zu +140°C und sogar +150°C andererseits zu verstehen.When extreme temperatures are in Connection with the invention temperatures down to -40 ° C and even -65 ° C on the one hand and up to + 140 ° C and even + 150 ° C to understand on the other hand.
Somit ist ein Einsatz des Halbleiterbauteils innerhalb eines weiteren Temperaturbereichs möglich als bei einem Halbleiterbauteil mit einem herkömmlichen Gehäuse aus Epoxidharz oder Moldmasse, bei dem es leichter zu mechanischem Stress oder zu einer Rissbildung kommt. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil zeichnet sich außerdem durch eine bessere Zykelfestigkeit aus, also durch eine bessere Stabilität gegenüber regelmäßigen Temperaturschwankungen. Der mechanische Stress auf den Chip ist gegenüber herkömmlichen Gehäusen deutlich verringert, so dass es insbesondere nicht zu einem unerwünschten Abscheren von Bonddrähten kommt. Ferner wird auch eine unerwünschte Ablösung der Verkapselung von dem Chip (Delamination) vermieden.The use of the semiconductor component is thus within a wider temperature range than possible with a semiconductor device with a conventional one casing Made of epoxy resin or molding compound, which is easier to mechanical Stress or cracks. The semiconductor device according to the invention also stands out better cycle stability, i.e. better stability against regular temperature fluctuations. The mechanical stress on the chip is clear compared to conventional packages reduced, so that it is not particularly undesirable Shear off bond wires comes. Furthermore, an undesirable detachment of the encapsulation from the Chip (delamination) avoided.
Ein besonderer Vorteil besteht darin,
dass die Verkapselung weiterhin im Rahmen eines herkömmlichen
Herstellungsprozesses gefertigt werden kann, so dass eine kostengünstige Herstellung
möglich
ist. Insbesondere können
Standardprozesse wie Gießen,
Spritzgießen
(Molden) oder Eintauchprozesse verwendet werden, wie beispielsweise
für einen Leuchtdiodenstreifen
in der
Ein besonderer Vorteil für optoelektronische Halbleiterbauteile ist darin zu sehen, dass die Verkapselung aufgrund der elastischen Ausbildung auch bei extremen Temperaturen oder extremen Temperaturschwankungen ihre optischen Parameter beibehält. Insbesondere kommt es zu keiner Änderung der Wellenlängenabhängigkeit des Transmissionsverhaltens aufgrund eines mechanischen Drucks bei einer Temperaturänderung.A particular advantage for optoelectronic semiconductor components can be seen in the fact that the encapsulation is due to the elastic Training even at extreme temperatures or extreme temperature fluctuations maintains their optical parameters. In particular, there is no change the wavelength dependency the transmission behavior due to a mechanical pressure a change in temperature.
Es ist bevorzugt, wenn die Verkapselung aus festem Silikon, insbesondere aus einem Silikongummi gefertigt ist. Durch Einsatz von Silikon kann nämlich die Verkapselung derartig elastisch ausgebildet sein, dass es auch bei extremen Temperaturen zu keiner mechanischen Stresseinwirkung auf den gehäusten Chip kommt und der Chip vor Beschädigungen von außen geschützt bleibt. Silikon neigt selbst bei extremen Temperaturen nicht leicht zu Rissbildung. Außerdem bietet Silikon einen hinreichenden Schutz gegenüber Feuchtigkeit oder dem Eindiffundieren unerwünschter Substanzen und kann ohne weiteres in direkten Kontakt mit einem Halbleiterchip gebracht werden, da es bei üblicher Reinheit selbst keine schädlichen Substanzen enthält. Gleichzeitig ist Silikon einfach zu verarbeiten und kann deshalb in herkömmliche Herstellungsprozesse leicht integriert werden.It is preferred if the encapsulation made of solid silicone, in particular a silicone rubber is. By using silicone, the encapsulation can be done in this way be designed to be elastic, even at extreme temperatures no mechanical stress on the packaged chip comes and the chip from damage from the outside protected remains. Silicone does not tend easily, even at extreme temperatures to cracking. Moreover silicone offers sufficient protection against moisture or diffusion undesirable Substances and can easily be in direct contact with one Semiconductor chip are brought, since there is none at normal purity harmful Contains substances. At the same time, silicone is easy to process and therefore can in conventional Manufacturing processes can be easily integrated.
Im Übrigen sind grundsätzlich alle Elastomere für den Einsatz als elastische Verkapselungsmaterialien geeignet, insbesondere Gummi, synthetischer Kautschuk, Silikonkautschuk oder thermoplastisch verarbeitbare Elastomere.Incidentally, all elastomers are basically suitable for use as elastic encapsulation materials, especially rubber, synthetic Rubber, silicone rubber or thermoplastic elastomers.
Falls es sich bei dem Halbleiterbauteil um ein optoelektronisches Halbleiterbauteil handelt, kann die elastische Verkapselung gleichzeitig als Lichtleiter oder sogar als strahlformender Lichtleiter dienen. Beispielsweise kann die Verkapselung gleichzeitig die Sendeoptik einer lichtemittierenden Diode oder die Empfangsoptik einer Fotodiode bilden.If it is the semiconductor device is an optoelectronic semiconductor component, the elastic Encapsulation at the same time as a light guide or even as a beam shaping Serve light guides. For example, the encapsulation can simultaneously Transmission optics of a light-emitting diode or the reception optics form a photodiode.
Insbesondere bei derartigen optoelektronischen Halbleiterbauteilen ist es von Vorteil, wenn das Verkapselungsmaterial für den betreffenden Wellenlängenbereich transparent ist. Dies ist insbesondere bei Silikon leicht zu bewerkstelligen.Especially with such optoelectronic Semiconductor components, it is advantageous if the encapsulation material for the relevant wavelength range is transparent. This is particularly easy to do with silicone.
Alternativ zu der erläuterten Ausbildung als Optobauteil kann das Halbleiterbauteil auch einen IC-Chip (Integrated Circuit) mit mehreren integrierten Schaltkreisen aufweisen.Alternatively to that explained Training as an opto component, the semiconductor component can also be an IC chip (Integrated Circuit) with several integrated circuits.
Es ist bevorzugt, wenn eine Frontseite und die hieran angrenzenden Seitenwände des Halbleiterbauteils mit der elastischen Verkapselung versehen sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich auch eine Rückseite des Halbleiterbauteils mit der Verkapselung versehen ist, so dass diese den Chip im Wesentlichen vollständig umschließt, abgesehen von den erforderlichen elektrischen Kontaktierungen.It is preferred if a front and the adjoining side walls of the semiconductor component are provided with the elastic encapsulation. Particularly advantageous it is if additional also a back of the semiconductor component is provided with the encapsulation, so that this essentially completely encloses the chip, apart from of the required electrical contacts.
Schließlich ist es auch bevorzugt, wenn der Elastizitätsmodul des Verkapselungsmaterials zwischen 1 und 500 N/mm2 beträgt. Bei einer derartigen Elastizität ist gewährleistet, dass der Chip selbst bei extremen Temperaturen und starken Verformungen keine schwerwiegende mechanische Stresseinwirkung erfährt.Finally, it is also preferred if the elastic modulus of the encapsulation material is between 1 and 500 N / mm 2 . Such elasticity ensures that the chip does not experience any severe mechanical stress, even at extreme temperatures and severe deformations.
Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.Further embodiments are mentioned in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.The invention is exemplified below Explained with reference to the drawings.
Aus der Verkapselung
Die in
Der Einsatz von elastischem Silikon
für die Verkapselung
Ungeachtet der Ausbildung der Verkapselung
Die Verkapselung
- 1111
- Verkapselungencapsulation
- 1313
- Anschlussbeinchenconnecting pins
- 1515
- Anschlussbeinchenconnecting pins
- 1717
- Reflektorvertiefungreflector cavity
- 1919
- Diodenchipdiode chip
- 2121
- Bonddrahtbonding wire
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- IC-ChipIC chip
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