DE102015103885B4 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Halbleitervorrichtung (10) mit:einem Halbleitersubstrat (20);einem Hartlötmaterial (64), das an das Halbleitersubstrat (20) gebondet ist;einem mit dem Halbleitersubstrat (20) über das Hartlötmaterial (64) verbundenen Wärmeableiter (50) mit einem vorspringenden Abschnitt (54), der außerhalb eines Bereichs ausgebildet ist, in dem der Wärmeableiter (50) über das Hartlötmaterial (64) mit dem Halbleitersubstrat (20) verbunden ist, wobei der vorspringende Abschnitt (54) mit dem Hartlötmaterial (64) in Berührung ist; undeinem Harz (70), das das Halbleitersubstrat (20), das Hartlötmaterial (64) und den vorspringenden Abschnitt (54) abdichtet, gekennzeichnet durcheinen Abstandhalterblock (40) der zwischen dem Wärmeableiter (50) und dem Hartlötmaterial (64) angeordnet ist, wobeider Wärmeableiter (50) mit dem Halbleitersubstrat (20) über den Abstandhalterblock (40) und das Hartlötmaterial (64) verbunden ist, undder vorspringende Abschnitt (54) das Hartlötmaterial (64) und den Abstandhalterblock (40) berührt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung gemäß dem Anspruch 1, wobei die Merkmale des Oberbegriffs aus der Druckschrift JP 2002 - 270 736 A bekannt sind, und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung.
  • Die Druckschrift JP 2006 - 165534 A offenbart eine Halbleitervorrichtung. In der Halbleitervorrichtung ist die untere Oberfläche eines Halbleiterchips an einen unteren Wärmeableiter gelötet. Die obere Oberfläche des Halbleiterchips ist an einen oberen Wärmeableiter gelötet. Der Halbleiterchip und die Lötungen sind mit einem Formharz abgedichtet.
  • Es ist erwünscht, die Wärmeableitung der in der Druckschrift JP 2006 - 165534 A beschriebenen Halbleitervorrichtung, in der ein Halbleitersubstrat an einem Wärmeableiter gelötet ist, weiter zu verbessern, und es ist die Aufgabe der Erfindung, eine solche Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform wird gemäß dem abhängigen Anspruch 3 ausgeführt.
  • Eine in dieser Beschreibung offenbarte Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleitersubstrat, ein Hartlötmaterial, einen Wärmeableiter und ein Harz. Das Hartlötmaterial ist an das Halbleitersubstrat gebondet. Der Wärmeableiter ist über das Hartlötmaterial mit dem Halbleitersubstrat verbunden und hat einen vorspringenden Abschnitt, der außerhalb eines Bereichs ausgebildet ist, in dem der Wärmeableiter über das Hartlötmaterial mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist. Der vorspringende Abschnitt berührt das Hartlötmaterial. Das Harz dichtet das Halbleitersubstrat, das Hartlötmaterial und den vorspringenden Abschnitt ab.
  • In der Halbleitervorrichtung wird eine durch das Halbleitersubstrat erzeugte Wärme durch das Hartlötmaterial zu dem Wärmeableiter übertragen. Da der vorspringende Abschnitt mit dem Hartlötmaterial in Berührung ist, wird die Wärme ebenfalls über den vorspringenden Abschnitt von dem Hartlötmaterial zu dem Wärmeableiter übertragen. Auf diese Weise ist in der Halbleitervorrichtung ein Pfad, durch den die Wärme von dem Halbleitersubstrat zu dem Wärmeableiter übertragen wird, breit ausgebildet. Somit kann gemäß der Halbleitervorrichtung die Temperatur des Halbleitersubstrats bevorzugter gehindert werden, weiter anzusteigen.
  • Darüber hinaus offenbart diese Beschreibung ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung. Das Verfahren umfasst Formen eines halbfertigen Erzeugnisses mit Harz. Das halbfertige Erzeugnis umfasst eine Halbleitersubstrat, ein Hartlötmaterial, das an das Halbleitersubstrat gebondet ist, und einen Wärmeableiter, der mit dem Halbleitersubstrat über das Hartlötmaterial verbunden ist. Der Wärmeableiter hat einen vorspringenden Abschnitt, der außerhalb eines Bereichs ausgebildet ist, in dem der Wärmeableiter mit dem Halbleitersubstrat über das Hartlötmaterial verbunden ist. Das Halbleitersubstrat, das Hartlötmaterial und der vorspringende Abschnitt werden in dem Formen mit dem Harz abgedichtet. Der vorspringende Abschnitt wird in dem Formen aufgrund eines Drucks des Harzes geneigt, um das Hartlötmaterial zu berühren. Gemäß dem Verfahren kann eine Halbleitervorrichtung hergestellt werden, in der das Halbleitersubstrat einen breiten Wärmestrahlungspfad aufweist.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Längsschnittansicht einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform;
    • 2 ist eine Ansicht zum Erläutern von Herstellungsschritten der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform;
    • 3 ist eine Ansicht zum Erläutern von Herstellungsschritten der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform; und
    • 4 ist eine Längsschnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation.
  • Eine Halbleitervorrichtung 10 gemäß einer in 1 gezeigten Ausführungsform weist ein Halbleitersubstrat 20, einen unteren Wärmeableiter 30, einen Abstandhalterblock 40, einen oberen Wärmeableiter 50 und eine Harzschicht 70 auf.
  • Das Halbleitersubstrat 20 weist eine Halbleiterschicht, eine an der unteren Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildete untere Elektrode (nicht gezeigt) und eine an der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildete obere Elektrode (nicht gezeigt) auf. Die untere Elektrode ist in einer gesamten Fläche der unteren Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet. Die obere Elektrode ist an einem Mittelabschnitt der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet. Noch genauer ist die Fläche der oberen Elektrode kleiner als die Fläche der oberen Oberfläche der Halbleiterschicht.
  • Der untere Wärmeableiter 30 ist an einer Unterseite des Halbleiterträgers 20 angeordnet. Der untere Wärmeableiter 30 ist aus einem Metall wie z.B. Kupfer hergestellt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der untere Wärmeableiter 30 ist mit der unteren Elektrode des Halbleitersubstrats 20 mit einer Lötschicht 62 (d.h. einem Hartlötmaterial) verbunden. Noch genauer ist die Lötschicht 62 an die untere Elektrode des Halbleitersubstrats 20 gebondet und an die obere Oberfläche des unteren Wärmeableiters 30 gebondet.
  • Der Abstandhalterblock 40 ist an der oberen Seite des Halbleitersubstrats 20 angeordnet. Der Abstandhalterblock 40 ist aus einem Metall wie z.B. Kupfer ausgebildet, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Abstandhalterblock 40 ist mit der oberen Elektrode des Halbleitersubstrats 20 mit einer Lötschicht 64 verbunden. Noch genauer ist die Lötschicht 64 an die obere Elektrode des Halbleitersubstrats 20 gebondet und an die untere Oberfläche des Abstandhalterblocks 40 gebondet.
  • Der obere Wärmeableiter 50 ist an der oberen Seite des Abstandhalterblocks 40 angeordnet. Der obere Wärmeableiter 50 ist aus einem Metall wie z.B. Kupfer hergestellt, das eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Der obere Wärmeableiter 50 weist einen Hauptkörper 52 und zwei vorspringende Abschnitte 54 auf. Die zwei vorspringenden Abschnitt 54 ragen von einer unteren Oberfläche 52a des Hauptkörpers 52 nach unten vor. An der unteren Oberfläche 52a dient ein durch die zwei vorspringenden Abschnitte 54 umfasster Bereich als Montageoberfläche 56, um den Abstandhalterblock 40 daran zu befestigen. Die Montageoberfläche 56 ist mit einer Lötschicht 66 mit der oberen Oberfläche des Abstandhalterblocks 40 verbunden. Noch genauer ist die Lötschicht 66 und die obere Oberfläche des Abstandhalterblocks 40 gebondet und an der Montageoberfläche 56 des oberen Wärmeableiters 50 gebondet. Jeder der vorspringenden Abschnitte 54 ist zu dem Abstandhalterblock 40 hin geneigt. Das distale Ende von jedem vorspringenden Abschnitt 54 ist mit der Lötschicht 64 und dem Abstandhalterblock 40 in Berührung. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 20 zusätzlich zu der voranstehend beschriebenen oberen Elektrode eine Signalseingangs-/Ausgangselektrode (nicht gezeigt) ausgebildet. Da der obere Wärmeableiter 50 mit der oberen Elektrode des Halbleitersubstrats 20 über den Abstandhalterblock 40 wie voranstehend beschrieben verbunden ist, ist verhindert, dass der obere Wärmeableiter 50 mit der Signaleingangs-/Ausgangselektrode und einer Verdrahtung in Berührung gerät.
  • Die Harzschicht 70 bedeckt die obere Oberfläche des unteren Wärmeableiters 30, die Lötschicht 62, das Halbleitersubstrat 20, die Lötschicht 64, den Abstandhalterblock 40, die Lötschicht 66 und die untere Oberfläche des oberen Wärmeableiters 50.
  • Der untere Wärmeableiter 30 und der obere Wärmeableiter 50 dienen ebenfalls als Elektroden, um das Halbleitersubstrat 20 elektrisch zu verbinden. Wenn das Halbleitersubstrat 20 elektrisch verbunden ist, erzeugt das Halbleitersubstrat 20 Wärme. Die durch das Halbleitersubstrat 20 erzeugte Wärme wird über einen durch Pfeile 100 in 1 angezeigten Pfad zu dem unteren Wärmeableiter 30 übertragen. Da die untere Elektrode des Halbleitersubstrats 20 in der gesamten Fläche der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 20 ausgebildet ist, wie durch die Pfeile 100 angezeigt ist, wird Wärme von dem Halbleitersubstrat zu dem unteren Wärmeableiter 30 übertragen, während sie verteilt wird. Somit wird die Wärme wirkungsvoll von dem Halbleitersubstrat 20 zu dem unteren Wärmeableiter 30 übertragen.
  • Die durch das Halbleitersubstrat 20 erzeugte Wärme wird über einen durch einen Pfeil 102 in 1 angezeigten Pfad zu dem oberen Wärmeableiter 50 übertragen. Da darüber hinaus die vorspringenden Abschnitte 54 mit der Lötschicht 64 und dem Abstandhalterblock 40 in Berührung sind, wird die Wärme ebenfalls von dem Halbleitersubstrat 20 durch einen durch Pfeile 104 angezeigten Pfad zu dem oberen Wärmeableiter 50 übertragen. Auf diese Weise ist in der Halbleitervorrichtung 10 der Wärmeabstrahlungspfad an der oberen Seite nicht auf den Abstandhalterblock 40 begrenzt, sondern die Wärme wird ebenfalls durch einen Pfad über die vorspringenden Abschnitte 54 zu dem oberen Wärmeableiter 50 übertragen. Aus diesem Grund wird die Wärme von dem Halbleitersubstrat 20 zu dem oberen Wärmeableiter 50 wie durch die Pfeile 102 und 104 angezeigt übertragen, während sie verteilt wird. Somit wird die Wärme wirkungsvoll von dem Halbleitersubstrat 20 zu dem oberen Wärmeableiter 50 übertragen.
  • Wie voranstehend beschrieben wurde, kann innerhalb der Vorrichtung 10 sogar, obwohl die obere Elektrode des Halbleitersubstrats 20 eine kleine Fläche aufweist, die Wärme wirkungsvoll von dem Halbleitersubstrat 20 zu dem oberen Wärmeableiter 50 übertragen werden. Somit kann die Temperatur des Halbleitersubstrats 20 in der Halbleitervorrichtung 10 wirkungsvoll gehindert werden, anzusteigen.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung 10 wird im Folgenden beschrieben. Der obere Wärmeableiter 50, der aus 2 ersichtlich ist, wird vorbereitet. In dieser Stufe stehen die vorspringenden Abschnitte 54 des oberen Wärmeableiters 50 nahezu rechtwinklig auf die untere Oberfläche 52a. Durch Löten, werden der obere Wärmeableiter 50, der Abstandhalterblock 40, das Halbleitersubstrat 20 und der untere Wärmeableiter 30 miteinander verbunden, wie aus 2 ersichtlich ist. Noch genauer wird mit der Lötschicht 62 die untere Elektrode des Halbleitersubstrats 20 mit der oberen Oberfläche des unteren Wärmeableiters 30 verbunden. Mit der Lötschicht 64 wird die obere Elektrode des Halbleitersubstrats 20 mit der unteren Oberfläche des Abstandhalterblocks 40 verbunden. Mit der Lötschicht 66 wird die Oberfläche des Abstandhalterblocks 40 mit der Montageoberfläche 56 des oberen Wärmeableiters 50 verbunden. Das aus 2 ersichtliche Element wird im Folgenden als halbfertiges Erzeugnis 12 bezeichnet.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, wird das halbfertige Erzeugnis 12 in einer Höhlung 82 einer Formmatrize 80 angeordnet. In der Formmatrize 80 wird ist ein mit der Höhlung 82 ausgebildeter Gusskanal 84 ausgebildet. Jeder der vorspringenden Abschnitte 54 wird zu einer zu dem Gusskanal 84 gerichteten Position eingestellt. Noch genauer ist eine äußere Oberfläche (noch genauer eine Oberfläche gegenüber einer zu dem Abstandhalterblock 40 gerichteten Oberfläche) von jedem der vorspringenden Abschnitte 54 zu dem Gusskanal 84 gerichtet. Ein Harz wird durch den Gusskanal 84 in die Höhlung 82 gefüllt. Zu dieser Zeit verformt ein Druck des von dem Gusskanal 84 in die Höhlung 82 strömenden Harzes die vorspringenden Abschnitte 54 so, dass sie sich zu dem Abstandhalterblock 40 zu den vorspringenden Abschnitten 54 neigen, wie aus 3 ersichtlich ist. Noch genauer werden die vorspringenden Abschnitte 54 mit dem Harz geschoben und bewegt. Als Ergebnis gerät das distale Ende von jedem der vorspringenden Abschnitte 54 mit der Lötschicht 62 und dem Abstandhalterblock 40 in Berührung. Wenn die vorspringenden Abschnitte 54 auf diese Weise zu dem Abstandhalterblock 40 geneigt werden, indem sie mit dem Harz geschoben werden, können die vorspringenden Abschnitte 54 sogar zuverlässig mit dem Abstandhalterblock 40 und der Lötschicht 62 in Berührung geraten, obwohl die Dicke und die Position (insbesondere eine Position in einer vertikalen Richtung in 3) des Abstandhalterblocks 40 variieren (Fehler aufweisen). Das in die Höhlung 82 gefüllte Harz bedeckt die obere Oberfläche des unteren Wärmeableiters 30, der Lötschicht 62, des Halbleitersubstrats 20, der Lötschicht 64, des Abstandhalterblocks 40, der Lötschicht 66 und die untere Oberfläche des oberen Wärmeableiters 50. Das in die Höhlung 82 gefüllte Harz wird verfestigt, um die Harzschicht 70 in 1 auszubilden. Auf diese Weise wird die Halbleitervorrichtung 10 in 1 vollendet.
  • In der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat 20 über den Abstandhalterblock 40 mit dem oberen Wärmeableiter 50 verbunden. Jedoch kann der Abstandhalterblock 40 weggelassen werden und das Halbleitersubstrat 20 kann über lediglich die Lötschicht mit dem oberen Wärmeableiter 50 verbunden sein. Wie z.B. aus 4 ersichtlich ist, ist ein konvexer Sockel 58 an dem oberen Wärmeableiter 50 angeordnet, und das Halbleitersubstrat 20 kann mit dem Sockel 58 durch eine Lötschicht 68 verbunden sein. Sogar in dieser Konfiguration kann verhindert werden, dass der obere Wärmeableiter 50 mit Elektroden und Verdrahtungen für eine Signalsteuerung an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 20 in Berührung ist. Darüber hinaus sind sogar in dieser Konfiguration die vorspringenden Abschnitte 54 mit der Lötschicht 68 in Berührung, um es möglich zu machen, die Wärme wirkungsvoll von dem Halbleitersubstrat 20 zu dem oberen Wärmeableiter 50 abzustrahlen.

Claims (3)

  1. Halbleitervorrichtung (10) mit: einem Halbleitersubstrat (20); einem Hartlötmaterial (64), das an das Halbleitersubstrat (20) gebondet ist; einem mit dem Halbleitersubstrat (20) über das Hartlötmaterial (64) verbundenen Wärmeableiter (50) mit einem vorspringenden Abschnitt (54), der außerhalb eines Bereichs ausgebildet ist, in dem der Wärmeableiter (50) über das Hartlötmaterial (64) mit dem Halbleitersubstrat (20) verbunden ist, wobei der vorspringende Abschnitt (54) mit dem Hartlötmaterial (64) in Berührung ist; und einem Harz (70), das das Halbleitersubstrat (20), das Hartlötmaterial (64) und den vorspringenden Abschnitt (54) abdichtet, gekennzeichnet durch einen Abstandhalterblock (40) der zwischen dem Wärmeableiter (50) und dem Hartlötmaterial (64) angeordnet ist, wobei der Wärmeableiter (50) mit dem Halbleitersubstrat (20) über den Abstandhalterblock (40) und das Hartlötmaterial (64) verbunden ist, und der vorspringende Abschnitt (54) das Hartlötmaterial (64) und den Abstandhalterblock (40) berührt.
  2. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung (10), wobei das Verfahren umfasst: Formen eines halbfertigen Erzeugnisses (12) mit Harz (70), wobei das halbfertige Erzeugnis (12) ein Halbleitersubstrat (20), ein an das Halbleitersubstrat (20) gebondetes Hartlötmaterial (66) und einen mit dem Halbleitersubstrat (20) über das Hartlötmaterial (64) verbundenen Wärmeableiter (50) umfasst, wobei der Wärmeableiter (50) einen vorspringenden Abschnitt (54) hat, der außerhalb eines Bereichs ausgebildet ist, in dem der Wärmeableiter (50) über das Hartlötmaterial (64) mit dem Halbleitersubstrat (20) verbunden ist, das Halbleitersubstrat (20), das Hartlötmaterial (64), und der vorspringende Abschnitt (54) in dem Formen mit dem Harz (70) abgedichtet werden, und der vorspringende Abschnitt (54) in dem Formen aufgrund eines Drucks des Harzes (70) so geneigt wird, dass er mit dem Hartlötmaterial (64) in Berührung gerät.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das halbfertige Erzeugnis (12) außerdem einen Abstandhalterblock (40) umfasst, der zwischen dem Wärmeableiter (50) und dem Hartlötmaterial (64) angeordnet ist, der Wärmeableiter (50) in dem halbfertigen Erzeugnis (12) mit dem Halbleitersubstrat (20) über den Abstandhalterblock (40) und das Hartlötmaterial (64) verbunden ist, und der vorspringende Abschnitt (54) in dem Formen mit dem Hartlötmaterial (64) und dem Abstandhalterblock (40) in Berührung gerät.
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