DE102017104262A1 - Halbleiterbauelement mit antistatischem die-befestigungsmaterial - Google Patents
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Abstract
Ein Halbleiterbauelement beinhaltet ein Substrat, einen Halbleiter-Die und ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial zwischen dem Substrat und dem Halbleiter-Die. Das antistatische Die-Befestigungsmaterial enthält eine Mischung aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial und Ruß oder Graphit. Bei einem Beispiel weist das antistatische Die-Befestigungsmate rial eine Resisitivität zwischen 101 Ω·cm und 1010 Ω·cm auf.
Description
- Hintergrund
- Stromsensoren, Stromwandler, Magnetkoppler und andere Elektromagnetfeld-Bauelemente können in einer Halbleiterbauelement-Kapselung integriert sein. Die Bauelemente können galvanische Isolierung zwischen dem Potential einer ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Komponente (z.B. eine integrierte Schaltung, eine Spule, Stromschiene usw.) und dem Potential eines Sensors oder einer anderen Komponente (z.B. eine integrierte Schaltung), die das elektromagnetische Feld, das von der ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Komponente erzeugt wird, erfasst, beinhalten. Die Isolationsstärke innerhalb der Halbleiterbauelement-Kapselung kann von der Partialentladungsrobustheit der Die-Befestigungsschicht(en) abhängen, die innerhalb der Halbleiterbauelement-Kapselung verwendet wird/werden.
- Kurzdarstellung
- Ein Beispiel für ein Halbleiterbauelement beinhaltet ein Substrat, einen Halbleiter-Die und ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial zwischen dem Substrat und dem Halbleiter-Die. Das antistatische Die-Befestigungsmaterial enthält eine Mischung aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial und Ruß oder Graphit.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für ein Halbleiterbauelement veranschaulicht, das ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial enthält. -
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel für ein Halbleiterbauelement veranschaulicht, das ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial enthält. -
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für das Halbleiterbauelement von2 veranschaulicht, das Hohlräume in dem antistatischen Die-Befestigungsmaterial enthält. -
4A ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für einen Stromsensor mit entferntem Kapselungsmaterial veranschaulicht, und4B ist eine Querschnittsansicht, die den Stromsensor veranschaulicht. -
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, das ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial beinhaltet, veranschaulicht. - Ausführliche Beschreibung
- In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen auf dem Wege der Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Offenbarung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite“, „Bodenseite“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „vorderer“, „hinterer“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zum Zweck der Veranschaulichung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen und der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
- Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht speziell etwas anderes angegeben ist.
- Der Ausdruck „elektrisch gekoppelt“ soll, wie er hier verwendet wird, nicht bedeuten, dass die Elemente direkt zusammengekoppelt sein müssen; dazwischen liegende Elemente können zwischen den „elektrisch gekoppelten“ Elementen vorgesehen sein.
- Wenn ein Halbleiter-Die an einem Substrat befestigt wird, kann das Die-Befestigungsmaterial zwischen dem Halbleiter-Die und dem Substrat Hohlräume enthalten. Bei Halbleiterbauelementen, die galvanische Isolierung zwischen Komponenten beinhalten, verringern die Hohlräume den Partialentladungswiderstand der Die-Befestigungsschicht(en). Daher wird, wie hier beschrieben, ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial verwendet, um einen geeigneten Partialentladungswiderstand aufrecht zu erhalten, selbst wenn Hohlräume in dem Die-Befestigungsmaterial vorhanden sind.
-
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für ein Halbleiterbauelement100 veranschaulicht, das ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial enthält. Das Halbleiterbauelement100 beinhaltet ein Substrat102 , ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial104 und einen Halbleiter-Die106 . Das antistatische Die-Befestigungsmaterial104 ist an der oberen Oberfläche des Substrats102 befestigt. Der Halbleiter-Die106 befindet sich an der oberen Oberfläche des antistatischen Die-Befestigungsmaterials104 , um den Halbleiter-Die106 am Substrat102 zu befestigen. - Bei einem Beispiel ist das Substrat
102 ein isolierendes Substrat, wie etwa ein Glassubstrat, ein Keramiksubstrat, ein Volumensiliziumsubstrat oder ein anderes geeignetes Substrat aus dielektrischem Material. Bei einem weiteren Beispiel ist das Substrat102 ein leitendes Substrat, wie ein Anschlusskamm oder ein anderes geeignetes leitendes Substrat. Der Halbleiter-Die106 kann einen Magnetfeldsensor enthalten, wie etwa einen Hall-Sensor, ein magnetoresistives Element (z.B. ein riesenmagnetoresistives Element, ein tunnelmagnetoresistives Element) oder ein anderes geeignetes Bauelement. - Die antistatische Die-Befestigungsschicht
104 beinhaltet eine Mischung aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial und Ruß (d.h. Kohlenstoffpulver) oder Graphit (z.B. Graphitflocken). Das nichtleitende Klebstoffmaterial kann selbst bereits eine Resistivität von 1014 Ω·cm aufweisen. Das nichtleitende Klebstoffmaterial kann ein Epoxy- oder ein anderes geeignetes nichtleitendes Material beinhalten. Der Ruß oder der Graphit wird dem nichtleitenden Klebstoffmaterial hinzugefügt, um die Resistivität des sich ergebenden antistatischen Die-Befestigungsmaterials auf zwischen 101 Ω·cm und 1010 Ω·cm, wie etwa auf 106 Ω·cm, zu verringern. Bei einem Beispiel kann das antistatische Die-Befestigungsmaterial, um die gewünschte Resistivität des antistatischen Die-Befestigungsmaterials zu liefern, zwischen 1% und 20% an Ruß- oder Graphitgewicht, wie etwa zwischen 1% und 10% an Gewicht oder zwischen 1% und 2% an Gewicht beinhalten. - Das antistatische Die-Befestigungsmaterial
104 kann in der Form eines Die-Befestigungsfilms (die attach film – DAF), einer Rückseitenbeschichtung, einem dosierbaren Klebstoff oder einer anderen geeigneten Form sein. Zur Herstellung des Halbleiterbauelements100 wird das antistatische Die-Befestigungsmaterial auf das Substrat102 und/oder auf den Halbleiter-Die106 aufgebracht. Der Halbleiter-Die106 und das Substrat102 werden dann derart angeordnet, dass sich das antistatische Die-Befestigungsmaterial zwischen dem Halbleiter-Die106 und dem Substrat102 befindet. Das antistatische Die-Befestigungsmaterial kann dann ausgehärtet werden, um den Halbleiter-Die106 fest am Substrat102 zu befestigen. -
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel für ein Halbleiterbauelement200 veranschaulicht, das ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial enthält. Das Halbleiterbauelement200 beinhaltet ein Substrat202 , ein erstes antistatisches Die-Befestigungsmaterial204 , einen Isolator206 , ein zweites antistatisches Die-Befestigungsmaterial208 und einen Halbleiter-Die210 . Das erste antistatische Die-Befestigungsmaterial204 ist an der oberen Oberfläche des Substrats202 befestigt. Der Isolator206 befindet sich an der oberen Oberfläche des ersten antistatischen Die-Befestigungsmaterials204 , um den Isolator206 am Substrat202 zu befestigen. Das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial208 befindet sich an der oberen Oberfläche des Isolators206 . Der Halbleiter-Die210 befindet sich an der oberen Oberfläche des zweiten antistatischen Die-Befestigungsmaterials208 , um den Halbleiter-Die210 am Isolator206 zu befestigen. - Bei diesem Beispiel beinhaltet das Substrat
202 ein leitendes Material, wie etwa einen Anschlusskamm. Der Isolator206 beinhaltet Glas, Keramik, Volumensilizium oder ein anderes geeignetes Isoliermaterial. Der Halbleiter-Die210 kann einen Elektromagnetfeld-Sensor beinhalten zum Erfassen eines elektromagnetischen Felds, das von einem Strom erzeugt wird, der durch das Substrat202 hindurchgeht. Bei einem Beispiel beinhaltet der Halbleiter-Die210 einen Magnetfeldsensor, wie etwa einen Hall-Sensor oder ein magnetoresistives Element, zum Erfassen eines Stromes durch das Substrat202 . Das erste antistatische Die-Befestigungsmaterial204 und das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial208 können einander gleich oder voneinander verschieden sein und es können eines oder beide dem zuvor unter Bezugnahme auf1 beschriebenen antistatischen Die-Befestigungsmaterial104 ähnlich oder davon verschieden sein. -
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für ein Halbleiterbauelement250 veranschaulicht, das Hohlräume in dem antistatischen Die-Befestigungsmaterial enthält. Das Halbleiterbauelement250 ist dem zuvor unter Bezugnahme auf2 beschriebenen und veranschaulichten Halbleiterbauelement200 ähnlich, mit der Ausnahme, dass das Halbleiterbauelement250 einen Hohlraum252 in dem ersten antistatischen Die-Befestigungsmaterial204 und einen Hohlraum254 in dem zweiten antistatischen Die-Befestigungsmaterial208 enthält. - Die Hohlräume
252 und254 können aufgrund des zum Aufbringen des antistatischen Die-Befestigungsmaterials verwendeten Prozesses gebildet werden. - Die antistatischen Die-Befestigungsmaterialien
204 und208 hindern die Hohlräume252 und254 daran, den Betrieb des Halbleiterbauelements250 nachteilig zu beeinflussen. Im Betrieb kann ein hohes Potential (z.B. größer als 500 V) an dem Substrat202 angelegt sein, wohingegen ein niedriges Potential (z.B. weniger als 24 V) an dem Halbleiterbauelement210 angelegt sein kann. Der Isolator206 und das antistatische Die-Befestigungsmaterial204 und208 schaffen galvanische Isolation zwischen dem Halbleiter-Die210 und dem Substrat202 . Das antistatische Die-Befestigungsmaterial204 und208 verhindert lokalisierte elektrische Felder innerhalb der Hohlräume252 und254 durch Ermöglichen, dass Ladungen durch das antistatische Die-Befestigungsmaterial um die Hohlräume herumfließen. Durch Verwendung antistatischen Die-Befestigungsmaterials204 und208 verringern die Hohlräume252 und254 den Partialentladungswiderstand des Halbleiterbauelements250 nicht signifikant. - Ein elektrisch leitendes Klebstoffmaterial, das als ein Die-Befestigungsmaterial verwendet wird, wie etwa ein Klebstoffmaterial, das Silber- oder Gold-Füllmaterial enthält, könnte durch Wirkung als ein Faraday-Käfig um die Hohlräume herum ebenfalls lokalisierte elektrische Felder in den Hohlräumen
252 und254 verhindern. Die hohe Leitfähigkeit des elektrisch leitenden Klebstoffmaterials würde allerdings den Betrieb des Halbleiterbauelements250 nachteilig beeinflussen, da ein signifikanter Nebenstrom durch das elektrisch leitende Klebstoffmaterial hindurch fließen würde, statt durch das Substrat. Dieser Nebenstrom, der durch das elektrisch leitende Klebstoffmaterial fließen würde, könnte die Genauigkeit des Sensors, der durch den Halbleiter-Die210 bereitgestellt wird, beeinflussen. Da das antistatische Die-Befestigungsmaterial204 und208 eine niedrigere Resistivität als die des elektrisch leitenden Klebstoffmaterials aufweist, fließt ein vernachlässigbarer Nebenstrom durch das antistatische Die-Befestigungsmaterial, so dass die Genauigkeit des Sensors, der durch den Halbleiter-Die210 bereitgestellt wird, nicht nachteilig beeinflusst wird. -
4A ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für einen Stromsensor300 mit entferntem Kapselungsmaterial veranschaulicht.4B ist eine Querschnittsansicht, die einen Stromsensor300 veranschaulicht. Der Stromsensor300 beinhaltet einen Anschlusskamm302 , ein erstes antistatisches Die-Befestigungsmaterial308 , einen Isolator310 , ein zweites antistatisches Die-Befestigungsmaterial312 , einen Halbleiter-Die314 , Bonddrähte316 und Kapselungsmaterial318 . Der Anschlusskamm302 beinhaltet eine Stromschiene304 und Anschlüsse306 . - Das erste antistatische Die-Befestigungsmaterial
308 befindet sich an der oberen Oberfläche der Stromschiene304 . Der Isolator310 befindet sich an dem ersten antistatischen Die-Befestigungsmaterial308 , um den Isolator310 an der Stromschiene304 zu befestigen. Das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial312 befindet sich an der oberen Oberfläche des Isolators310 . Der Halbleiter-Die314 befindet sich an dem zweiten antistatischen Die-Befestigungsmaterial312 , um den Halbleiter-Die314 am Isolator310 zu befestigen. Die Kontakte an der oberen Oberfläche des Halbleiter-Die314 sind über die Bonddrähte316 elektrisch mit entsprechenden Anschlüssen306 gekoppelt. Das Kapselungsmaterial318 kapselt die Bonddrähte316 , den Halbleiter-Die314 , das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial312 , den Isolator310 , das erste antistatische Die-Befestigungsmaterial308 und Teile des Anschlusskamms302 ein. Mindestens Teile der unteren Oberfläche des Anschlusskamms302 verbleiben freigelegt, um elektrische Verbindungen mit den Anschlüssen306 und der Stromschiene304 zu ermöglichen. - Der Anschlusskamm
302 kann ein Metall, wie etwa Cu, Al oder ein anderes geeignetes Metall, beinhalten. Der Isolator310 kann Glas, Keramik, Volumensilizium oder ein anderes geeignetes Isoliermaterial beinhalten. Der Halbleiter-Die314 enthält einen Magnetfeldsensor zum Erfassen eines Stroms durch die Stromschiene304 . Das erste antistatische Die-Befestigungsmaterial308 und das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial312 können einander gleich oder voneinander verschieden sein und es können eines oder beide dem zuvor unter Bezugnahme auf1 beschriebenen antistatischen Die-Befestigungsmaterial104 ähnlich oder davon verschieden sein. - Im Betrieb kann an der Stromschiene
304 ein hohes Potential (z.B. bis zu 1500 V) angelegt sein, wohingegen an den Anschlüssen306 und dadurch am Halbleiter-Die314 ein niedriges Potential (z.B. 0 V bis 5 V) angelegt sein kann. Der Isolator310 und das antistatische Die-Befestigungsmaterial308 und312 schaffen galvanische Isolation zwischen dem Halbleiter-Die314 und der Stromschiene304 . Die antistatischen Die-Befestigungsmaterialien308 und312 verhindern lokalisierte elektrische Felder innerhalb von Hohlräumen des antistatischen Die-Befestigungsmaterials, wie es unter Bezugnahme auf3 zuvor beschrieben und veranschaulicht wurde. Somit wird der Partialentladungswiderstand des Stromsensors300 nicht nachteilig durch Hohlräume innerhalb des antistatischen Die-Befestigungsmaterials308 und312 beeinflusst. -
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren400 zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, das ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial beinhaltet, veranschaulicht. Bei402 beinhaltet das Verfahren400 das Aufbringen eines ersten antistatischen Materials auf einem ersten Substrat, wobei das erste antistatische Material eine Mischung eines nichtleitenden Klebstoffmaterials und Ruß oder Graphitflocken umfasst. Bei404 beinhaltet das Verfahren400 das Platzieren eines Halbleiter-Die auf dem ersten antistatischen Material. Bei406 beinhaltet das Verfahren400 das Aushärten des ersten antistatischen Materials, um den Halbleiter-Die am Substrat zu befestigen. Bei einem Beispiel beinhaltet das Verfahren400 das Mischen des nichtleitenden Klebstoffmaterials mit dem Ruß oder den Graphitflocken, um das erste antistatische Material zu ergeben, das eine Resistivität zwischen 101 Ω·cm und 1010 Ω·cm aufweist. Bei einem weiteren Beispiel beinhaltet das Verfahren400 das Mischen des nichtleitenden Klebstoffmaterials mit zwischen 1% und 20% an Gewicht von Ruß- oder Graphitflocken, um das erste antistatische Material zu ergeben, wie etwa zwischen 1% und 10% an Gewicht oder zwischen 1% und 2% an Gewicht. - Das erste Substrat kann ein isolierendes Substrat beinhalten und das Verfahren
400 kann ferner das Aufbringen eines zweiten antistatischen Materials auf einem zweiten Substrat, das ein leitendes Material umfasst, beinhalten. Das zweite antistatische Material umfasst eine Mischung aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial und Ruß oder Graphitflocken. Das erste Substrat kann auf dem zweiten antistatischen Material platziert werden und das zweite antistatische Material kann ausgehärtet werden, um das erste Substrat am zweiten Substrat zu befestigen. - Obgleich hier spezifische Beispiele veranschaulicht und beschrieben werden, kann eine Bandbreite alternativer und/oder gleichwertiger Implementierungen die spezifischen gezeigten und beschriebenen Beispiele ersetzen, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Varianten der hier erörterten speziellen Beispiele abdecken. Daher wird beabsichtigt, dass diese Offenbarung lediglich durch die Ansprüche und die Äquivalente davon begrenzt ist.
Claims (20)
- Halbleiterbauelement, umfassend: ein Substrat; einen Halbleiter-Die; und ein antistatisches Die-Befestigungsmaterial zwischen dem Substrat und dem Halbleiter-Die, wobei das antistatische Die-Befestigungsmaterial eine Mischung aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial und Ruß oder Graphit umfasst.
- Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das antistatische Die-Befestigungsmaterial eine Resistivität zwischen 101 Ω·cm und 1010 Ω·cm aufweist.
- Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das antistatische Die-Befestigungsmaterial zwischen 1% und 20% an Gewicht von Ruß oder Graphit umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat einen Anschlusskamm umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das nichtleitende Klebstoffmaterial ein Epoxy umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das antistatische Die-Befestigungsmaterial einen Die-Befestigungsfilm umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das antistatische Die-Befestigungsmaterial eine Rückseitenbeschichtung umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiter-Die einen Magnetfeldsensor umfasst.
- Halbleiterbauelement, umfassend: ein Substrat, das ein leitendes Material umfasst; einen Isolator; einen Halbleiter-Die; ein erstes antistatisches Die-Befestigungsmaterial zwischen dem Substrat und dem Isolator; und ein zweites antistatisches Die-Befestigungsmaterial zwischen dem Isolator und dem Halbleiter-Die, wobei das erste und das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial eine Mischung aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial und Ruß oder Graphitflocken umfasst.
- Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei das erste und/oder das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial eine Resistivität zwischen 101 Ω·cm und 1010 Ω·cm aufweist.
- Halbleiterbauelement nach Anspruch 9 oder 10, wobei das erste und/oder das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial zwischen 1% und 10% an Gewicht von Ruß oder Graphitflocken umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Substrat einen Anschlusskamm umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das nichtleitende Klebstoffmaterial ein Epoxy umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das erste und das zweite antistatische Die-Befestigungsmaterial einen Die-Befestigungsfilm umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Halbleiter-Die einen Magnetfeldsensor zum Erfassen eines Stroms durch das Substrat umfasst.
- Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der Isolator Glas, Volumensilizium oder Keramik umfasst.
- Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Aufbringen eines ersten antistatischen Materials auf ein erstes Substrat, wobei das erste antistatische Material eine Mischung aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial und Ruß oder Graphitflocken umfasst; und Platzieren eines Halbleiter-Die auf dem ersten antistatischen Material; und Aushärten des ersten antistatischen Materials, um den Halbleiter-Die am Substrat zu befestigen.
- Verfahren nach Anspruch 17, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Mischen des nichtleitenden Klebstoffmaterials mit dem Ruß oder den Graphitflocken, um das erste antistatische Material zu ergeben, das eine Resistivität zwischen 101 Ω·cm und 1010 Ω·cm aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Mischen des nichtleitenden Klebstoffmaterials mit zwischen 1% und 2% an Gewicht des Rußes oder der Graphitflocken, um das erste antistatische Material zu ergeben.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das erste Substrat ein isolierendes Substrat umfasst, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Aufbringen eines zweiten antistatischen Materials auf ein zweites Substrat, das ein leitendes Material umfasst, wobei das zweite antistatische Material eine Mischung aus einem nichtleitenden Klebstoffmaterial und Ruß oder Graphitflocken umfasst; Platzieren des ersten Substrats auf dem zweiten antistatischen Material; und Aushärten des zweiten antistatischen Materials, um das erste Substrat am zweiten Substrat zu befestigen.
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