DE102013218486A1 - Halbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Gemäß einer Ausführungsform weist eine Halbleitereinrichtung auf: einen Wärmeableiter; ein Halbleiterelement, das auf einer Anbringfläche des Wärmeableiters vorgesehen ist; und einen Versiegelungskörper, der den Wärmeableiter und das Halbleiterelement umhüllt, wobei eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten einer Fläche, die der Anbringflächenseite des Wärmeableiters gegenüber liegt, kleiner ist als eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten einer Anbringfläche des Wärmeableiters. Erste konkav-konvexe Elemente sind auf der Fläche des Wärmeableiters vorgesehen, die der Anbringfläche gegenüber liegt. Zweite konkav-konvexe Elemente, die größer sind als die ersten konkav-konvexen Elemente, sind auf einer Fläche des Wärmeableiters vorgesehen, welche die Fläche schneidet, die der Anbringfläche gegenüber liegt.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Hier beschriebene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen eine Halbleitereinrichtung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Wärmeableitungseigenschaften und Isolationseigenschaften werden für eine Halbleitereinrichtung, bei der ein Halbleiterelement mit einem Harz oder dergleichen versiegelt ist, häufig benötigt. Zum Beispiel werden hohe Wärmeableitungseigenschaften und elektrische Isolationseigenschaften für eine Halbleitereinrichtung benötigt, die ein Halbleiterelement, wie etwa ein Schaltelement, beispielsweise einen MOSFET (metal-oxide-semiconductor-field-effect-transistor), einen HEMT (high electron mobility transistor) und einen IGBT (insulated gate bipolar transistor), und eine zur Leistungssteuerung usw. verwendete Diode, verwendet.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
  • 2 ist eine schematische Draufsicht, die deren innere Struktur darstellt;
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Betriebsweise der Halbleitereinrichtung der Ausführungsform darstellt;
  • 4A und 4B sind Schemaansichten, die ein Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung darstellen;
  • 5 ist eine Schemaansicht, die ein Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung darstellt;
  • 6A und 6B sind Schemaansichten, die ein weiteres Herstellungsverfahren für die Halbleitereinrichtung der Ausführungsform darstellen;
  • 7 ist eine konzeptionelle Ansicht, die eine Spannungsverteilung darstellt, welche von der thermischen Kontraktion des Versiegelungskörpers herrührt;
  • 8A bis 8C sind schematische, teilweise geschnittene Ansichten, die Anordnungen der konkav-konvexen Elemente darstellen;
  • 9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
  • 10 ist eine schematische Ansicht, die ein Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung der zweiten Ausführungsform darstellt;
  • 11A und 11B sind Schemaansichten, die ein weiteres Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung der Ausführungsform darstellen; und
  • 12 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Im Allgemeinen weist eine Halbleitereinrichtung gemäß einer Ausführungsform auf: einen Wärmeableiter; ein Halbleiterelement, das auf einer Anbringfläche des Wärmeableiters vorgesehen ist; und einen Versiegelungskörper, der den Wärmeableiter und das Halbleiterelement umhüllt, wobei eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten einer Fläche, die der Anbringflächenseite des Wärmeableiters gegenüber liegt, kleiner ist als eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten der Anbringfläche des Wärmeableiters. Erste konkav-konvexe Elemente sind auf der Fläche des Wärmeableiters vorgesehen, die der Anbringflächenseite des Wärmeableiters gegenüber liegt. Zweite konkav-konvexe Elemente, die größer sind als die ersten konkav-konvexen Elemente, sind auf einer Fläche des Wärmeableiters vorgesehen, welche die Fläche schneidet, die der Anbringfläche gegenüber liegt.
  • Im Allgemeinen weist eine Halbleitereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform auf: einen Wärmeableiter; ein Halbleiterelement, das auf einer Anbringfläche des Wärmeableiters vorgesehen ist; und einen Versiegelungskörper, der den Wärmeableiter und das Halbleiterelement umhüllt, wobei eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten einer Fläche, die der Anbringflächenseite des Wärmeableiters gegenüber liegt, kleiner ist als eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten der Anbringfläche des Wärmeableiters. Der Versiegelungskörper weist einen ersten Abschnitt auf Seiten einer Fläche des Wärmeableiters, die der Anbringfläche gegenüberliegt, und einen zweiten Abschnitt auf, der zumindest einen Teil eines Abschnitts auf der Anbringflächenseite des Wärmeableiters enthält. Ein Material des zweiten Abschnitts ist von einem Material des ersten Abschnitts unterschiedlich. Eine thermische Leitfähigkeit des ersten Abschnitts ist größer als eine thermische Leitfähigkeit des zweiten Abschnitts.
  • DETAILLIERTE DARSTELLUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Verschiedene Ausführungsformen werden hernach unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
  • Die Zeichnungen sind schematische Zeichnungen oder konzeptionelle Zeichnungen, und die Beziehung zwischen den Dicken und Breiten von Abschnitten, die Proportionen der Größen der Abschnitte untereinander, usw. sind nicht notwendigerweise die Gleichen wie deren tatsächliche Werte. Ferner können die Dimensionen und Proportionen innerhalb der Zeichnungen sogar für identische Abschnitte unterschiedlich dargestellt sein.
  • In der Beschreibung dieser Anmeldung und den Zeichnungen sind Komponenten, die denen gleichen, die bezüglich einer vorherigen Zeichnung beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugszeichen markiert und eine detaillierte Beschreibung wird, wo es angebracht ist, weggelassen.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
  • 2 ist eine schematische Ansicht in der Draufsicht, die deren innere Struktur darstellt. 1 zeigt eine Endfläche eines Querschnitts, der entlang von Linie A-A in 2 getätigt ist.
  • Eine Halbleitereinrichtung 100 der Ausführungsform weist auf: einen Aufnahmeblock (Wärmeableiter) 20, Halbleiterelemente 30 und 31, die auf der Anbringfläche des Aufnahmeblocks 20 angebracht sind, Anschlüsse 40, 41 und 42, einen Draht 50, der das Halbleiterelement 30 und den Anschluss 40 elektrisch verbindet, und einen Versiegelungskörper 60, der Endabschnitte der Anschlüsse 40, 41 und 42 freilegt und die anderen Abschnitte versiegelt. In 2 ist die Außenkante des Versiegelungskörpers 60 durch eine Linie mit abwechselnd langen und zwei kurzen Strichen dargestellt.
  • Der Aufnahmeblock 20 dient dazu, die Halbleiterelemente 30 und 31 abzustützen, und ist aus einem leitfähigen Material hergestellt. Wenn ein Metall als das Material des Aufnahmeblocks 20 verwendet wird, kann die Abführung der von den Halbleiterelementen 30 und 31 freigesetzten Wärme nach außen gefördert werden. Als ein derartiges Metall können zum Beispiel Kupfer (Cu) oder eine Legierung davon und Eisen (Fe) oder eine Legierung davon vorgesehen sein. Die Halbleiterelemente 30 und 31 sind beispielsweise ein Schaltelement, eine Diode oder dergleichen. In dem Fall des in 2 dargestellten, spezifischen Beispiels, ist das Halbleiterelement 30 ein IGBT und das Halbleiterelement 31 ist eine Diode. Allerdings ist die Erfindung nicht auf dieses spezifische Beispiel begrenzt und verschiedenste Halbleiterelemente können in ähnlicher Weise verwendet werden.
  • Die Halbleiterelemente 30 und 31 sind mit dem Aufnahmeblock 20 beispielsweise durch Lötmittel verbunden. Alternativ kann in einem weiteren Sinn ein Metallmaterial als das Verbindungsmedium verwendet werden, um die Halbleiterelemente 30 und 31 mit dem Aufnahmeblock 20 zu verbinden.
  • Der Anschluss 40 (ein erster Anschluss) ist mit dem Halbleiterelement 30 durch den Draht 50 verbunden. Der Anschluss 41 (ein zweiter Anschluss) ist mit dem Aufnahmeblock 20 verbunden. Der Anschluss 42 ist mit den Halbleiterelementen 30 und 31 über eine Verbindungsschiene 52 verbunden. Beispielsweise wird der Anschluss 40 als Steuerelektrode verwendet, und die Anschlüsse 41 und 42 werden als Hauptelektroden verwendet.
  • Die Anschlüsse 40, 41 und 42 enthalten ein leitfähiges Material. Beispielsweise kann ein Metall als ein derartiges Material vorgesehen sein. Der Anschluss 40 kann dieselbe Art von Material enthalten, wie der Aufnahmeblock 20.
  • Auch der Draht 50 enthält ein leitfähiges Material. Beispielsweise kann ein Metall als ein derartiges Material vorgesehen sein. Wenn Gold (Au), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder dergleichen für den Draht 50 verwendet werden, kann ein großer Strom leicht durch den Draht 50 geleitet werden. Die Anschlüsse 40, 41 und 42 und der Draht 50 sind in der Ausführungsform nicht wesentlich.
  • Der Versiegelungskörper 60 versiegelt den Aufnahmeblock 20, die Halbleiterelemente 30 und 31, die innen gelegenen Abschnitte der Anschlüsse 40, 41 und 42 und den Draht 50. Das heißt, der Versiegelungskörper 60 ist derart vorgesehen, dass er diese Komponenten umhüllt. Beispielsweise kann ein Harz als das Material des Versiegelungskörpers 60 verwendet werden. Beispiele für das Harz umfassen ein Epoxidharz, Polyphenylensulfid (PPS), Polystyren, ein Flüssigkristallpolymer und dergleichen. Unter diesen sind ein Epoxidharz und Polyphenylensulfid insbesondere was thermische Leitfähigkeit und elektrische Isolationseigenschaften angeht hervorragend.
  • Die thermische Leitfähigkeit kann durch Zugabe eines Füllstoffs zum Versiegelungskörper 60 verbessert werden. Wenn ferner auch das Sicherstellen von Isolationseigenschaften in Betracht gezogen wird, ist das Material des Füllstoffs bevorzugt ein Isolator, und insbesondere wird ein Keramikmaterial bevorzugt verwendet. Als ein derartiges Keramikmaterial können beispielsweise Aluminiumoxid, Magnesia, Silica (SiC), Aluminiumnitrid und dergleichen vorgesehen sein. Die Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit und die Reduzierung der thermischen Spannung des Harzes sind ausgeprägt, wenn von den Vorgenannten Aluminiumoxid oder Silica als der Füllstoff zugegeben werden.
  • In der Halbleitereinrichtung 100 der Ausführungsform ist die Dicke T1 eines Abschnitts des Versiegelungskörpers 60 unterhalb des Aufnahmeblocks 20, das heißt ein Abschnitt 60a auf Seiten der Fläche des Aufnahmeblocks 20, die der Anbringfläche gegenüber liegt, kleiner als die Dicke T2 eines Abschnitts über dem Aufnahmeblock 20, das heißt ein Abschnitt 60b auf Seiten der Anbringfläche des Aufnahmeblocks 20. Indem die Dicke T1 des Abschnitts 60a auf der unteren Seite des Aufnahmeblocks 20 kleiner eingestellt wird, kann die von den Halbleiterelementen 30 und 31 zum Aufnahmeblock 20 hin freigesetzte Wärme mit niedrigem thermischen Widerstand nach unten abgeführt werden. Wenn ein Epoxidharz als das Material des Versiegelungskörpers 60 verwendet wird, und ein Aluminiumoxid oder dergleichen als der Füllstoff zugegeben ist, kann die thermische Leitfähigkeit des Versiegelungskörpers 60 auf beispielsweise ungefähr 3 W/mK bis 10 W/mK erhöht werden. Eine hohe Wärmeabführleistung kann sichergestellt werden, indem die Dicke T1 auf 1 mm oder weniger, oder weiter auf ungefähr 500 μm verdünnt wird.
  • Die Wärmeabführleistung wird in dem Maß verbessert, in dem die Dicke T1 des Versiegelungskörpers 60 dünner gemacht wird. Wenn die Dicke T1 dünn ist, tendieren allerdings die elektrischen Isolationseigenschaften und die dielektrische Durchbruchspannung dazu, sich zu verringern. Aus dieser Blickrichtung ist, wenn ein Epoxidharz als das Material des Versiegelungskörpers 60 verwendet wird, die Dicke T1 beispielsweise bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 0,1 mm bis 0,5 mm eingestellt.
  • Auf der anderen Seite ist die Dicke T2 des Abschnitts 60b des Versiegelungskörpers 60 über dem Aufnahmeblock 20 auf eine Höhe eingestellt, die notwendig ist, die Halbleiterelemente 30 und 31 und den Draht 50 zu versiegeln. Die Dicke T2 kann beispielsweise ungefähr 5 mm betragen.
  • In der Ausführungsform ist die untere Fläche 20a des Aufnahmeblocks 20 mit konkav-konvexen Elementen (erste konkav-konvexe Elemente) 21 versehen, und auch die Seitenfläche, das heißt die Fläche 20b, welche die Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der Anbringfläche des Aufnahmeblocks 20 schneidet, ist mit konkav-konvexen Elementen (zweite konkav-konvexe Elemente) 22 versehen. Die konkav-konvexen Elemente 22 sind größer als die konkav-konvexen Elemente 21. Dies wird im Detail später beschrieben.
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Verwendungsart der Halbleitereinrichtung 100 der Ausführungsform zeigt.
  • Die Halbeitereinrichtung 100 kann beispielsweise derart verwendet werden, dass sie mit einer Wärmeableitungseinrichtung 800 durch Wärmeabführfett 700 verbunden ist. In der Wärmeableitungseinrichtung 800 sind ein Wärmeabführpfad 810 und, soweit erforderlich, Wärmeabführlamellen 820 vorgesehen. Soweit erforderlich ist es einem Kühlmittel 900, wie etwa Flüssigkeit und Gas, ermöglicht, durch den Wärmeabführpfad 810 zu fließen.
  • Die Wärme, die in den Halbleiterelementen 30 und 31 erzeugt wird, wird von der unteren Fläche 20a des Aufnahmeblocks 20 über den Versiegelungskörper 60 abgegeben. Die abgegebene Wärme wird über das Wärmeabführfett 700 an die Wärmeableitungseinrichtung 800 abgeführt.
  • Durch die Ausführungsform kann die Wärmeabführeffizienz durch Verringern der Dicke 71 des Abschnitts 60a des Versiegelungskörpers 60 unter dem Aufnahmeblock verbessert werden.
  • Nachstehend ist ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinrichtung 100 der Ausführungsform beschrieben.
  • 4A und 4B und 5 sind schematische Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinrichtung 100 darstellen.
  • Wie in 4A gezeigt, ist das Halbleiterelement 30 (31) zunächst auf der Anbringfläche des Aufnahmeblocks 20 eines Anschlussrahmens 400 angebracht. Dann werden das Halbleiterelement 30 und der Anschluss 40 durch den Draht 50 miteinander verbunden. Auch das Verbinden der oben bezüglich 2 usw. beschriebenen Verbindungsschiene 52 wird soweit erforderlich ausgeführt.
  • Wie in 4B gezeigt, wird danach der Anschlussrahmen 400 in dem Hohlraum eines Formwerkzeugs 600 angeordnet. Das Formwerkzeug 600 ist beispielsweise in eine untere Form 610 und eine obere Form 620 unterteilt und kann den Anschlussrahmen 400 zwischen diesen Formen festhalten.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Anschlussrahmen 400 und dem Hohlraum des Formwerkzeugs 600 zeigt. In 5 ist die Außenkante des Hohlraums 630 des Formwerkzeugs 600 als eine aus abwechselnd langen und zwei kurzen Strichen bestehende Linie gezeigt.
  • Der Anschlussrahmen 400 weist einen Rahmen 410 auf. Die Anschlüsse 40, 41 und 42 sind durch den Rahmen 410 abgestützt.
  • In einem Zustand, in dem der Anschlussrahmen 400 auf diese Art in dem Hohlraum 630 des Formwerkzeugs 600 angeordnet ist, wird das Formwerkzeug 600 beispielsweise auf ungefähr 180°C erwärmt, und ein Harz wird von einem nichtgezeigten Einspritzanschluss (Anguss) in den Hohlraum 630 eingegeben. Das Harz wird beispielsweise durch ein Verfahren, das Transferpressen (engl. transfer molding) genannt wird, Spritzgießen oder dergleichen eingegeben und wird ausgehärtet; dadurch kann der Versiegelungskörper 60 ausgeformt werden.
  • Gewöhnlich wird ein wärmehärtendes Harz als das einzugebende Harz verwendet. Somit wird ein geschmolzenes Harz eingegeben, und dann ausgehärtet, um den Versiegelungskörper 60 auszubilden. Danach wird ein Abkühlvorgang ausgeführt, und das Werkstück wird aus dem Formwerkzeug 600 genommen.
  • Danach werden der Rahmen 410 des Anschlussrahmens 400 und die Anschlüsse 40, 41 und 42 getrennt, und die Halbleitereinrichtung 100 ist fertiggestellt.
  • 6A und 6B sind schematische Ansichten, die ein weiteres Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung 100 der Ausführungsform darstellen.
  • Das heißt, 6A und 6B zeigen ein Herstellungsverfahren, welches das Formpressverfahren (engl.: compression molding method) verwendet.
  • Bei Verwendung des Formpressverfahrens wird ein Harz 660 in granularer Form oder Pulverform im Vorhinein in den Hohlraum 630 des Formwerkzeugs 600 gegeben. Auch beim Formpressverfahren, wird gewöhnlich ein wärmehärtendes Harz verwendet.
  • Dann wird der Anschlussrahmen 400 in dem Hohlraum 630 angeordnet, und ein Erwärmungsvorgang auf beispielsweise ungefähr 180°C ausgeführt. Das Harz 660 erweicht und schmilzt, um sich in dem Hohlraum 630 auszubreiten und wird dann derart ausgehärtet, dass es den Versiegelungskörper 60 ausbildet. Danach wird ein Abkühlschritt ausgeführt, das Werkstück wird aus dem Formwerkzeug 600 genommen und der Rahmen 410 des Anschlussrahmens 400 wird getrennt, wodurch die Halbleitereinrichtung 100 fertiggestellt ist.
  • Obenstehend sind Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung 100 in Bezug auf 4A bis 6B beschrieben.
  • Wenn der Versiegelungskörper 60 ausgebildet wird, benötigen beide Verfahren beispielsweise Verfahrensschritte, des Ausführens eines Erwärmungsvorgangs auf ungefähr 180°C, um das Harz auszuhärten, und dann des Ausführens eines Abkühlvorgangs.
  • Ein Problem hierbei ist die thermische Kontraktion des Versiegelungskörpers 60 beim Abkühlvorgang.
  • Unter Rückbezug auf 1 wird eine weitere Beschreibung gegeben. Wie oben beschrieben, weist die Halbleitereinrichtung 100 eine Struktur auf, bei welcher der Aufnahmeblock 20 mit dem Versiegelungskörper 60 versiegelt ist. Die Dicke T2 des Versiegelungskörpers 60 über dem Aufnahmeblock 20 (der Abschnitt auf der Anbringflächenseite des Aufnahmeblocks 20) ist größer als die Dicke T1 des Versiegelungskörpers 60 unter dem Aufnahmeblock 20 (dem Abschnitt auf der Seite der Fläche des Aufnahmeblocks 20, die der Anbringflächenseite des Aufnahmeblocks 20 gegenüberliegt). Beispielsweise ist die Dicke T1 ungefähr 0,1 mm bis 0,5 mm, wohingegen die Dicke T2 ungefähr 5 mm beträgt. T2 kann 10 Mal mehr betragen als T1.
  • Auf der anderen Seite ist der thermische Expansionskoeffizient des Aufnahmeblocks 20 kleiner als der thermische Expansionskoeffizient des Versiegelungskörpers 60. Wenn ein Epoxidharz für den Versiegelungskörper 60 verwendet wird, ist der lineare Expansionskoeffizient davon beispielsweise ungefähr 40 × 10–6/°C bis 80 × 10–6/°C. Wenn Kupfer (Cu) für den Aufnahmeblock 20 verwendet wird, ist der lineare Expansionskoeffizient davon im Gegensatz dazu ungefähr so gering wie 16,8 × 10–6/°C.
  • Wenn die Ausdehnungskoeffizienten des Versiegelungskörpers 60 und des Aufnahmeblocks 20 ungefähr gleich sind, können sich beide als Gesamtheit nahezu gleichmäßig thermisch ausdehnen oder thermisch zusammenziehen. Wenn allerdings der Aufnahmeblock 20 einen kleineren Expansionskoeffizienten als der Versiegelungskörper 60 aufweist, tritt ein Ungleichgewicht in der thermischen Kontraktion des Versiegelungskörpers 60 auf. Mit anderen Worten ist das thermische Kontraktionsverhalten des Versiegelungskörpers 60 auf den Abschnitt 60b auf der oberen Seite des Aufnahmeblocks 20 und den Abschnitt 60a auf der unteren Seite aufgeteilt.
  • 7 ist eine konzeptionelle Ansicht, die eine Spannungsverteilung zeigt, welche von der thermischen Kontraktion des Versiegelungskörpers 60 herrührt.
  • Wie oben beschrieben, ist die Dicke T2 des Abschnitts 60b über dem Aufnahmeblock 20 des Versiegelungskörpers 60 sehr viel größer als die Dicke T1 des Abschnitts 60a unter dem Aufnahmeblock 20. Mit anderen Worten ist das Fassungsvermögen (Volumen) des Abschnitts 60b des Versiegelungskörpers 60 über dem Aufnahmeblock 20 größer, als das Fassungsvermögen (Volumen) des Abschnitts 60a unter dem Aufnahmeblock 20. Im Ergebnis ist bezüglich der Spannung, welche von der thermischen Kontraktion des Versiegelungskörpers 60 herrührt, die Spannung F2 im Abschnitt 60b über dem Aufnahmeblock 20 größer als die Spannung F1 in dem Abschnitt 60a unter dem Aufnahmeblock 20.
  • Da die thermische Kontraktion des Aufnahmeblocks 20 kleiner ist als die des Versiegelungskörpers 60 kann sich der Abschnitt 60b über dem Aufnahmeblock 20 nicht zusammen mit dem Aufnahmeblock 20 zusammenziehen. Als ein Ergebnis ist eine Zugspannung F3 auf den Abschnitt 60a unter dem Aufnahmeblock 20 aufgebracht.
  • Da die Dicke T1 des Abschnitts 60a unter dem Aufnahmeblock 20 klein ist, kann ein Defekt 60c, wie etwa ein Bruch, ein Sprung und ein Abschälen, in dem dünnen Abschnitt 60a auftreten, wenn eine derartige Zugspannung F3 zusätzlich zu der durch das Kühlen bereits erzeugten Kompressionsspannung F2 weiter aufgebracht wird.
  • Das Problem der oben beschriebenen thermischen Kontraktion kann in ähnlicher Weise nicht nur bei der Herstellung der Halbleitereinrichtung 100 auftreten, sondern auch beim Abkühlen, das einem Temperaturanstieg der zur Leistungssteuerung usw. verwendeten Halbleitereinrichtung 100 folgt.
  • Im Gegensatz dazu sind in der Ausführungsform die konkav-konvexen Elemente 22 auf der Seitenfläche des Aufnahmeblocks 20 vorgesehen, das heißt, die Fläche 20b, welche die Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der Anbringfläche des Aufnahmeblocks 20 schneidet. Die konkav-konvexen Elemente 22 sind größer als die konkav-konvexen Elemente 21 der unteren Fläche 20a des Aufnahmeblocks 20. Dadurch, dass die konkav-konvexen Elemente 22 derart vorgesehen sind, kann das Harz des Versiegelungskörpers 60 an seiner Position fixiert werden, und die Zugspannung F3 kann unterdrückt werden. Dadurch dass die konkav-konvexen Elemente 22 vorgesehen sind, kann mit anderen Worten die Verschiebung oder Bewegung des Harzes des Versiegelungskörpers 60 an der Seitenfläche 20b des Aufnahmeblocks 20 unterdrückt werden. Folglich kann die Aufbringung der Zugspannung F3 auf den Abschnitt 60a auf der unteren Seite des Aufnahmeblocks 20 des Versiegelungskörpers 60 unterdrückt werden, und die Entstehung des Defekts 60c im dünnen Abschnitt 60a kann verhindert werden.
  • Die konkav-konvexen Elemente 22, die auf der Seitenfläche 20b des Aufnahmeblocks 20 vorgesehen sind, sind zu einem gewissen Grad groß ausgebildet, da dadurch die Wirkung des Fixierens des Harzes des Versiegelungskörpers 60 erhöht wird. Bezüglich der Größe der konkav-konvexen Elemente 22 ist die Oberflächenrauheit Ra der konkav-konvexen Elemente 22 beispielsweise bevorzugt das 10 fache oder mehr der Ra der konkav-konvexen Elemente 21 der unteren Fläche 20a. Die Tiefe der konkav-konvexen Elemente 22 kann beispielsweise ungefähr 1 mm sein.
  • Die Anordnung der konkav-konvexen Elemente 22 muss die Spannung F3, die an der Seitenfläche 20b nach oben aufgebracht ist, unterdrücken. Daher ist es bevorzugt, auch die Formen der konkav-konvexen Elemente 22 geeignet zu gestallten.
  • 8A bis 8C sind schematische, teilweise geschnittene Ansichten, die Formen der konkav-konvexen Elemente 22 zeigen.
  • Die konkav-konvexen Elemente 22 können auf der Seitenfläche 20b des Aufnahmeblocks 20, wie in 8A gezeigt, beispielsweise eine im Wesentlichen senkrechte Anordnung von Einschnitten aufweisen. Hier ist der Winkel θ zwischen der oberen Wandfläche des konkaven Abschnitts und der Seitenfläche 20b beispielsweise 90°.
  • In der Ausführungsform ist es nötig, die Spannung F3, die entlang der Seitenfläche 20b des Aufnahmeblocks 20 nach oben aufgebracht ist, zu unterdrücken. Daher kann, wenn der Winkel zwischen der oberen Seitenfläche des konkaven Abschnitts und der Seitenfläche 20b klein gemacht wird, das Harz aufgefangen und fixiert werden, und die Bewegung in der Richtung der Spannung F3 kann unterdrückt werden.
  • Wie in 8B gezeigt, ist der Winkel θ zwischen der oberen Wandfläche des konkaven Abschnitts und der Seitenfläche 20b ungefähr 90°, und die untere Wandfläche des konkaven Abschnitts kann eine leicht geneigte Fläche sein.
  • Wie in 8C gezeigt, ist, wenn der Winkel θ zwischen der oberen Wandfläche des konkaven Abschnitts und der Seitenfläche 20b auf einen Spitzenwinkel kleiner als 90° eingestellt ist, die Wirkung hinsichtlich des Verhinderns der Bewegung und des Verschiebens des Harzes in der Richtung der Spannung F3 weiter erhöht.
  • Die Anordnung der konkav-konvexen Elemente 22 weist bevorzugt einen Abschnitt auf, der sich in einer Richtung parallel zur unteren Fläche 20a des Aufnahmeblocks 20 erstreckt. Als ein Beispiel der Anordnung der konkav-konvexen Elemente 22 kann ein Einschnitt gegeben werden, der sich in die horizontale Richtung (die Y-Richtung von 1 und 8A bis 8C) erstreckt. Die konkav-konvexen Elemente 22 erstrecken sich in einer Anordnung der Einschnitte beispielsweise in einer Richtung parallel zum Aufnahmeblock 20. Ein derartiger Einschnitt kann in der Y-Richtung diskontinuierlich sein. Alternativ kann die Anordnung der konkav-konvexen Elemente 22 eine stellenweise Anordnung oder eine punktuelle Anordnung sein.
  • Wie oben beschrieben, kann durch die Ausführungsform die Wärmeabführleistung verbessert werden, indem die Dicke des Abschnitts 60a auf der unteren Seite des Aufnahmeblocks 20 des Versiegelungskörpers 60 dünner ausgeführt ist, als die Dicke des Abschnitts 60b auf der oberen Seite. Weiterhin kann der Defekt 60c des Versiegelungskörpers 60, welcher von thermischer Kontraktion herrührt, dadurch reduziert werden, dass die konkav-konvexen Elemente 22, welche auf der Seitenfläche 20b des Aufnahmeblocks 20 vorgesehen sind, größer gemacht werden, als die konkav-konvexen Elemente 21, die an der unteren Fläche 20a vorgesehen sind.
  • Folglich kann eine Halbleitereinrichtung 100 bereitgestellt werden, die mit hoher Ausbeute stabil hergestellt werden kann, und mit hoher Zuverlässigkeit stabil zu arbeiten vermag, sogar wenn sie während wiederholtem Erwärmen und Abkühlen verwendet wird.
  • Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • 9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • In der Halbleitereinrichtung 200 weist der Versiegelungskörper 60 einen ersten Abschnitt 62 und einen zweiten Abschnitt 63 auf. Der erste Abschnitt 62 enthält einen Abschnitt auf der unteren Seite des Aufnahmeblocks 20, das heißt der Abschnitt 60a auf der Seite der Fläche des Aufnahmeblocks 20, die der Anbringflächenseite gegenüber liegt. Der zweite Abschnitt 63 enthält einen Abschnitt auf der oberen Seite des Aufnahmeblocks 20, das heißt zumindest einen Teil des Abschnitts 60b auf der Anbringflächenseite des Aufnahmeblocks 20. Das Material des ersten Abschnitts 62 und das Material des zweiten Abschnitts 63 sind unterschiedlich. In der Beschreibung dieser Anmeldung, beinhaltet der Begriff „unterschiedliches Material” den Fall, bei dem zum Beispiel die Zusammensetzung oder die Klebstoffmenge unterschiedlich sind. Daher fallen beispielsweise Materialien, bei denen ein Füllstoff zu einem Epoxidharz jeweils mit unterschiedlichen Konzentrationen zugegeben wurde, unter „unterschiedliche Materialien”.
  • Die Wärmeabführwirkung kann durch Verwendung eines Materials mit guter thermischer Leitfähigkeit als das Material des ersten Abschnitts 62 erhöht werden. In diesem Fall wird, wenn ein weniger teures Material als das Material des zweiten Abschnitts 63 verwendet wird, eine Halbleitereinrichtung 200 mit hoher Wärmeableitung erreicht, während Kosten reduziert sind. Als ein Beispiel kann eine Struktur verwendet werden, bei welcher der Prozentsatz enthaltener Füllstoffe, welche die thermische Leitfähigkeit des Harzes erhöhen, in dem ersten Abschnitt 62 hoch und in dem zweiten Abschnitt 63 niedrig ist. Alternativ kann ein Harz mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit und hohen Kosten für den ersten Abschnitt verwendet werden, und ein Harz mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit und geringen Kosten kann für den zweiten Abschnitt verwendet werden.
  • Auf der anderen Seite können in der Ausführungsform die linearen Expansionskoeffizienten des ersten Abschnitts 62 und des zweiten Abschnitts 63 variiert werden. Das heißt, wenn ein Harz, das einen geringeren linearen Expansionskoeffizienten als der erste Abschnitt 62 aufweist, als das Material des zweiten Abschnitts 63 verwendet wird, kann die Entstehung der oben in Bezug auf 7 beschriebenen Spannung F3 verringert werden. Folglich kann die Entstehung des Defekts 60c in dem Abschnitt 60a auf der unteren Seite des Aufnahmeblocks 20 unterdrückt werden. In diesem Fall gibt es einen Fall, in dem es nicht notwendig ist, die konkav-konvexen Elemente 21 und 22 des Aufnahmeblocks 20, die oben in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden, vorzusehen.
  • 10 ist eine Schemaansicht, die ein Herstellungsverfahren der Halbleitereinrichtung 200 der Ausführungsform zeigt.
  • Die Halbleitereinrichtung 200 der Ausführungsform kann durch Doppelausformen (engl.: double molding) hergestellt werden.
  • Insbesondere wird beispielsweise der Anschlussrahmen 400 in dem Formwerkzeug 600 angeordnet, ein Harz 670 wird von einem Einspritzanschluss (Anguss), welcher an der unteren Form 610 vorgesehen ist, eingespritzt, und ein Harz 680 wird von einem Einspritzanschluss (Anguss), der in der oberen Form 620 vorgesehen ist, eingespritzt. Eines der Harze 670 und 680 wird vorher eingespritzt und ausgehärtet und das andere Harz wird später eingespritzt und ausgehärtet. Das Harz 670 bildet den ersten Abschnitt 62 des Versiegelungskörpers 60 aus und das Harz 680 bildet den zweiten Abschnitt 63 aus.
  • 11A und 11B sind Schemaansichten, die ein Herstellungsverfahren zeigen, welches das Formpressverfahren verwendet.
  • In dem Fall, in dem das Formpressverfahren verwendet wird, werden das Harz 670 und das Harz 680 in einer granularen oder Pulverform im Vorhinein in den Hohlraum 630 des Formwerkzeugs 600 eingegeben. Das Harz 670 wird bezüglich des Anschlussrahmens 400 in die untere Seite eingegeben, und das Harz 680 wird bezüglich des Anschlussrahmens 400 in die obere Seite eingegeben.
  • Dann wird in einem Zustand, in dem der Anschlussrahmen 400 in dem Hohlraum 630 angeordnet ist, ein Erwärmungsvorgang auf zum Beispiel 180°C ausgeführt. Das Harz 670 und das Harz 680 werden erweicht und geschmolzen und werden dann ausgehärtet, um den Versiegelungskörper 60 auszubilden. Zu diesem Zeitpunkt bildet das Harz 670 den ersten Abschnitt 62 und das Harz 680 bildet den zweiten Abschnitt 63.
  • Danach wird ein Abkühlvorgang ausgeführt, das Werkstück wird aus der Form 600 genommen und der Rahmen 410 des Anschlussrahmens 400 wird abgetrennt, wodurch die Halbleitereinrichtung 100 fertiggestellt ist.
  • Durch Verfahren, wie die oben beschriebenen, kann die Halbleitereinrichtung 200 der zweiten Ausführungsform hergestellt werden.
  • Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • 12 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Halbleitereinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
  • Die Ausführungsform ist eine Kombination der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform. Das heißt, eine Halbleitereinrichtung 300 weist jeweils die konkav-konvexen Elemente 21 und 22 auf der unteren Fläche 20a und der Seitenfläche 20b des Aufnahmeblocks 20 auf. Ähnlich zur zweiten Ausführungsform weist der Versiegelungskörper 60 den ersten Abschnitt 62 und den zweiten Abschnitt 63 auf. Der erste Abschnitt 62 enthält den Abschnitt 60a auf der unteren Seite des Aufnahmeblocks 20. Der zweite Abschnitt 63 enthält zumindest einen Teil des Abschnitts 60b auf der oberen Seite des Aufnahmeblocks 20.
  • Durch die Ausführungsform kann die Wärmeableitungsleistung verbessert werden, indem die Dicke des Abschnitts 60a des Versiegelungskörpers 60 auf der unteren Seite des Aufnahmeblocks 20 auf einen dünneren Wert eingestellt wird, als die Dicke des Abschnitts 60b auf der oberen Seite. Darüber hinaus kann der Defekt 60c des Versiegelungskörpers 60, der von thermischer Kontraktion herrührt, unterdrückt werden, indem die auf der Seitenfläche 20b des Aufnahmeblocks 20 vorgesehenen, konkav-konvexen Elemente 22 größer gemacht werden als die konkav-konvexen Elemente 21, die auf der unteren Fläche 20a vorgesehen sind.
  • Darüber hinaus kann die Wärmeableitungswirkung durch Verwenden eines Materials mit guter thermischer Leitfähigkeit als Material für den ersten Abschnitt 62 verbessert werden. In diesem Fall, wenn ein weniger teures Material als Material für den zweiten Abschnitt 63 verwendet wird, wird eine Halbleitereinrichtung 200 mit einer hohen Wärmeableitungswirkung erhalten, während Kosten reduziert sind.
  • Auf der anderen Seite kann, wenn ein Harz mit einem geringeren linearen Expansionskoeffizienten als der erste Abschnitt 62 als das Material für den zweiten Abschnitt 63 verwendet wird, das Auftreten der Zugspannung F3 (7), die bei Abkühlen aufgebracht wird, vermindert werden. Folglich kann, durch Kombination mit der Wirkung der konkav-konvexen Elemente 22 auf der Seitenfläche 20b des Aufnahmeblocks 20, die Entstehung des Defekts 60c in dem Abschnitt 60a auf der unteren Seite des Aufnahmeblocks 20 sicherer unterdrückt werden.
  • In der Beschreibung der Anmeldung beziehen sich „senkrecht” und „parallel” nicht nur auf streng senkrecht und streng parallel, sondern schließen beispielsweise die Varianzen durch Herstellungsverfahren usw. ein. Es ist ausreichend, im Wesentlichen senkrecht und im Wesentlichen parallel zu sein.
  • Voranstehend wurden Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf spezifische Beispiele beschrieben. Allerdings sind die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf diese spezifischen Beispiele begrenzt. Zum Beispiel kann der Fachmann die Erfindung in ähnlicher Weise ausführen, indem er spezifische Anordnungen von Komponenten, die in herkömmlichen Halbleitereinrichtungen enthalten sind, geeignet auswählt. Eine derartige Vorgehensweise ist in dem Rahmen der Erfindung in dem Maße eingeschlossen, in dem ähnliche Wirkungen erzielt werden.
  • Ferner können zwei oder mehr Komponenten der spezifischen Beispiele innerhalb des Rahmens des technisch Machbaren kombiniert werden, und sind im Rahmen der Erfindung in dem Maße eingeschlossen, in dem der Inhalt der Erfindung enthalten ist.
  • Darüber hinaus sind alle Halbleitereinrichtungen, die durch eine geeignete Abwandlung in der Ausgestaltung, basierend auf den Halbleitereinrichtungen, die oben als Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, durch den Fachmann realisierbar sind, ebenfalls innerhalb des Rahmens der Erfindung in dem Maße eingeschlossen, in dem der Grundgedanke der Erfindung eingeschlossen ist.
  • Verschiedenste andere Variationen und Abwandlungen können durch den Fachmann innerhalb des Grundgedankens der Erfindung ersonnen werden, und es versteht sich, dass derartige Variation und Abwandlungen ebenfalls innerhalb des Rahmens der Erfindung eingeschlossen sind.
  • Während gewisse Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiele dargestellt und sind nicht dazu gedacht, den Rahmen der Erfindung einzuschränken. Tatsächlich können die neuen Ausführungsformen, die hier beschrieben wurden, in einer Vielzahl von anderen Formen ausgeführt werden. Darüber hinaus können verschiedenste Weglassungen, Ersetzungen und Abänderungen in der Ausgestaltung der Ausführungsformen, die hier beschrieben wurden, vollzogen werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Entsprechungen sind dazu gedacht, diese Ausgestaltungen oder Abwandlungen, wenn sie innerhalb des Rahmens und des Grundgedankens der Erfindung fallen, abzudecken.

Claims (20)

  1. Halbleitereinrichtung mit: einem Wärmeableiter; einem Halbleiterelement, das auf einer Anbringfläche des Wärmeableiters vorgesehen ist; und einem Versiegelungskörper, der den Wärmeableiter und das Halbleiterelement umhüllt, wobei eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten einer Fläche des Wärmeableiters, die der Anbringfläche gegenüber liegt, kleiner ist als eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten der Anbringfläche des Wärmeableiters, wobei erste konkav-konvexe Elemente auf der Fläche des Wärmeableiters vorgesehen sind, die der Anbringfläche gegenüber liegt, und zweite konkav-konvexe Elemente, die größer sind als die ersten konkav-konvexen Elemente, auf einer Fläche des Wärmeableiters vorgesehen sind, welche die Fläche schneidet, die der Anbringfläche gegenüber liegt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Oberflächenrauheit der mit den zweiten konkav-konvexen Elementen versehenen Fläche des Wärmeableiters größer ist als eine Oberflächenrauheit der mit den ersten konkav-konvexen Elementen versehenen Fläche.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der ein linearer Expansionskoeffizient des Versiegelungskörpers größer ist als ein linearer Expansionskoeffizient des Wärmeableiters.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der Versiegelungskörper ein Harz und einen Füllstoff aus einem Keramikmaterial enthält.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, bei welcher der Versiegelungskörper einen ersten Abschnitt, auf Seiten einer Fläche des Wärmeableiters, die der Anbringflächenseite gegenüber liegt, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der zumindest einen Teil eines Abschnitts auf Seiten der Anbringfläche des Wärmeableiters enthält, und ein Material des zweiten Abschnitts von einem Material des ersten Abschnitts unterschiedlich ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, wobei eine thermische Leitfähigkeit des ersten Abschnitts höher ist, als eine thermische Leitfähigkeit des zweiten Abschnitts.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Fläche des Versiegelungskörpers auf einer zur Anbringfläche gegenüberliegenden Seite in thermischem Kontakt mit einer Wärmeableitungseinrichtung ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 6, bei der ein Prozentwert des in dem ersten Abschnitt enthaltenen Füllstoffs größer ist als ein Prozentwert des in dem zweiten Abschnitt enthaltenen Füllstoffs.
  9. Einrichtung nach Anspruch 6, bei der ein linearer Expansionskoeffizient des zweiten Abschnitts kleiner ist als ein linearer Expansionskoeffizient des ersten Abschnitts.
  10. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten einer Fläche des Wärmeableiters, die der Anbringflächenseite gegenüberliegt, nicht weniger als 0,1 mm und nicht mehr als 0,5 mm beträgt.
  11. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der eine Oberflächenrauheit der mit den zweiten konkav-konvexen Elementen versehenen Fläche des Wärmeableiters das 10 fache oder mehr einer Oberflächenrauheit der mit den ersten konkav-konvexen Elementen versehenen Fläche ist.
  12. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die zweiten konkav-konvexen Elemente in einer Anordnung von Einschnitten vorliegen, die sich in einer Richtung parallel zur Anbringfläche erstreckt.
  13. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Winkel zwischen der schneidenden Seitenfläche und einer oberen Wandfläche eines konkaven Abschnitts der zweiten konkav-konvexen Elemente kleiner als 90° ist.
  14. Einrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem ersten Anschluss, der elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist; und einem zweiten Anschluss, der elektrisch mit dem Wärmeableiter verbunden ist.
  15. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der ein linearer Expansionskoeffizient des Versiegelungskörpers größer ist als ein linearer Expansionskoeffizient des Wärmeableiters.
  16. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Versiegelungskörper ein Harz und einen Füllstoff aus einem Keramikmaterial enthält.
  17. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Versiegelungskörper einen ersten Abschnitt, auf Seiten einer Fläche des Wärmeableiters, die der Anbringfläche gegenüberliegt, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der zumindest einen Teil eines Abschnitts auf Seiten der Anbringfläche des Wärmeableiters enthält, und ein Material des zweiten Abschnitts von einem Material des ersten Abschnitts unterschiedlich ist.
  18. Einrichtung nach Anspruch 17, bei der eine thermische Leitfähigkeit des ersten Abschnitts höher ist, als eine thermische Leitfähigkeit des zweiten Abschnitts.
  19. Einrichtung nach Anspruch 1, die derart verwendbar ist, dass eine Fläche des Versiegelungskörpers auf einer zur Anbringfläche gegenüberliegenden Seite in thermischem Kontakt mit Wärmeableitungsvorrichtungen ist.
  20. Halbleitereinrichtung mit: einem Wärmeableiter; einem Halbleiterelement, das auf einer Anbringfläche des Wärmeableiters vorgesehen ist; und einem Versiegelungskörper, der den Wärmeableiter und das Halbleiterelement umhüllt, wobei eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf Seiten einer Fläche des Wärmeableiters, die der Anbringfläche gegenüber liegt, kleiner ist als eine Dicke eines Abschnitts des Versiegelungskörpers auf der Anbringflächenseite des Wärmeableiters, wobei der Versiegelungskörper einen ersten Abschnitt, auf Seiten einer Fläche des Wärmeableiters, die der Anbringfläche gegenüber liegt, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der zumindest einen Teil eines Abschnitts auf Seiten der Anbringfläche des Wärmeableiters aufweist, ein Material des zweiten Abschnitts von einem Material des ersten Abschnitts unterschiedlich ist, und eine thermische Leitfähigkeit des ersten Abschnitts höher ist, als eine thermische Leitfähigkeit des zweiten Abschnitts.
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