DE102011088442B4 - semiconductor device - Google Patents

semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
DE102011088442B4
DE102011088442B4 DE102011088442.4A DE102011088442A DE102011088442B4 DE 102011088442 B4 DE102011088442 B4 DE 102011088442B4 DE 102011088442 A DE102011088442 A DE 102011088442A DE 102011088442 B4 DE102011088442 B4 DE 102011088442B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
heat dissipation
dissipation substrate
main surface
semiconductor chip
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.)
Active
Application number
DE102011088442.4A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102011088442A1 (en
Inventor
Yoshihiro Yamaguchi
Tetsuya Ueda
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric 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
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE102011088442A1 publication Critical patent/DE102011088442A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102011088442B4 publication Critical patent/DE102011088442B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • 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
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • 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
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • 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
    • H01L2224/47—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
    • H01L2224/73251—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
    • 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
    • H01L23/4924—Bases or plates or solder therefor characterised by the materials
    • 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

Abstract

Halbleitervorrichtung (100, 100A), die umfasst:ein Wärmeableitungssubstrat (2); undmindestens einen Halbleiterchip (4), der durch eine Lötschicht (3) mit einer Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats verbunden ist, wobeider mindestens eine Halbleiterchip und die Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats mit einem Formharz (5) versiegelt sind, unddie Halbleitervorrichtung einen Schutzvorrichtungskörper (1, 1A, 1B) umfasst, der in der Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats so ausgebildet ist, dass er einen Bereich umgibt, in dem der mindestens eine Halbleiterchip angeordnet ist, wobei der Schutzvorrichtungskörper aus einem Harzmaterial besteht, das eine polare Gruppe enthält und eine Biegefestigkeit und eine Glasübergangstemperatur aufweist, die höher sind als jene des Formharzes,wobei der Schutzvorrichtungskörper umfasst:einen Hauptkörper (MB), der sich in einer zur Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats senkrechten Richtung erstreckt; undLeisten (FL, WE), die von entgegengesetzten Seitenoberflächen des Hauptkörpers vorstehen, wobei die vorstehenden Leisten Oberflächen aufweisen, die mit der Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats in Kontakt stehen.A semiconductor device (100, 100A) comprising: a heat dissipation substrate (2); andat least one semiconductor chip (4) bonded to a main surface of said heat dissipation substrate through a solder layer (3), said at least one semiconductor chip and said main surface of said heat dissipation substrate being sealed with a molding resin (5), andsaid semiconductor device has a protector body (1, 1A, 1B ) formed in the main surface of the heat dissipation substrate so as to surround an area where the at least one semiconductor chip is arranged, wherein the protector body is made of a resin material containing a polar group and having a flexural strength and a glass transition temperature that are higher than those of the molding resin,wherein the protector body comprises:a main body (MB) extending in a direction perpendicular to the main surface of the heat dissipation substrate; andledges (FL, WE) protruding from opposite side surfaces of the main body, the protruding ledges having surfaces in contact with the main surface of the heat dissipation substrate.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, die beispielsweise in einem Leistungswandler verwendet wird.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device used in a power converter, for example.

Eine Leistungshalbleitervorrichtung verwendet in vielen Fällen eine mit Harz umformte Struktur, in der ein Halbleiterchip auf einem metallischen Wärmeverteiler angeordnet ist, der als Wärmeableitungssubstrat fungiert, und die Halbleitervorrichtung mit dem ganzen Halbleiterchip abgesehen von der unteren Oberfläche des Wärmeverteilers mit einem Formharz versiegelt ist.A power semiconductor device uses a resin-molded structure in many cases, in which a semiconductor chip is placed on a metallic heat spreader that functions as a heat dissipation substrate, and the semiconductor device is sealed with a molding resin to the entire semiconductor chip except for the bottom surface of the heat spreader.

In dieser mit Harz umformten Halbleitervorrichtung erzeugt die Wiederholung eines Wärmezyklus allmählich eine Trennung an einer Grenze zwischen dem Formharz und dem Wärmeverteiler. Dies kann schließlich zur Erzeugung eines Risses im Lötmittel führen, das den Halbleiterchip mit dem Wärmeverteiler verbindet.In this resin-molded semiconductor device, repetition of a heat cycle gradually produces separation at a boundary between the molding resin and the heat spreader. This can eventually lead to the creation of a crack in the solder connecting the semiconductor chip to the heat spreader.

In diesem Fall kann die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verringert werden, so dass verhindert wird, dass die Halbleitervorrichtung eine Funktion als Halbleitervorrichtung durchführt. Eine Verwendung von Haftvermittlerschichten wie beispielsweise in DE 10 2004 047 510 A1 , DE 10 2004 028 888 A1 bzw. DE 10 2005 061 248 A1 offenbart, soll dem Trennungsprozess entgegenwirken. Auch kann die folgende Struktur wie z. B. die in JP 4 086 774 B2 offenbarte Struktur als Beispiel verwendet werden, um die Hafteigenschaften zwischen dem Wärmeverteiler und dem Formharz zu verbessern. In dieser Struktur wird ein Grübchen an einer Oberfläche des Wärmeverteilers um den Halbleiterchip ausgebildet, um die Haltbarkeit zu verbessern, um einem Wärmezyklus standzuhalten.In this case, the reliability of the semiconductor device may be lowered, so that the semiconductor device is prevented from performing a function as a semiconductor device. A use of adhesion promoter layers such as in DE 10 2004 047 510 A1 , DE 10 2004 028 888 A1 or. DE 10 2005 061 248 A1 revealed, should counteract the separation process. Also, the following structure such as B. the in JP 4 086 774 B2 disclosed structure can be used as an example to improve the adhesion properties between the heat spreader and the molding resin. In this structure, a dimple is formed on a surface of the heat spreader around the semiconductor chip to improve durability to withstand a heat cycle.

Die vorstehend erwähnte Struktur der Halbleitervorrichtung verbessert die Hafteigenschaften zwischen dem Formharz und dem Wärmeverteiler unter Verwendung des Ankereffekts des Grübchens. Unterdessen weist ein Metallmaterial wie z. B. Kupfer zum Ausbilden des Wärmeverteilers eine schlechte Haftfähigkeit am Formharz auf, so dass eine Beanspruchung des Formharzes intensiv auf einen spitzen Abschnitt der Grübchengestalt aufgebracht wird. Wenn sie in einem breiteren Temperaturbereich verwendet wird, kann daher die Haltbarkeit der Halbleitervorrichtung, um einem Wärmezyklus standzuhalten, verringert werden.The above-mentioned structure of the semiconductor device improves the adhesion property between the molding resin and the heat spreader using the anchor effect of the dimple. Meanwhile, a metal material such as For example, copper for forming the heat spreader has poor adhesiveness to the molding resin, so that a stress of the molding resin is applied intensively to a pointed portion of the dimple shape. Therefore, when used in a wider temperature range, the durability of the semiconductor device to withstand a heat cycle may be reduced.

Unterdessen ist die Entwicklung fortgeschritten, um einen Halbleiterchip mit einem Substrat, das aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke wie z. B. SiC (Siliziumcarbid) besteht, der bei einer höheren Temperatur arbeiten kann, zu schaffen. Somit war eine Halbleitervorrichtung mit höherer Haltbarkeit, um einem Wärmezyklus standzuhalten, der durch den Hochtemperaturbetrieb erzeugt wird, erwünscht.Meanwhile, development has progressed to provide a semiconductor chip having a substrate made of a wide bandgap semiconductor such as silicon. B. SiC (silicon carbide), which can work at a higher temperature to create. Thus, a semiconductor device with higher durability to withstand a heat cycle generated by the high-temperature operation has been desired.

JP S59-193033 A beschreibt ein Halbleiterelement mit einem auf einer Hauptoberfläche eines Substrats aufgebrachten Halbleiterchip und einem den Halbleiterchip umgebenden Rahmen aus Polyethylenterephthalat. Der Halbleiterchip und die Hauptoberfläche des Substrats innerhalb des Rahmens sind mit einem Epoxidharz versiegelt. JP S59-193033 A describes a semiconductor element with a semiconductor chip mounted on a main surface of a substrate and a frame made of polyethylene terephthalate surrounding the semiconductor chip. The semiconductor chip and the main surface of the substrate within the frame are sealed with an epoxy resin.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung mit verbesserter Haltbarkeit, um einem Wärmezyklus standzuhalten, der durch einen Hochtemperaturbetrieb erzeugt wird, zu schaffen.It is an object of the present invention to provide a semiconductor device improved in durability to withstand a heat cycle generated by high-temperature operation.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a semiconductor device according to claim 1.

Dabei ermöglicht die Wasserstoffbindung der polaren Gruppe einen festen Haftkontakt zwischen der Schutzvorrichtung und dem Formharz. Somit löst sich das Formharz in engem Kontakt mit der Schutzvorrichtung nicht leicht ab, so dass verhindert wird, dass sich das Formharz weiter ablöst. Ferner baut die Bereitstellung der Schutzvorrichtung auf der Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats die Beanspruchung ab, die auf das Wärmeableitungssubstrat aufgrund eines Wärmezyklus aufgebracht wird, so dass in der Lötschicht kein Riss erzeugt wird. Folglich kann der Halbleitervorrichtung eine verbesserte Haltbarkeit, um einem Wärmezyklus standzuhalten, der durch einen Hochtemperaturbetrieb erzeugt wird, verliehen werden.At this time, the hydrogen bonding of the polar group enables firm adhesive contact between the protector and the molding resin. Thus, the molding resin in close contact with the protector does not peel off easily, so that the molding resin is prevented from peeling off further. Further, the provision of the protector on the main surface of the heat dissipation substrate relieves the stress applied to the heat dissipation substrate due to a heat cycle, so that a crack is not generated in the solder layer. Consequently, improved durability to withstand a heat cycle generated by high-temperature operation can be imparted to the semiconductor device.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Advantageous developments of the invention result from the dependent claims.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich.These and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in connection with the accompanying drawings.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

  • 1 eine Schnittansicht, die die Struktur einer Halbleitervorrichtung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bevor sie mit Harz versiegelt wird;
  • 3 die Gestalt einer Schutzvorrichtung der Halbleitervorrichtung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt;
  • 4 schematisch einen Zustand, in dem sich ein Formharz ablöst;
  • 5 eine Schnittansicht, die eine erste Modifikation der Gestalt einer Schutzvorrichtung zeigt;
  • 6 eine Schnittansicht, die eine zweite Modifikation der Gestalt einer Schutzvorrichtung zeigt, die nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist;
  • 7 eine Schnittansicht, die eine Struktur mit mehreren Halbleiterchips, die von einer Schutzvorrichtung umgeben sind, zeigt; und
  • 8 eine Draufsicht, die die Struktur mit den mehreren Halbleiterchips, die von einer Schutzvorrichtung umgeben sind, zeigt.
Further features and advantages of the invention result from the description of embodiments of the invention based on the figures. From the figures show:
  • 1 12 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device of a preferred embodiment of the present invention;
  • 2 12 is a plan view of the semiconductor device of the preferred embodiment of the present invention before being sealed with resin;
  • 3 the cross-sectional shape of a protection device of the semiconductor device of the preferred embodiment of the present invention;
  • 4 schematically shows a state where a molding resin peels off;
  • 5 12 is a sectional view showing a first modification of the shape of a protector;
  • 6 Fig. 12 is a sectional view showing a second modification of the shape of a protector not forming part of the present invention;
  • 7 12 is a sectional view showing a structure having a plurality of semiconductor chips surrounded by a protection device; and
  • 8th 12 is a top view showing the structure with the multiple semiconductor chips surrounded by a protection device.

<Bevorzugte Ausführungsform><Preferred embodiment>

1 ist eine Schnittansicht, die die Struktur einer Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Halbleitervorrichtung 100 mehrere Halbleiterchips 4, die durch Lötschichten 3 mit einer Hauptoberfläche (oberen Oberfläche) eines metallischen Wärmeverteilers 2, der als Wärmeableitungssubstrat fungiert, verbunden sind. Die Halbleiterchips 4 umfassen beispielsweise Transistoren mit Emitterelektroden, die durch Aluminiumdrähte 10 mit einem Emitteranschluss 9 verbunden sind, und Kollektorelektroden, die auf der entgegengesetzten Seite der Emitterelektroden vorgesehen sind und die durch die Lötschichten 3 mit dem Wärmeverteiler 2 elektrisch verbunden sind. Ein Kollektoranschluss 8 ist mit dem Wärmeverteiler 2 verbunden. 1 12 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device 100 of the present invention. As in 1 As shown, the semiconductor device 100 includes a plurality of semiconductor chips 4 bonded through solder layers 3 to a main surface (top surface) of a metal heat spreader 2 functioning as a heat dissipation substrate. The semiconductor chips 4 include, for example, transistors having emitter electrodes connected to an emitter terminal 9 by aluminum wires 10 and collector electrodes provided on the opposite side of the emitter electrodes and electrically connected to the heat spreader 2 through the solder layers 3 . A collector connection 8 is connected to the heat spreader 2 .

Die Halbleiterchips 4 können aus Halbleiterelementen mit Substraten, die aus Silizium (Si) bestehen, oder aus Halbleiterelementen mit Substraten, die aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke wie z. B. SiC (Siliziumcarbid) bestehen, konstruiert sein.The semiconductor chips 4 may be semiconductor elements with substrates made of silicon (Si) or semiconductor elements with substrates made of a wide bandgap semiconductor such as silicon. B. SiC (silicon carbide) exist to be constructed.

Ein Halbleiterelement wie z. B. ein Schaltelement oder ein Diodenelement, das aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke besteht, weist eine hohe Durchschlagspannung und eine hohe zulässige Stromdichte auf. Somit kann ein Halbleiterelement, das aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke besteht, kleiner gemacht werden als ein Halbleiterelement, das aus einem Siliziumhalbleiter besteht. Folglich erreicht die Verwendung eines kleinen Schaltelements und eines kleinen Diodenelements in einem Halbleiterchip eine Größenverringerung des Halbleiterchips.A semiconductor element such. B. a switching element or a diode element, which consists of a semiconductor with a wide band gap, has a high breakdown voltage and a high allowable current density. Thus, a semiconductor element made of a wide bandgap semiconductor can be made smaller than a semiconductor element made of a silicon semiconductor. Consequently, the use of a small switching element and a small diode element in a semiconductor chip achieves size reduction of the semiconductor chip.

Schlitze SL, die die entsprechenden Halbleiterchips 4 umgeben, sind in einer Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 ausgebildet, auf dem die Halbleiterchips 4 angeordnet sind. Harzschutzvorrichtungen 1, die teilweise in die entsprechenden Schlitze SL eingesetzt sind, sind auch in dieser Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 ausgebildet. Die Schutzvorrichtungen 1 erstrecken sich in einer zur Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 senkrechten Richtung unter Bildung von Wänden, die die Halbleiterchips 4 umgeben.Slits SL surrounding the respective semiconductor chips 4 are formed in a main surface of the heat spreader 2 on which the semiconductor chips 4 are arranged. Resin protectors 1 partially inserted into the respective slits SL are also formed in this main surface of the heat spreader 2 . The protectors 1 extend in a direction perpendicular to the main surface of the heat spreader 2 to form walls surrounding the semiconductor chips 4 .

Eine Isolationsplatte 6 mit elektrischen Isolationseigenschaften und Wärmeableitungseigenschaften ist mit einer Hauptoberfläche (unteren Oberfläche) des Wärmeverteilers 2 entgegengesetzt zu jener, auf der die Halbleiterchips 4 angeordnet sind, verbunden. Eine Kupferfolie 7 ist auf eine Oberfläche der Isolationsplatte 6 entgegengesetzt zu jener, auf der der Wärmeverteiler 2 angeordnet ist, aufgebracht.An insulating board 6 having electrical insulating properties and heat dissipation properties is bonded to a main surface (bottom surface) of the heat spreader 2 opposite to that on which the semiconductor chips 4 are arranged. A copper foil 7 is applied to a surface of the insulating board 6 opposite to that on which the heat spreader 2 is placed.

Die obere und die Seitenoberflächen des Wärmeverteilers 2, einschließlich der Halbleiterchips 4 sind mit einem Formharz 5 versiegelt.The top and side surfaces of the heat spreader 2 including the semiconductor chips 4 are sealed with a molding resin 5. As shown in FIG.

Jeweilige Endabschnitte der Kollektor- und Emitteranschlüsse 8 und 9 stehen von den Seitenoberflächen des Formharzes 5 nach außen vor. Eine Oberfläche der Kupferfolie 7 liegt an der unteren Oberfläche der Halbleitervorrichtung 100 frei. Ein Kühler wie z. B. ein Kühlkörper ist derart befestigt, dass er mit der freiliegenden Oberfläche der Kupferfolie 7 in Kontakt steht, wodurch eine Wärmeableitung erzielt wird.Respective end portions of the collector and emitter terminals 8 and 9 protrude from the side surfaces of the mold resin 5 to the outside. A surface of the copper foil 7 is exposed on the lower surface of the semiconductor device 100 . A cooler such as B. a heat sink is fixed so that it is in contact with the exposed surface of the copper foil 7, thereby achieving heat dissipation.

2 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100, bevor sie mit Harz versiegelt wird, wie in der Richtung der Halbleiterchips 4 betrachtet. Die Schutzvorrichtungen 1 sind so vorgesehen, dass sie die entsprechenden Halbleiterchips 4 umgeben. Eine Schnittansicht in der Richtung der Pfeile an der Linie A-A von 2 ist in 1 gezeigt. 2 12 is a plan view of the semiconductor device 100 before being sealed with resin as viewed in the direction of the semiconductor chips 4. FIG. The protection devices 1 are provided so as to surround the respective semiconductor chips 4 . A sectional view in the direction of the arrows on line AA of FIG 2 is in 1 shown.

3 zeigt eine beispielhafte Gestalt der Schutzvorrichtung 1 im Querschnitt. Die Schutzvorrichtung 1 ist so ausgebildet, dass sie den Halbleiterchip 4 umgibt, so dass der Querschnitt mit derselben Gestalt tatsächlich auch auf der linken Seite vorhanden ist. Der Querschnitt der linken Seite ist jedoch in 3 nicht gezeigt. 3 shows an exemplary shape of the protective device 1 in cross section. The protection device 1 is formed so as to surround the semiconductor chip 4, so that the cross section with the same shape is actually present on the left side. However, the cross section of the left side is in 3 Not shown.

Wie in 3 gezeigt, ist die Gestalt der Schutzvorrichtung 1 im Querschnitt derart, dass die Schutzvorrichtung 1 Kehlnahtabschnitte FL aufweist, die sich von den jeweiligen Mittelabschnitten von entgegengesetzten Seitenoberflächen eines rechteckigen Hauptkörpers MB der Schutzvorrichtung 1 erstrecken. Die Kehlnahtabschnitte FL sind an den Seitenoberflächen des Hauptkörpers MB breit und werden in Richtung ihrer Spitzenenden dünner. Die Kehlnahtabschnitte FL weisen flache Oberflächen auf, die mit dem Wärmeverteiler 2 in Kontakt stehen, und Oberflächen davon, die mit dem Wärmeverteiler 2 nicht in Kontakt stehen, sind nach innen gekrümmt.As in 3 1, the cross-sectional shape of the protector 1 is such that the protector 1 has fillet portions FL extending from the respective central portions of opposite side surfaces of a rectangular main body MB of the protector 1. FIG. The fillet portions FL are wide at the side surfaces of the main body MB and become thinner towards their tip ends. The fillet portions FL have flat surfaces that are in contact with the heat spreader 2, and surfaces thereof that are not in contact with the heat spreader 2 are curved inward.

Der Wärmeverteiler 2 besteht aus einem Kupfermaterial. Hinsichtlich des Haftkontakts zwischen dem Kupfermaterial und dem Formharz 5 steht das Formharz 5 mit einem Oxidfilm in Haftkontakt, der auf einer Oberfläche des Kupfermaterials ausgebildet ist. Somit bewirkt die Trennung zwischen dem Kupfermaterial und dem Oxidfilm des Kupfermaterials, dass sich das Formharz 5 weiter von der Oberfläche des Wärmeverteilers 2 ablöst.The heat spreader 2 is made of a copper material. Regarding the adhesive contact between the copper material and the molding resin 5, the molding resin 5 is in adhesive contact with an oxide film formed on a surface of the copper material. Thus, the separation between the copper material and the oxide film of the copper material causes the molding resin 5 to peel off the surface of the heat spreader 2 further.

Die Halbleiterchips 4 sind durch die Lötschichten 3 mit dem Wärmeverteiler 2 verbunden und Oxidfilme aus Lötmittel sind auch auf den Seitenoberflächen der Lötschichten 3 ausgebildet. Hinsichtlich des Haftkontakts zwischen den Lötschichten 3 und dem Formharz 5 steht folglich das Formharz 5 mit den Oxidfilmen in Haftkontakt, die auf den Oberflächen der Lötschichten 3 gebildet sind. Die Haftfähigkeit zwischen dem Lötmittel und dem Oxidfilm des Lötmittels ist niedriger als jene zwischen einem Kupfermaterial und einem Oxidfilm des Kupfermaterials. Somit bewirkt die Trennung zwischen dem Lötmittel und dem Oxidfilm des Lötmittels, dass sich das Formharz 5 weiter von den Oberflächen der Lötschichten 3 ablöst.The semiconductor chips 4 are bonded to the heat spreader 2 through the solder layers 3, and oxide films of solder are also formed on the side surfaces of the solder layers 3. FIG. Therefore, in terms of adhesive contact between the solder layers 3 and the molding resin 5, the molding resin 5 is in adhesive contact with the oxide films formed on the surfaces of the solder layers 3. FIG. The adhesiveness between the solder and the oxide film of the solder is lower than that between a copper material and an oxide film of the copper material. Thus, the separation between the solder and the oxide film of the solder causes the molding resin 5 to peel off the surfaces of the solder layers 3 further.

Die Differenz des Längenausdehnungskoeffizienten zwischen den Halbleiterchips 4 und dem Formharz 5 kann veranlassen, dass sich das Formharz 5 von den Lötschichten 3 und den Seitenoberflächen der Halbleiterchips 4 abzulösen beginnt.The difference in linear expansion coefficient between the semiconductor chips 4 and the molding resin 5 may cause the molding resin 5 to start peeling off from the solder layers 3 and the side surfaces of the semiconductor chips 4 .

Die vorliegende Erfindung schafft die Schutzvorrichtungen 1, die die Halbleiterchips 4 umgeben, um eine Trennung eines Formharzes von einem Wärmeverteiler zu verhindern, die durch einen Wärmezyklus verursacht wird.The present invention provides the protectors 1 surrounding the semiconductor chips 4 to prevent separation of a mold resin from a heat spreader caused by heat cycle.

Insbesondere kann ein Material, das eine polare Gruppe wie z. B. „-OH“ und „=O“ enthält und eine Biegefestigkeit und Tg (Glasübergangstemperatur von amorphem Harz) aufweist, die höher sind als jene eines Formharzes, zum Ausbilden der Schutzvorrichtungen 1 verwendet werden. Als Beispiel kann Nylon 66 (eingetragene Handelsmarke), das von DuPont Corporation erhältlich ist, als dieses Material angewendet werden. Dies bildet eine Wasserstoffbindung zwischen den Schutzvorrichtungen 1 und dem Formharz 5, um einen Haftkontakt dazwischen herzustellen, wodurch eine Abtrennung des Formharzes 5 verhindert wird.In particular, a material containing a polar group such as e.g. B. contains "-OH" and "=O" and has a flexural strength and Tg (glass transition temperature of amorphous resin) higher than those of a molding resin can be used for forming the protectors 1. As an example, Nylon 66 (registered trademark) available from DuPont Corporation can be used as this material. This forms a hydrogen bond between the protectors 1 and the molding resin 5 to make adhesive contact therebetween, thereby preventing the molding resin 5 from separating.

Insbesondere ermöglicht die Wasserstoffbindung, die zwischen den Schutzvorrichtungen 1, die aus Nylon 66 (eingetragene Handelsmarke) bestehen, und dem Formharz 5 gebildet ist, einen festen Haftkontakt dazwischen. Folglich löst sich das Formharz 5, das eng mit den Schutzvorrichtungen 1 in Kontakt steht, nicht leicht ab. Ferner sind die Schutzvorrichtungen 1 und die im Wärmeverteiler 2 ausgebildeten Schlitze SL in Anbetracht der Maßtoleranz ausgelegt. Dies ermöglicht, dass die Schutzvorrichtungen 1 dicht in die Schlitze SL eingesetzt werden, um eine Trennung der Schutzvorrichtungen 1 vom Wärmeverteiler 2 zu verhindern, so dass das Formharz nicht weiter abgelöst wird.In particular, the hydrogen bond formed between the protectors 1 made of nylon 66 (registered trademark) and the molding resin 5 enables firm adhesive contact therebetween. Consequently, the molding resin 5 closely contacting the protectors 1 does not peel off easily. Further, the protectors 1 and the slits SL formed in the heat spreader 2 are designed in consideration of the dimensional tolerance. This allows the protectors 1 to be tightly inserted into the slits SL to prevent the protectors 1 from separating from the heat spreader 2 so that the molding resin is not peeled off any further.

Als Beispiel wird die Maßtoleranz der Schlitze SL beispielsweise auf ± 0,05 mm gesetzt und die Maßtoleranz der Schutzvorrichtungen 1 wird beispielsweise auf ± 0,01 mm gesetzt. Dies veranlasst, dass die Schlitze SL geringfügig kleiner sind als die Schutzvorrichtungen 1, so dass die in die Schlitze SL eingesetzten Schutzvorrichtungen 1 nicht leicht vom Wärmeverteiler 2 getrennt werden.As an example, the dimensional tolerance of the slits SL is set to ±0.05 mm, for example, and the dimensional tolerance of the protectors 1 is set to ±0.01 mm, for example. This causes the slits SL to be slightly smaller than the protectors 1, so that the protectors 1 inserted into the slits SL are not easily separated from the heat spreader 2.

Wie mit Bezug auf 3 beschrieben, ist die Gestalt der Schutzvorrichtung 1 derart, dass die Schutzvorrichtung 1 die Kehlnahtabschnitte FL aufweist, die sich von den jeweiligen Mittelabschnitten der entgegengesetzten Seitenoberflächen des rechteckigen Hauptkörpers MB der Schutzvorrichtung 1 in Richtung der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 erstrecken. Dies verhindert zuverlässig, dass sich das Formharz 5 infolge einer Beanspruchung, die im Formharz 5 und im Wärmeverteiler 2 aufgrund eines Wärmezyklus erzeugt wird, weiter vom Wärmeverteiler 2 ablöst.As related to 3 described, the shape of the protector 1 is such that the protector 1 has the fillet portions FL extending from the respective center portions of the opposite side surfaces of the rectangular main body MB of the protector 1 toward the main surface of the heat spreader 2. This reliably prevents the molding resin 5 from further peeling off the heat spreader 2 due to a stress generated in the molding resin 5 and the heat spreader 2 due to a heat cycle.

Dieser Mechanismus wird nachstehend mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 zeigt schematisch einen Zustand, in dem sich das Formharz 5 ablöst, wobei der Wärmeverteiler 2 mit dem Formharz 5 bedeckt ist. In 4 wird ein abgelöster Teil PP an einem Teil der Grenzfläche zwischen dem Wärmeverteiler 2 und dem Formharz 5 erzeugt. Es wird angenommen, dass der abgelöste Teil PP ab dem Halbleiterchip 4 (nicht dargestellt) innerhalb der Schutzvorrichtung 1 beginnt.This mechanism is discussed below with reference to 4 described. 4 FIG. 12 schematically shows a state where the molding resin 5 peels off with the heat spreader 2 covered with the molding resin 5. FIG. In 4 a peeled part PP is generated at a part of the interface between the heat spreader 2 and the molding resin 5 . It is assumed that the detached part PP starts from the semiconductor chip 4 (not shown) inside the protection device 1 .

Die Trennung des Formharzes 5 erzeugt eine Kraft in einer Richtung, die die Schutzvorrichtung 1 seitlich nach unten schiebt, wie durch einen Pfeil in 4 gezeigt. Die Anwesenheit der Kehlnahtabschnitte FL verbessert jedoch die Haltbarkeit der Schutzvorrichtung 1 beträchtlich, um der Kraft in der seitlichen Richtung standzuhalten. Dies verhindert die Trennung der Schutzvorrichtung 1 vom Schlitz SL, so dass die Schutzvorrichtung 1 verhindert, dass sich das Formharz 5 weiter ablöst.The separation of the molding resin 5 generates a force in a direction that pushes the protector 1 sideways downward as indicated by an arrow in FIG 4 shown. However, the presence of the fillet portions FL greatly improves the durability of the protector 1 to withstand the force in the lateral direction. This prevents the protector 1 from separating from the slit SL, so that the protector 1 prevents the molding resin 5 from peeling off further.

Die Bereitstellung der Schutzvorrichtungen 1 auf dem Wärmeverteiler 2 baut ferner vorteilhafterweise die Beanspruchung ab, die aufgrund eines Wärmezyklus auf den Wärmeverteiler 2 aufgebracht wird. Insbesondere fungieren die Schutzvorrichtungen 1 mit den Kehlnahtabschnitten FL zum Verstärken des Wärmeverteilers 2, um die Beanspruchung abzubauen, so dass kein Riss in den Lötschichten 3 erzeugt wird.The provision of the protective devices 1 on the heat spreader 2 also advantageously relieves the stress caused by a Heat cycle is applied to the heat spreader 2. In particular, the protectors 1 having the fillet portions FL function to reinforce the heat spreader 2 to relax the stress so that a crack is not generated in the brazing layers 3.

Die Höhe der Schutzvorrichtung 1 auf der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 ist wünschenswerterweise dieselbe wie oder größer als ein Gesamtwert der Dicke des Halbleiterchips 4 und der Lötschicht 3. Die Höhe der Schutzvorrichtung 1 auf der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 hält auch wünschenswerterweise die Dicke des Formharzes 5 über dem oberen Ende der Schutzvorrichtung 1 auf 0,5 mm oder mehr.The height of the protector 1 on the main surface of the heat spreader 2 is desirably the same as or greater than a total value of the thickness of the semiconductor chip 4 and the solder layer 3. The height of the protector 1 on the main surface of the heat spreader 2 also desirably keeps the thickness of the molding resin 5 above the top of the guard 1 to 0.5 mm or more.

Insbesondere wird angenommen, dass ein Gesamtwert der Dicken des Halbleiterchips 5 und der Lötschicht 3 0,2 mm bis 0,45 mm ist und die Gesamtdicke des Formharzes 5 etwa 5 mm ist. Somit wird die Höhe der Schutzvorrichtung 1 auf der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 wünschenswerterweise auf etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm gesetzt.Specifically, it is assumed that a total value of the thicknesses of the semiconductor chip 5 and the solder layer 3 is 0.2 mm to 0.45 mm, and the total thickness of the molding resin 5 is about 5 mm. Thus, the height of the protector 1 on the main surface of the heat spreader 2 is desirably set to about 0.5 mm to about 1 mm.

Der Flächeninhalt der Schutzvorrichtungen 1 nimmt infolge der größeren Höhe der Schutzvorrichtungen 1 zu. Dies vergrößert die Fläche des Formharzes 5, das mit den Schutzvorrichtungen 1 in engem Kontakt steht, so dass effektiver verhindert wird, dass sich das Formharz 5 weiter ablöst. Die größere Höhe der Schutzvorrichtungen 1 verhindert auch, dass ein Riss über die Schutzvorrichtung 1 gelangt und die Halbleiterchips 4 erreicht, der durch eine Beanspruchung erzeugt wird, die auf den Wärmeverteiler 2 aufgebracht wird.The surface area of the protective devices 1 increases due to the greater height of the protective devices 1 . This increases the area of the molding resin 5 that is in close contact with the protectors 1, so that the molding resin 5 is prevented from further peeling off more effectively. The increased height of the protectors 1 also prevents a crack generated by a stress applied to the heat spreader 2 from getting over the protector 1 and reaching the semiconductor chips 4 .

Die Schutzvorrichtungen 1 sind so ausgebildet, dass sie die entsprechenden Halbleiterchips 4 umgeben. Wie mit Bezug auf 3 beschrieben, werden somit die ganzen Schutzvorrichtungen 1 unwahrscheinlich von den Schlitzen SL getrennt, selbst wenn eine seitliche Kraft aus einer Richtung auf die Schutzvorrichtungen 1 aufgebracht wird. Wenn seitliche Kräfte aus mehreren Richtungen aufgebracht werden, werden diese Kräfte gegenseitig aufgehoben. Somit werden die ganzen Schutzvorrichtungen 1 auch unwahrscheinlich von den Schlitzen SL getrennt.The protection devices 1 are formed so as to surround the corresponding semiconductor chips 4 . As related to 3 Thus, the entire protectors 1 are unlikely to be separated from the slits SL even if a lateral force is applied to the protectors 1 from one direction. When lateral forces are applied from multiple directions, these forces cancel each other out. Thus, the whole protectors 1 are also unlikely to be separated from the slots SL.

Der in 4 gezeigte abgelöste Teil PP beginnt ab dem Halbleiterchip 4 (nicht dargestellt) innerhalb der Schutzvorrichtung 1. Die Schutzvorrichtung 1 erreicht denselben Effekt, wenn der isolierte Teil PP außerhalb der Schutzvorrichtung 1 erzeugt wird.the inside 4 The detached part PP shown in FIG.

Wie bereits vorstehend beschrieben, werden die Schutzvorrichtungen 1 und die Schlitze SL, die im Wärmeverteiler 2 ausgebildet sind, in Anbetracht der Maßtoleranz entworfen. Dies ermöglicht, dass die Schutzvorrichtungen 1 dicht in die Schlitze SL eingesetzt werden. Selbst wenn die Schutzvorrichtungen 1 einfach eine rechteckige Struktur im Querschnitt ohne die Kehlnahtabschnitte FL aufweisen, werden die Schutzvorrichtungen 1 folglich unwahrscheinlich von den Schlitzen SL leicht getrennt. Somit können die Schutzvorrichtungen 1 einfach einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.As already described above, the protectors 1 and the slits SL formed in the heat spreader 2 are designed in consideration of the dimensional tolerance. This allows the protectors 1 to be tightly inserted into the slots SL. Consequently, even if the protectors 1 have a simple rectangular structure in cross section without the fillet portions FL, the protectors 1 are unlikely to be easily separated from the slits SL. Thus, the protection devices 1 can simply have a rectangular cross-section.

Die Schutzvorrichtungen 1 sind so vorgesehen, dass sie die entsprechenden Halbleiterchips 4, die auf dem Wärmeverteiler 2 angeordnet sind, umgeben. Somit erreicht die Trennung, die an einem Halbleiterchip 4 beginnt, keinen anderen Halbleiterchip 4.The protection devices 1 are provided so as to surround the respective semiconductor chips 4 placed on the heat spreader 2 . Thus, the separation that starts at one semiconductor chip 4 does not reach another semiconductor chip 4.

<Erste Modifikation der Schutzvorrichtungsgestalt><First Modification of Guard Shape>

Wie mit Bezug auf 3 beschrieben, ist die Gestalt der Schutzvorrichtung 1 im Querschnitt derart, dass die Schutzvorrichtung 1 die Kehlnahtabschnitte FL aufweist, die sich von den jeweiligen Mittelabschnitten der entgegengesetzten Seitenoberflächen des rechteckigen Hauptkörpers MB der Schutzvorrichtung 1 erstrecken. Eine Schutzvorrichtung 1A mit keilförmigen Abschnitten WE in Form von Keilen, die in 5 gezeigt ist, kann auch verwendet werden.As related to 3 described, the cross-sectional shape of the protector 1 is such that the protector 1 has the fillet portions FL extending from the respective center portions of the opposite side surfaces of the rectangular protector 1 main body MB. A protection device 1A with wedge-shaped sections WE in the form of wedges, shown in 5 shown can also be used.

Insbesondere ist die Gestalt der in 5 gezeigten Schutzvorrichtung 1A im Querschnitt derart, dass die Schutzvorrichtung 1A die keilförmigen Abschnitte WE aufweist, die sich von den jeweiligen Mittelabschnitten von entgegengesetzten Seitenoberflächen des rechteckigen Hauptkörpers MB der Schutzvorrichtung 1A in Richtung der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 erstrecken. Die keilförmigen Abschnitte WE sind an den Seitenoberflächen des Hauptkörpers MB breit und werden in Richtung ihrer Spitzenenden dünner. Die keilförmigen Abschnitte WE weisen flache Oberflächen auf, die mit dem Wärmeverteiler 2 in Kontakt stehen, und Oberflächen davon, die mit dem Wärmeverteiler 2 nicht in Kontakt stehen, sind in einem vorbestimmten Winkel geneigt.In particular, the shape of the in 5 The protector 1A shown in cross section is such that the protector 1A has the wedge-shaped portions WE extending from the respective center portions of opposite side surfaces of the rectangular main body MB of the protector 1A toward the main surface of the heat spreader 2. The wedge-shaped portions WE are wide at the side surfaces of the main body MB and become thinner toward their tip ends. The wedge-shaped portions WE have flat surfaces that are in contact with the heat spreader 2, and surfaces thereof that are not in contact with the heat spreader 2 are inclined at a predetermined angle.

Diese Gestalt mit den keilförmigen Abschnitten WE verbessert auch beträchtlich die Haltbarkeit der Schutzvorrichtung 1A, um einer Kraft in einer seitlichen Richtung standzuhalten. Folglich wird die Schutzvorrichtung 1A nicht von dem Schlitz SL getrennt, so dass verhindert wird, dass sich das Formharz 5 weiter ablöst.This shape with the wedge-shaped portions WE also significantly improves the durability of the protector 1A to withstand a force in a lateral direction. Consequently, the protector 1A is not separated from the slit SL, so that the molding resin 5 is prevented from peeling off further.

Die Kehlnahtabschnitte FL der Schutzvorrichtung 1 und die keilförmigen Abschnitte WE der Schutzvorrichtung 1A sind lediglich als Beispiele gegeben und sie begrenzen die Gestalt der Schutzvorrichtung nicht. Die Gestalt der Schutzvorrichtung kann auch derart sein, dass die Schutzvorrichtung flache Platten aufweist, die sich von den jeweiligen Mittelabschnitten von entgegengesetzten Seitenoberflächen des Hauptkörpers MB erstrecken, so dass sie die Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 erreichen, wenn eine solche Form die Haltbarkeit der Schutzvorrichtung verbessern kann, damit sie einer Kraft in einer seitlichen Richtung standhält. Das heißt, die Schutzvorrichtung kann eine beliebige Gestalt aufweisen, wenn diese Gestalt Leisten wie z. B. die Kehlnahtabschnitte FL oder die keilförmigen Abschnitte WE, die von den entgegengesetzten Seitenoberflächen des Hauptkörpers MB vorstehen, aufweist und die Oberflächen der vorstehenden Leisten teilweise mit der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 in Kontakt stehen.The fillet portions FL of the protector 1 and the wedge-shaped portions WE of the protector 1A are given only as examples and they limit the shape of the protector device not. The shape of the protector may also be such that the protector has flat plates extending from the respective central portions of opposite side surfaces of the main body MB so that they reach the main surface of the heat spreader 2, if such a shape can improve the durability of the protector to withstand a force in a lateral direction. That is, the protective device can have any shape if this shape lasts such. B. the fillet portions FL or the wedge-shaped portions WE, which protrude from the opposite side surfaces of the main body MB, and the surfaces of the protruding ridges are partially in contact with the main surface of the heat spreader 2.

<Zweite Modifikation der Schutzvorrichtungsgestalt><Second Modification of Guard Shape>

Bei der in 3 gezeigten Schutzvorrichtung 1 und der in 5 gezeigten Schutzvorrichtung 1A ist der Hauptkörper MB teilweise in den in der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 ausgebildeten Schlitz SL eingesetzt. Eine Schutzvorrichtung 1B in Haftkontakt mit der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 von oben, die in 6 gezeigt ist, kann auch verwendet werden, ist jedoch nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung.At the in 3 shown protective device 1 and in 5 As shown in the protector 1A, the main body MB is partially inserted into the slit SL formed in the main surface of the heat spreader 2 . A protector 1B in adhesive contact with the main surface of the heat spreader 2 from above, which is in 6 as shown can also be used but does not form part of the present invention.

Insbesondere ist die Gestalt der in 6 gezeigten Schutzvorrichtung 1B im Querschnitt derart, dass die Schutzvorrichtung 1B keilförmige Abschnitte WE aufweist, die sich von jeweiligen unteren Teilen der entgegengesetzten Seitenoberflächen des rechteckigen Hauptkörpers MB der Schutzvorrichtung 1B in Richtung der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 erstrecken. Die keilförmigen Abschnitte WE sind an den Seitenoberflächen des Hauptkörpers MB breit und werden in Richtung ihrer Spitzenenden dünner. Die keilförmigen Abschnitte WE weisen flache Oberflächen auf, die mit dem Wärmeverteiler 2 in Kontakt stehen, und Oberflächen davon, die mit dem Wärmeverteiler 2 nicht in Kontakt stehen, sind in einem vorbestimmten Winkel geneigt.In particular, the shape of the in 6 The protector 1B shown in cross section is such that the protector 1B has wedge-shaped portions WE extending toward the main surface of the heat spreader 2 from respective lower parts of the opposite side surfaces of the rectangular main body MB of the protector 1B. The wedge-shaped portions WE are wide at the side surfaces of the main body MB and become thinner toward their tip ends. The wedge-shaped portions WE have flat surfaces that are in contact with the heat spreader 2, and surfaces thereof that are not in contact with the heat spreader 2 are inclined at a predetermined angle.

Die jeweiligen unteren Oberflächen des Hauptkörpers MB und der keilförmigen Abschnitte WE stehen mit der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 durch eine Kontaktschicht 11 in Haftkontakt.The respective lower surfaces of the main body MB and the wedge-shaped portions WE are in adhesive contact with the main surface of the heat spreader 2 through a contact layer 11 .

Diese Form mit den keilförmigen Abschnitten WE verbessert auch die Haltbarkeit der Schutzvorrichtung 1B beträchtlich, so dass sie einer Kraft in einer seitlichen Richtung standhält. Folglich wird die Schutzvorrichtung 1B nicht verschoben oder angehoben, so dass verhindert wird, dass sich das Formharz 5 weiter ablöst.This shape with the wedge-shaped portions WE also greatly improves the durability of the protector 1B to withstand a force in a lateral direction. Consequently, the protector 1B is not displaced or lifted, so that the molding resin 5 is prevented from peeling off further.

Diese Gestalt beseitigt den Bedarf, den Schlitz SL in der Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 vorzusehen. Folglich wird ein Herstellungsprozess vereinfacht, während die Befestigung der Schutzvorrichtung 1B am Wärmeverteiler 2 erleichtert wird.This shape eliminates the need to provide the slit SL in the main surface of the heat spreader 2 . Consequently, a manufacturing process is simplified while attachment of the protector 1B to the heat spreader 2 is facilitated.

<Struktur mit mehreren Halbleiterchips und einer Schutzvorrichtung, die die Halbleiterchips umgibt><Structure with multiple semiconductor chips and a protective device surrounding the semiconductor chips>

In der mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Halbleitervorrichtung 100 sind die Schutzvorrichtungen 1 so vorgesehen, dass sie die entsprechenden Halbleiterchips 4 umgeben, die auf dem Wärmeverteiler 2 angeordnet sind. Dies vergrößert einen unwirksamen Bereich mit den Schlitzen SL auf dem Wärmeverteiler 2.In terms of 1 and 2 In the semiconductor device 100 described above, the protection devices 1 are provided so as to surround the respective semiconductor chips 4 arranged on the heat spreader 2 . This increases an ineffective area with the slits SL on the heat spreader 2.

Um den unwirksamen Bereich auf dem Wärmeverteiler 2 zu verkleinern, kann somit eine Halbleitervorrichtung 100A, die in 7 und 8 gezeigt ist, auch verwendet werden, bei der mehrere Halbleiterchips 4 von einer Schutzvorrichtung 1 umgeben sind.Thus, in order to reduce the ineffective area on the heat spreader 2, a semiconductor device 100A shown in 7 and 8th shown can also be used in which a plurality of semiconductor chips 4 are surrounded by a protective device 1.

7 ist eine Schnittansicht, die die Struktur der Halbleitervorrichtung 100A zeigt. Wie in 7 gezeigt, ist ein Schlitz SL in einer Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 ausgebildet, auf dem die Halbleiterchips 4 angeordnet sind, so dass er alle mehreren Halbleiterchips 4 umgibt. Eine Harzschutzvorrichtung 1, die teilweise in den Schlitz SL eingesetzt ist, ist auch in dieser Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 ausgebildet. Die Schutzvorrichtung 1 erstreckt sich in einer Richtung, die zur Hauptoberfläche des Wärmeverteilers 2 senkrecht ist, unter Bildung einer Wand, die die Halbleiterchips 4 umgibt. Die anderen Strukturen der Halbleitervorrichtung 100A sind dieselben wie jene der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung 100, so dass sie nicht wiederholt beschrieben werden. 7 12 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device 100A. As in 7 1, a slit SL is formed in a main surface of the heat spreader 2 on which the semiconductor chips 4 are placed so as to surround every plural semiconductor chips 4. As shown in FIG. A resin protector 1 partially inserted into the slit SL is also formed in this main surface of the heat spreader 2 . The protector 1 extends in a direction perpendicular to the main surface of the heat spreader 2 to form a wall surrounding the semiconductor chips 4 . The other structures of the semiconductor device 100A are the same as those of FIG 1 shown semiconductor device 100, so that they will not be described repeatedly.

8 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100A, bevor sie mit Harz versiegelt wird, in der Richtung der Halbleiterchips 4 betrachtet. Die Schutzvorrichtung 1 ist so vorgesehen, dass sie die mehreren Halbleiterchips 4 umgibt. Eine Schnittansicht in der Richtung der Pfeile an der Linie B-B von 8 ist in 7 gezeigt. 8th 12 is a plan view of the semiconductor device 100A before being sealed with resin, viewed in the direction of the semiconductor chips 4. FIG. The protection device 1 is provided so as to surround the plurality of semiconductor chips 4 . A sectional view in the direction of the arrows on line BB of FIG 8th is in 7 shown.

Das Minimieren des unwirksamen Bereichs kann die Leistung einer Halbleitervorrichtung verbessern und eine Größenverringerung der Halbleitervorrichtung erreichen.Minimizing the ineffective area can improve the performance of a semiconductor device and achieve size reduction of the semiconductor device.

In dieser Struktur sind alle Halbleiterchips 4 auf dem Wärmeverteiler 2 als von einer Schutzvorrichtung 1 umgeben gezeigt. Dies ist jedoch nicht das einzige Beispiel. Mehrere Halbleiterchips 4 können in mehrere Gruppen unterteilt sein und jede Gruppe kann von einer Schutzvorrichtung 1 umgeben sein.In this structure, all of the semiconductor chips 4 on the heat spreader 2 are shown as being surrounded by a protective device 1 . However, this is not the only example. Multiple semiconductor chips 4 can be divided into multiple groups and each Group may be surrounded by a guard 1.

Die Größe der Schutzvorrichtung 1 kann beliebig bestimmt werden, solange sie ermöglicht, dass die Schutzvorrichtung 1 ihre beabsichtigte Funktion zum Verhindern, dass sich das Formharz 5 weiter ablöst, erfüllt.The size of the protector 1 can be arbitrarily determined as long as it allows the protector 1 to perform its intended function of preventing the molding resin 5 from further peeling off.

Claims (6)

Halbleitervorrichtung (100, 100A), die umfasst: ein Wärmeableitungssubstrat (2); und mindestens einen Halbleiterchip (4), der durch eine Lötschicht (3) mit einer Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats verbunden ist, wobei der mindestens eine Halbleiterchip und die Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats mit einem Formharz (5) versiegelt sind, und die Halbleitervorrichtung einen Schutzvorrichtungskörper (1, 1A, 1B) umfasst, der in der Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats so ausgebildet ist, dass er einen Bereich umgibt, in dem der mindestens eine Halbleiterchip angeordnet ist, wobei der Schutzvorrichtungskörper aus einem Harzmaterial besteht, das eine polare Gruppe enthält und eine Biegefestigkeit und eine Glasübergangstemperatur aufweist, die höher sind als jene des Formharzes, wobei der Schutzvorrichtungskörper umfasst: einen Hauptkörper (MB), der sich in einer zur Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats senkrechten Richtung erstreckt; und Leisten (FL, WE), die von entgegengesetzten Seitenoberflächen des Hauptkörpers vorstehen, wobei die vorstehenden Leisten Oberflächen aufweisen, die mit der Hauptoberfläche des Wärmeableitungssubstrats in Kontakt stehen.A semiconductor device (100, 100A) comprising: a heat dissipation substrate (2); and at least one semiconductor chip (4) connected to a main surface of the heat dissipation substrate through a solder layer (3), wherein the at least one semiconductor chip and the main surface of the heat dissipation substrate are sealed with a molding resin (5), and the semiconductor device comprises a protector body (1, 1A, 1B) formed in the main surface of the heat dissipation substrate so as to surround an area where the at least one semiconductor chip is arranged, the protector body being made of a resin material containing a polar group and has a flexural strength and a glass transition temperature higher than those of the molding resin, wherein the protector body comprises: a main body (MB) extending in a direction perpendicular to the main surface of the heat dissipation substrate; and ledges (FL, WE) protruding from opposite side surfaces of the main body, the protruding ledges having surfaces in contact with the main surface of the heat dissipation substrate. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halbleiterchip mehrere Halbleiterchips umfasst und der Schutzvorrichtungskörper mehrere Schutzvorrichtungskörper umfasst, von denen jeder so vorgesehen ist, dass er einen Bereich umgibt, in dem ein entsprechender Halbleiterchip angeordnet ist.semiconductor device claim 1 , characterized in that the at least one semiconductor chip comprises a plurality of semiconductor chips and the protection device body comprises a plurality of protection device bodies, each of which is provided so as to surround an area in which a corresponding semiconductor chip is arranged. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halbleiterchip mehrere Halbleiterchips umfasst, und der Schutzvorrichtungskörper so vorgesehen ist, dass er einen Bereich umgibt, in dem die Halbleiterchips angeordnet sind.semiconductor device claim 1 , characterized in that the at least one semiconductor chip comprises a plurality of semiconductor chips, and the protector body is provided so as to surround an area where the semiconductor chips are arranged. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeableitungssubstrat einen Schlitz (SL) umfasst, der einen Bereich umgibt, in dem der mindestens eine Halbleiterchip angeordnet ist, und der Schutzvorrichtungskörper teilweise in den Schlitz eingesetzt ist.A semiconductor device according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat dissipation substrate includes a slit (SL) surrounding an area where the at least one semiconductor chip is arranged, and the protector body is partially inserted into the slit. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Schutzvorrichtungskörpers auf dem Wärmeableitungssubstrat gleich einem oder größer als ein Gesamtwert der Dicken des mindestens einen Halbleiterchips und der Lötschicht ist, wobei die Höhe des Schutzvorrichtungskörpers auf dem Wärmeableitungssubstrat außerdem derart ist, dass er die Dicke des Formharzes über dem oberen Ende des Schutzvorrichtungskörpers auf 0,5 mm oder mehr hält.Semiconductor device according to one of the preceding claims, characterized in that the height of the protection device body on the heat dissipation substrate is equal to or greater than a total value of the thicknesses of the at least one semiconductor chip and the solder layer, wherein the height of the protection device body on the heat dissipation substrate is also such that it keeps the thickness of the molding resin at 0.5 mm or more over the top of the protector body. Halbleitervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halbleiterchip aus einem Halbleiterelement mit einem Substrat konstruiert ist, das aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke besteht.A semiconductor device as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the at least one semiconductor chip is constructed of a semiconductor element having a substrate made of a wide bandgap semiconductor.
DE102011088442.4A 2011-01-17 2011-12-13 semiconductor device Active DE102011088442B4 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-006723 2011-01-17
JP2011006723A JP5653228B2 (en) 2011-01-17 2011-01-17 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011088442A1 DE102011088442A1 (en) 2012-07-19
DE102011088442B4 true DE102011088442B4 (en) 2022-06-23

Family

ID=46510351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011088442.4A Active DE102011088442B4 (en) 2011-01-17 2011-12-13 semiconductor device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5653228B2 (en)
DE (1) DE102011088442B4 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014216459A (en) * 2013-04-25 2014-11-17 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP7134345B2 (en) * 2019-05-28 2022-09-09 三菱電機株式会社 SEMICONDUCTOR MODULE, SEMICONDUCTOR MODULE MANUFACTURING METHOD AND POWER CONVERTER
DE102021211643A1 (en) 2021-10-14 2023-04-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung electronics device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59193033A (en) 1983-04-15 1984-11-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Sealing of semiconductor element
DE102004028888A1 (en) 2004-03-12 2005-09-29 Robert Bosch Gmbh Electronic component, especially regulator or micromechanical sensor element for automobiles, with gel layer of specific hardness for protecting circuitry against corrosion, temperature and vibration
DE102004047510A1 (en) 2004-09-28 2006-04-13 Infineon Technologies Ag Semiconductor device having semiconductor device components embedded in plastic package
DE102005061248A1 (en) 2005-12-20 2007-06-28 Infineon Technologies Ag Semiconductor device having semiconductor device components embedded in plastic package
JP4086774B2 (en) 2003-12-25 2008-05-14 三菱電機株式会社 Semiconductor device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0486774A (en) 1990-07-30 1992-03-19 Minolta Camera Co Ltd Toner replenishment device
JPH06163746A (en) * 1992-11-17 1994-06-10 Sanyo Electric Co Ltd Hybrid integrated circuit device
JP2010050395A (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device, and method of manufacturing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59193033A (en) 1983-04-15 1984-11-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Sealing of semiconductor element
JP4086774B2 (en) 2003-12-25 2008-05-14 三菱電機株式会社 Semiconductor device
DE102004028888A1 (en) 2004-03-12 2005-09-29 Robert Bosch Gmbh Electronic component, especially regulator or micromechanical sensor element for automobiles, with gel layer of specific hardness for protecting circuitry against corrosion, temperature and vibration
DE102004047510A1 (en) 2004-09-28 2006-04-13 Infineon Technologies Ag Semiconductor device having semiconductor device components embedded in plastic package
DE102005061248A1 (en) 2005-12-20 2007-06-28 Infineon Technologies Ag Semiconductor device having semiconductor device components embedded in plastic package

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011088442A1 (en) 2012-07-19
JP5653228B2 (en) 2015-01-14
JP2012151164A (en) 2012-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014213564B4 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
DE102014212376B4 (en) Semiconductor device
DE102013226544B4 (en) Semiconductor device
DE102009043441B4 (en) Semiconductor module
DE102011079708B4 (en) SUPPORT DEVICE, ELECTRICAL DEVICE WITH SUPPORT DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
DE102011087064A1 (en) Semiconductor device and method for its manufacture
DE10333841A1 (en) Semiconductor component in semiconductor chip size with flip-chip outer contacts and method for producing the same
WO2008014750A2 (en) Thin-film semiconductor component and component assembly
DE112018003873T5 (en) ELECTRONIC COMPONENT AND SEMICONDUCTOR DEVICE
WO2016173841A1 (en) Optoelectronic component array and method for producing a plurality of optoelectronic component arrays
DE102011088442B4 (en) semiconductor device
DE102007010883A1 (en) Power semiconductor device and method for its production
DE112016007464T5 (en) Semiconductor device
DE112014006446B4 (en) Semiconductor device
DE102014217266B4 (en) Semiconductor device
DE102015115132B4 (en) Semiconductor module with integrated pin or fin cooling structure and method for its manufacture
EP3053192B1 (en) Circuit device and method for the production thereof
DE112016007096T5 (en) Semiconductor device
DE102015215132B4 (en) Semiconductor device
DE102006059702A1 (en) Opto-electronic element has metal core plate, metal core, dielectric layer applied on metal core and electrically conductive layer applied on dielectric layer and element also has chip carrier connected with metal core plate
DE102013216003A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
DE102012208251A1 (en) Electrical contacting for semiconductors
WO2021069459A1 (en) Contact assembly for an electronic component, and method for producing an electronic component
DE102018200161B4 (en) SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SEMICONDUCTOR DEVICE
DE102007044046B4 (en) Method for internal contacting of a power semiconductor module

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0023160000

Ipc: H01L0023240000

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R130 Divisional application to

Ref document number: 102011123133

Country of ref document: DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final