DE102018130936B4 - Halbleitergehäuse, Metallblech zur Anwendung in einem Halbleitergehäuse und Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergehäuses - Google Patents

Halbleitergehäuse, Metallblech zur Anwendung in einem Halbleitergehäuse und Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergehäuses Download PDF

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Abstract

Halbleitergehäuse (100), umfassend:
einen Halbleiterchip (102),
einen Einkapselungskörper (104), der den Halbleiterchip (102) einkapselt, und
ein Metallblech (106) mit einer ersten Blechoberfläche (106_1) und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche (106_2), wobei die erste Blechoberfläche (106_1) an dem Einkapselungskörper (104) freiliegt und wobei der Halbleiterchip (102) an der zweiten Blechoberfläche (106_2) angeordnet ist,
wobei die erste Blechoberfläche (106_1) ein Muster mit ersten Parzellen (108) mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen (110) mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist, und
wobei das Muster ein Schachbrettmuster, oder ein Muster von in einer Matrix angeordneten Dreiecken, Kreisen, Sechsecken oder Vierecken umfasst.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Halbleitergehäuse, ein Metallblech zur Anwendung in einem Halbleitergehäuse und ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergehäuses.
  • HINTERGRUND
  • Halbleitergehäuse können im Betrieb eine beachtliche Wärmeleistung aufweisen, welche durch die Anbringung von Kühlkörpern abgeführt werden muss. Dabei ist es entscheidend, den thermischen Widerstand zwischen der Quelle der Wärmeentwicklung (z.B. einem Halbleiterchip) und dem Kühlkörper möglichst gering zu halten, um eine möglichst effiziente Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Gleichzeitig können Halbleitergehäuse galvanisch aufgetragene Schichten aufweisen, die z.B. dazu dienen können, das Halbleitergehäuse mit einer Platine zu verlöten. Zum Beispiel während des Lötprozesses können Unebenheiten in solchen galvanischen Schichten entstehen, die den Wärmeleitpfad zwischen Halbleiterchip und Kühlkörper vergrößern und so den thermischen Widerstand erhöhen. Die DE 10 2009 002 065 A1 offenbart ein Halbleitergehäuse mit einem Metallblech, wobei ein Halbleiterchip an einer ersten Oberfläche des Metallblechs angeordnet ist und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche des Metallblechs Parzellen mit unterschiedlichen mittleren Rauheiten aufweist. Weitere Halbleitergehäuse sind in der DE 10 2011 007 395 A1 offenbart. Durch den Einsatz von verbesserten Halbleitergehäusen, verbesserten Metallblechen und verbesserten Verfahren zum Herstellen von Halbleitergehäusen können solche Unebenheiten minimiert werden.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Einzelne Beispiele betreffen ein Halbleitergehäuse umfassend einen Halbleiterchip, einen Einkapselungskörper, der den Halbleiterchip einkapselt und ein Metallblech mit einer ersten Blechoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche, wobei die erste Blechoberfläche an dem Einkapselungskörper freiliegt und wobei der Halbleiterchip an der zweiten Blechoberfläche angeordnet ist und wobei die erste Blechoberfläche ein Muster mit ersten Parzellen mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist.
  • Einzelne Beispiele betreffen ein Metallblech zur Anwendung in einem Halbleitergehäuse, das Metallblech umfassend eine erste Blechoberfläche und eine gegenüberliegende zweiten Blechoberfläche, wobei die zweite Blechoberfläche zur Anbringung an einem Halbleiterchip ausgebildet ist und wobei die erste Blechoberfläche ein Muster von ersten Parzellen mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist.
  • Einzelne Beispiele betreffen ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergehäuses, das Verfahren umfassend ein Bereitstellen eines Halbleiterchips, ein Bereitstellen eines Metallblechs mit einer ersten Blechoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche, wobei der Halbleiterchip an der zweiten Blechoberfläche angeordnet ist und ein Einkapseln des Halbleiterchips in einem Einkapselungskörper, wobei die erste Blechoberfläche an dem Einkapselungskörper freiliegt und wobei die erste Blechoberfläche ein Muster von ersten Parzellen mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen stellen Beispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundzüge der Offenbarung zu erläutern. Die Elemente der Zeichnungen sind zu einander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen können einander entsprechende, ähnliche oder identische Teile bezeichnen.
    • 1A und 1B zeigen eine schematische Darstellung eines Halbleitergehäuses in einer Schnittansicht (1A) und einer Draufsicht (1B).
    • 2A bis 2C zeigen schematische Schnittansichten eines Halbleitergehäuses, das mit einer Platine und einem Kühlkörper verbunden wird, in verschiedenen Prozessschritten.
    • 3A bis 3I zeigen schematisch eine perspektivische Ansicht einer galvanisch aufgetragenen Schicht, die sich über einem Muster von ersten und zweiten Parzellen mit relativ zueinander verschiedener mittlerer Rauheit verteilt.
    • 4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer ersten Parzelle mit relativ hoher mittlerer Rauheit.
    • 5 zeigt ein Metallblech zum Einsatz in einem Halbleitergehäuse.
    • 6 zeigt ein alternatives Beispiel eines Metallblechs zum Einsatz in einem Halbleitergehäuse, wobei das Muster von ersten und zweiten Parzellen einen zusätzlichen Rahmen aufweist.
    • 7A bis 7F zeigen verschiedene Beispiele von Mustern von ersten und zweiten Parzellen.
    • 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitergehäuses.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden Halbleitergehäuse beschrieben, die einen oder mehrere Halbleiterchips enthalten. Die Halbleiterchips können von verschiedener Art sein und durch verschiedene Technologien hergestellt werden. Die Halbleiterchips können zum Beispiel als Leistungshalbleiterchips ausgelegt sein, wie etwa Leistungs-MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-transistoren), IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate), JFETs (Sperrschicht-Feldeffekt¬transistoren) , Leistungsbipolartransistoren oder Leistungsdioden. Bei einer Ausführungsform können Halbleiterchips mit einer Vertikalstruktur vorkommen, das heißt, dass die Halbleiterchips so hergestellt werden können, dass elektrische Ströme in einer zu den Hauptoberflächen der Halbleiterchips senkrechten Richtung fließen können. Ein Halbleiterchip mit Vertikalstruktur kann bei einer Ausführungsform Kontaktelemente auf seinen zwei Hauptoberflächen aufweisen, das heißt auf seiner Oberseite und seiner Unterseite. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Halbleitergehäuse integrierte Schaltungen zum Steuern der integrierten Schaltungen anderer Halbleiterchips, wie zum Beispiel der integrierten Schaltungen von Leistungshalbleiterchips, umfassen. Die Halbleiterchips können aus spezifischem Halbleitermaterial, wie etwa Si, SiC, SiGe, GaAs, oder GaN hergestellt sein.
  • Im Folgenden werden Metallbleche zum Einsatz in einem Halbleitergehäuse beschrieben. Die Metallbleche können aus einem beliebigen geeigneten Metall oder aus einer beliebigen geeigneten Metalllegierung bestehen. Die Metallbleche können z.B. Al, Cu oder Fe umfassen oder daraus bestehen. Die Metallbleche können z.B. Teil eines Leiterrahmens sein. Die Metallbleche können dünn sein und z.B. eine Dicke von nicht mehr als 0,5mm, nicht mehr als 1,0mm, nicht mehr als 2,0mm, oder nicht mehr als 5,0mm aufweisen.
  • 1A zeigt ein Beispiel eines Halbleitergehäuses 100 in einer Seitenansicht. Das Halbleitergehäuse 100 weist einen Halbleiterchip 102, einen Einkapselungskörper 104 und ein Metallblech 106 mit einer ersten Blechoberfläche 106_1 und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche 106 2 auf. Die erste Blechoberfläche 106 1 liegt an dem Einkapselungskörper 104 frei und der Halbleiterchip 102 ist an der zweiten Blechoberfläche 106 2 angeordnet und ist von dem Einkapselungskörper 104 eingekapselt.
  • 1B zeigt eine Draufsicht auf das Halbleitergehäuse 100, nämlich auf die Seite des Einkapselungskörpers 104, an der die erste Blechoberfläche 106_1 freiliegt. Das Metallblech 106 weist an der ersten Blechoberfläche 106_1 ein Muster mit ersten Parzellen 108 mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen 110 mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist. Mit anderen Worten kann die erste mittlere Rauheit eine relativ große mittlere Rauheit sein und die zweite mittlere Rauheit eine relativ niedrige mittlere Rauheit sein (die mittlere Rauheit gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes auf der Oberfläche zur Mittellinie an, wobei die Mittellinie innerhalb einer Bezugsstrecke das wirkliche Profil so schneidet, dass die Summe der Profilabweichungen bezogen auf die Mittellinie minimal wird).
  • Das Halbleitergehäuse 100 kann z.B. ein Leistungshalbleitergehäuse sein, das dazu ausgelegt ist, hohe Ströme, z.B. Ströme von etwa 100A, 300A, 500A, 1kA, 2kA oder mehr, und/oder hohe Spannungen, z.B. Spannungen von etwa 20V, 200V, 500V oder 1000V, zu verarbeiten. Das Halbleitergehäuse 100 kann im Wesentlichen rechteckige Abmessungen von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern aufweisen. Eine Länge L und eine Breite B können z.B. etwa 5mm, 10mm, 15mm, 20mm oder 50mm betragen. Eine Höhe H des Halbleitergehäuses 100 kann z.B. etwa 0,5mm, 2mm, 10mm, 15mm oder mehr betragen.
  • Der Halbleiterchip 102 kann ein Leistungshalbleiterchip sein, der dazu ausgebildet ist, hohe Ströme und/oder hohe Spannungen zu verarbeiten. Gemäß einem Beispiel ist der Halbleiterchip 102 elektrisch von dem Metallblech 106 isoliert. Gemäß einem anderen Beispiel ist der Halbleiterchip 102 elektrisch mit dem Metallblech 106 verbunden, z.B. über eine Elektrode die auf derjenigen Oberfläche des Halbleiterchips 102 angeordnet ist, die der zweiten Blechoberfläche 106_2 zugewandt ist. Der Halbleiterchip 102 erzeugt im Betrieb Wärme, die aus dem Halbleitergehäuse 100 abgeführt werden muss, z.B. über einen Wärmeleitpfad, der das Metallblech 106 umfasst.
  • Der Einkapselungskörper 104 kann aus einem Plastikmaterial bestehen bzw. ein Plastikmaterial und auch Füllpartikel aufweisen. Bei dem Einkapselungskörper 104 kann es sich insbesondere um ein Formteil (engl. „molded body“) handeln, dass in einem Spritzwerkzeug hergestellt wurde. Das Metallblech 106 kann an einer ersten Hauptseite 100_1 des Halbleitergehäuses 100 am Einkapselungskörper 104 freiliegen.
  • Das Halbleitergehäuse 100 kann auf einer der ersten Hauptseite 100_1 gegenüberliegenden zweiten Hauptseite 100_2 Außenkontakte 112 aufweisen. Die Außenkontakte 112 können dazu ausgebildet sein, einen elektrischen Kontakt zu dem Halbleiterchip 102 und/oder zu weiteren elektronischen Elementen des Halbleitergehäuses 100 zu ermöglichen. Die Außenkontakte 112 können dazu ausgebildet sein, das Halbleitergehäuse kundenseitig an einem weiteren elektronischen Bauteil wie z.B. einer Platine zu befestigen und elektrisch mit diesem zu verbinden. Bei den Außenkontakten 112 kann es sich z.B. um Kontakte vom Knickflügel-Typ (engl. „gull wing“) handeln. Die Außenkontakte 112 können Teil eines Leiterrahmens sein.
  • Das Metallblech 106 kann ein Diepad sein, das ausgebildet ist, den Halbleiterchip 102 zu tragen. Gemäß einem anderen Beispiel ist es möglich, dass das Metallblech 106 ein Clip ist, der an dem Halbleiterchip 102, z.B. an der Chiprückseite, befestigt ist. In diesem Fall kann das Halbleitergehäuse 100 ein zusätzliches Diepad aufweisen. Das Metallblech 106 kann Teil eines Leiterrahmens (engl. „leadframe“) sein. Gemäß einem Beispiel können das Metallblech 106 und die Außenkontakte 112 Teil desselben Leiterrahmens sein. Das Metallblech 106 kann einen großen Teil oder sogar den Großteil der ersten Hauptseite 100_1 des Halbleitergehäuses 100 ausmachen, z.B. etwa 50%, 70%, 90% oder sogar 100%. Das Metallblech 106 kann einen beliebigen geeigneten Umriss aufweisen, z.B. einen im Wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Umriss. Das Metallblech 106 kann eine Länge 1 und eine Breite b von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern aufweisen, z.B. ca. 6mm, 8mm, 10mm, 15mm, 20mm, 4cm, 8cm oder mehr. Das Metallblech 106 kann z.B. eine Dicke d von 0,3mm, 0,5mm, 0,7mm, 1mm, 1,5mm, 2mm, 4mm oder mehr aufweisen.
  • Die erste Blechoberfläche 106_1 kann ganz oder teilweise von dem Muster mit den ersten Parzellen 108 und zweiten Parzellen 110 bedeckt sein. Insbesondere kann die erste Blechoberfläche 106 1 einen Rand aufweisen, der nicht von dem Muster bedeckt ist, wie weiter unten noch näher erläutert wird.
  • Die ersten Parzellen 108 und die zweiten Parzellen 110 können alle die gleichen oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Zum Beispiel können Parzellen entlang eines Randes des Musters unterschiedliche Abmessungen im Vergleich zu Parzellen im Inneren des Musters aufweisen. In dem Beispiel von 1B ist gezeigt, dass die ersten Parzellen 108 und zweiten Parzellen 110 in einem Schachbrettmuster angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass die ersten und zweiten Parzellen 108, 110 in einem anderen Muster angeordnet sind. Beispiele für geeignete Muster sind weiter unten näher beschrieben.
  • Die ersten und zweiten Parzellen 108, 110 können z.B. eine Kantenlänge k aufweisen, die kleiner ist als 2mm, insbesondere kleiner als 1,5mm und die z.B. etwa 1,0mm oder weniger oder sogar nur ca. 0,5mm beträgt.
  • Die ersten Parzellen 108 können z.B. eine mittlere Rauheit von 10µm oder mehr aufweisen, insbesondere eine mittlere Rauheit von 30µm. Eine maximale Höhe der Oberflächenunebenheiten in den ersten Parzellen 108 kann kleiner als 50µm, kleiner als 40µm, kleiner als 30µm, oder auch kleiner als 20µm sein. Die zweiten Parzellen 110 können z.B. eine mittlere Rauheit von 0,5µm oder weniger aufweisen, insbesondere 0,2µm oder weniger. Eine maximale Höhe der Oberflächenunebenheiten in den zweiten Parzellen 110 kann kleiner als 20µm, kleiner als 10µm, kleiner als 5µm, oder auch kleiner als 2µm sein.
  • Das Muster der ersten und zweiten Parzellen 108, 110 kann so ausgebildet sein, dass zwei benachbarte zweite Parzellen 110 maximal an einem Eck 114 direkt aneinander angrenzen, aber keinen gemeinsamen Kantenabschnitt aufweisen.
  • Das Muster kann so ausgebildet sein, dass es keine zweite Parzelle 110 aufweist, die entlang irgendeiner Richtung eine Ausdehnung von mehr als 1,0mm, mehr als 1,2mm, mehr als 1,5mm oder mehr als 2mm aufweist.
  • Gemäß einem anderen Beispiel ist das Muster so ausgebildet, dass zumindest eine zweite Parzelle 110 entlang einer ersten Richtung eine Ausdehnung aufweist, die mehr als 1mm, mehr als 1,2mm, mehr als 1,5mm oder mehr als 2mm beträgt, entlang einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung senkrecht steht, aber eine Ausdehnung aufweist, die 1mm oder 1,2mm oder 1,5mm oder 2mm nicht überschreitet.
  • Das Halbleitergehäuse 100 kann dazu ausgebildet sein, dass die Außenkontakte 112 mit einer galvanischen Schicht wie z.B. einer Schicht aus Sn bedeckt werden. Diese galvanisch aufgetragene Schicht kann z.B. dazu dienen, das Halbleitergehäuse 100 über die Außenkontakte 112 an einer Platine zu befestigen (d.h., die galvanisch aufgetragene Schicht kann als Lotschicht dienen). Das galvanische Abscheiden einer solchen Schicht kann ein Eintauchen des Halbleitergehäuses 100 in einem galvanischen Bad, z.B. einem Verzinnungsbad umfassen.
  • 2A zeigt ein Halbleitergehäuse 200 nach dem galvanischen Abscheiden einer ersten galvanischen Schicht 116 auf den Außenkontakten 112. Das Halbleitergehäuse 200 unterscheidet sich von dem Halbleitergehäuse 100 nur dadurch, dass es nicht das Muster mit den ersten Parzellen 108 mit der ersten mittleren Rauheit und den zweiten Parzellen 110 mit der zweiten mittleren Rauheit aufweist.
  • Durch das Eintauchen des Halbleitergehäuses 200 in einem galvanischen Bad wird nicht nur auf den Außenkontakten 112 die erste galvanische Schicht 116 erzeugt, sondern es wird (in unerwünschter Weise) auch auf dem Metallblech 106 eine zweite galvanische Schicht 118 erzeugt, da das Metallblech 106 ebenso wie die Außenkontakte 112 an dem Einkapselungskörper 104 freiliegt.
  • 2B zeigt das Halbleitergehäuse 200 nach der Anbringung an einer Platine 202. Die Anbringung des Halbleitergehäuses 200 an der Platine 202 kann einen Reflow-Lötvorgang umfassen, durch den sowohl die erste galvanische Schicht 116 als auch die zweite galvanische Schicht 118 verflüssigt wird. Dies kann dazu führen, dass die zweite galvanische Schicht 118 etwa aufgrund ihrer Oberflächenspannung Unebenheiten ausbildet wie in 2B gezeigt. Diese Unebenheiten weisen eine bestimmte Tiefe t über dem Halbleitergehäuse 200 auf. Die Tiefe t kann z.B. ca. 40µm oder auch mehr betragen.
  • 2C zeigt das Halbleitergehäuse 200 nach der Anbringung eines Kühlkörpers 204 über dem Metallblech 106. Eine Thermoleitpaste 206 ist zwischen dem Kühlkörper 204 und der zweiten galvanischen Schicht 118 angeordnet. Die Thermoleitpaste 206 erlaubt einen Wärmetransfer von dem Metallblech 106 zu dem Kühlkörper 204 und kann gleichzeitig für eine elektrische Isolierung des Metallblechs 106 vom Kühlkörper 204 sorgen.
  • Aufgrund der oben beschriebenen Unebenheiten in der zweiten galvanischen Schicht 118 kann die Thermoleitpaste 206 nicht nur in der minimalen Schichtdicke aufgetragen werden, die erforderlich ist, um die elektrische Isolierung zwischen Metallblech 106 und Kühlkörper 204 zu gewährleisten. Stattdessen muss die Thermoleitpaste 206 mit einer derartigen Dicke aufgetragen werden, dass auch eine maximale Tiefe t der Unebenheiten in der zweiten galvanischen Schicht überwunden wird. Dadurch wird der thermische Widerstand zwischen dem Metallblech 106 und dem Kühlkörper 204 erhöht.
  • Dieses Problem könnte dadurch gelöst werden, dass das Metallblech 106 während des Eintauchens des Halbleitergehäuses 200 in das galvanische Bad mit einer Abdeckung versehen wird. In diesem Fall würden die zweite galvanische Schicht 118 und damit auch die Unebenheiten in dieser gar nicht erst gebildet. Dies hat aber den Nachteil, dass eine derartige selektive Abdeckung des Metallblechs 106 (und ein Entfernen der Abdeckung vor der Anbringung des Kühlkörpers 204) den Herstellungsprozess des Halbleitergehäuses 200 verteuert.
  • Die maximale Tiefe t der Unebenheiten in der zweiten galvanischen Schicht 118 kann jedoch durch das weiter oben beschriebene Muster mit den ersten Parzellen 108 mit der ersten mittleren Rauheit und den zweiten Parzellen 110 mit der zweiten mittleren Rauheit auf ein annehmbares Maß reduziert oder sogar nahezu eliminiert werden. Das Muster verursacht nämlich, dass die zweite galvanische Schicht 118 sich nach dem Verflüssigen vornehmlich über den zweiten Parzellen 110 mit der relativ niedrigen mittleren Rauheit ansammelt und dabei vergleichsweise geringere Unebenheiten ausbildet, als wenn das Muster nicht vorhanden wäre. Mit dem Ausdruck „mittlerer Rauheit“ wird hierin das Maß der Oberflächenrauheit der ersten Blechoberfläche 106_1 bezeichnet, insbesondere die gewollt glatte Oberfläche der ersten Parzellen 108 und die gewollten Unebenheiten der zweiten Parzellen 110. Der Ausdruck „Tiefe“ hingegen bezeichnet die Höhe der Oberflächenunregelmäßigkeiten der aufgetragenen Schicht 118 nach dem Reflow-Lötprozess.
  • 3A-3I zeigen eine Zinnschicht 302, die in einer Dicke von 8µm auf ein Muster von ersten Parzellen 108 und zweiten Parzellen 110 galvanisch aufgetragen wurde ( 3A). Nachdem die Zinnschicht 302 verflüssigt wurde, z.B. in einem Reflow-Ofen, beginnt die Zinnschicht sich unter dem Einfluss von Kohäsionskräften über zweiten Parzellen 110 mit der relativ niedrigen mittleren Rauheit anzusammeln ( 3B-3H). Diese Ansammlung der Zinnschicht 302 über den zweiten Parzellen 110 kann durch eine Minimierung der Oberflächenspannung der Zinnschicht 302 verursacht werden, wobei sich die Zinnschicht 302 auf solchen Teilen der Oberfläche ansammelt, die eine niedrigere mittlere Rauheit aufweisen, als andere Teile der Oberfläche. Mit anderen Worten, wird die Zinnschicht 302 über den ersten Parzellen 108 mit der relativ hohen mittleren Rauheit verdrängt. 3I zeigt das Ergebnis dieses Prozesses, die Zinnschicht 302 ist (fast) ausschließlich über den zweiten Parzellen 110 angeordnet.
  • Die in 3I dargestellte Aufteilung der ehemals zusammenhängenden Zinnschicht 302 in einzelne, nahezu unzusammenhängende Zinnflecken hat den Effekt, dass Unebenheiten im Zinn, wie sie in den 2B und 2C dargestellt sind, eine geringere maximale Tiefe t aufweisen, als bei einer zusammenhängenden Zinnschicht. Anders ausgedrückt, die Zinnflecken über dem Muster von ersten und zweiten Parzellen 108, 110 wie in 3I weisen eine geringere mittlere Tiefe t auf als die zufällig zusammenhängende Zinnschicht wie in 2B. Die Tiefe t in der zufällig zusammenhängenden Zinnschicht kann entstehen, weil die Zinnschicht ohne eine Oberflächengestaltung (ein Muster) der darunterliegenden Blechoberfläche beim Reflow-Lötprozess zufällige Unebenheiten mit einer relativ großen Tiefe t ausbilden kann. Durch die Gestaltung der Blechoberfläche (d.h. durch das Muster) hingegen kann die Tiefe t der sich ausbildenden Unebenheiten effektiv begrenzt werden. Durch das Muster lässt sich die maximale Tiefe t von z.B. ca. 32µm auf ca. 18µm, d.h. um ca. 44% reduzieren. Anders gesagt, die mittlere Tiefe t der auf dem Metallblech 106 galvanisch aufgetragenen Schicht 118 kann z.B. von ca. 40µm ohne das Muster reduziert werden auf z.B. 20µm oder 18µm oder weniger mit dem Muster.
  • Das Muster mit den ersten und zweiten Parzellen 108, 110 kann gegenüber der oben erwähnten Abdeckung des Metallblechs 106 im galvanischen Bad den Vorteil haben, dass es einfacher zu erzeugen ist und somit den Herstellungsprozess des Halbleitergehäuses 100 günstiger macht.
  • Die ersten Parzellen 108 können eine beliebige Oberflächenstruktur mit der vergleichsweise hohen mittleren Rauheit aufweisen, z.B. eine symmetrische Strukturierung oder auch eine unsymmetrische Strukturierung. Die Oberflächenstruktur kann Vertiefungen und/oder Erhöhungen aufweisen. Die Oberflächenstruktur kann Buckel, Furchen, Krater, Beulen etc. aufweisen.
  • Gemäß einem Beispiel kann das Muster mit den ersten und zweiten Parzellen 108, 110 erzeugt werden, indem das Metallblech 106 einem Walzprozess und/oder einem Stanzprozess unterzogen wird, wobei das Negativ des Musters von dem Walzwerkzeug bzw. Stanzwerkzeug auf das Metallblech 106 übertragen wird.
  • 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts 400 einer ersten Parzelle 108 mit der relativ hohen mittleren Rauheit. In dem Beispiel von 4 ist eine mögliche Oberflächenstruktur gezeigt, die die ersten Parzellen 108 aufweisen können und die die erwünschte mittlere Rauheit hat.
  • In dem Beispiel von 4 weist die Oberfläche der ersten Parzellen 108 eine Vielzahl von pyramidenförmigen Spitzen 402 auf, die in einer Matrix angeordnet sind. Die pyramidenförmigen Spitzen 402 können z.B. eine Höhe von 10µm, 20µm, 30µm, 40µm oder mehr aufweisen. Die pyramidenförmigen Spitzen 402 können z.B. eine Basislänge von 10µm, 20µm, 30µm, 40mm oder mehr aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die ersten Parzellen 108 z.B. kegelförmige Spitzen aufweisen oder Spitzen, die nicht in einer Matrix sondern in einer anderen Anordnung ausgerichtet sind.
  • 5 zeigt ein Beispiel eines Metallblechs 500. Das Metallblech 500 kann mit dem Metallblech 106 identisch sein und es kann an Stelle des Metallblechs 106 in dem Halbleitergehäuse 100 verwendet werden.
  • Das Metallblech 500 kann dasselbe Muster von ersten und zweiten Parzellen 108, 110 aufweisen, das bereits bezüglich dem Metallblech 106 beschrieben wurde. Gemäß einem Beispiel kann das Muster die gesamte obere Oberfläche des Metallblechs 500 bedecken. Gemäß einem anderen Beispiel kann das Muster nur einen Teil der oberen Oberfläche des Metallblechs 500 bedecken. Insbesondere kann das Metallblech 500 einen Rand 502 aufweisen, der um das Muster der ersten und zweiten Parzellen 108, 110 herum angeordnet ist. Der Rand 502 kann das Muster vollständig umschließen.
  • Der gesamte Rand 502 kann die relativ niedrige mittlere Rauheit (d.h. dieselbe mittlere Rauheit wie die zweiten Parzellen 110) aufweisen. Der Rand 502 kann eine minimale Breite bmin von mindestens 0,2mm aufweist, insbesondere mindestens 0,4mm oder mindestens 0,6mm. Der Rand 502 kann eine maximale Breite bmax von 1,5mm oder weniger aufweisen, insbesondere 1,0mm oder weniger.
  • Der Rand 502 kann an einer Stelle, an der die äußere Parzelle 504 des Musters von ersten und zweiten Parzellen 108, 110 eine zweite Parzelle 110 ist, eine lokale Breite b0 aufweisen. Der Rand 502 kann so ausgebildet sein, dass die Summe von lokaler Breite b0 und Kantenlänge k der äußeren Parzelle 504 für keine äußere Parzelle 504 mehr als 1,5mm oder mehr als 1,2mm oder mehr als 1,0mm beträgt.
  • Der Rand 502 mit der relativ niedrigen mittleren Rauheit kann den Zweck haben, die Herstellung des Einkapselungskörpers 104 zu verbessern. Der Einkapselungskörper kann z.B. durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden. Dabei wird ein Metallblech 106 bzw. 500 so in einem Spritzgusswerkzeug platziert, dass die zweite Blechoberfläche 106 2 in den Hohlraum des Spritzgusswerkzeugs zeigt. Dadurch, dass der Rand 502 die relativ niedrige mittlere Rauheit aufweist, kann dieser am Spritzgusswerkzeug dicht anliegen. Damit wird verhindert, dass Spritzgussmasse auf die erste Blechoberfläche 106_1 gelangen kann. Dies würde z.B. den thermischen Widerstand zwischen dem Metallblech 106 bzw. 500 und dem Kühlkörper 204 erhöhen.
  • Die minimale Breite bmin des Randes 502 kann so gewählt sein, dass der Rand 502 in dem Spritzgusswerkzeug die erste Blechoberfläche 106_1 vollständig abdichten kann. Die maximale Breite bmax des Randes 502 kann so gewählt sein, dass Unebenheiten der ersten galvanischen Schicht 116 (vgl. weiter oben) über dem Rand nicht größer sind als die Unebenheiten über dem Muster von ersten und zweiten Parzellen 108, 110.
  • 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Metallblechs 600, das mit den Metallblechen 106 bzw. 500 identisch sein kann, abgesehen von den unten genannten Unterschieden.
  • Das Metallblech 600 weist ebenfalls das Muster von ersten und zweiten Parzellen 108, 110 und den Rand 502 auf. Zusätzlich weist das Metallblech 600 noch einen Rahmen 602 auf, der die relativ hohe mittlere Rauheit aufweist. Der Rahmen 602 kann das Muster von ersten und zweiten Parzellen 108, 110 vollständig oder zumindest teilweise umgeben. Der Rahmen 602 kann den Zweck haben, zu verhindern, dass eine äußere Parzelle 504, die eine zweite Parzelle 110 ist, direkt an den Rand 502 mit der relativ niedrigen mittleren Rauheit angrenzt. Damit kann in dem Metallblech 600 der Fall nicht auftreten, dass die Kantenlänge k einer äußeren Parzelle 504 zu der lokalen Randbreite b0 addiert wird (vgl. 5).
  • Die Größe eines Fleckens Oberfläche mit der relativ niedrigen mittleren Rauheit kann somit auf dem Metallblech 600 stärker begrenzt sein als auf dem Metallblech 500. Dies kann dazu beitragen, die maximale Tiefe t der Unebenheiten in der ersten galvanischen Schicht 116 über dem Metallblech 600 gezielter zu begrenzen.
  • Die 7A-7F zeigen Beispiele von möglichen Mustern von ersten und zweiten Parzellen 108, 110, welche die Metallbleche 106, 500 und 600 anstelle eines Schachbrettmusters aufweisen können.
  • Gemäß dem Beispiel von 7A können die ersten und zweiten Parzellen 108, 110 die Form von Dreiecken, z.B. gleichseitigen Dreiecken aufweisen. Die Dreiecke können in einer Matrix angeordnet sein.
  • Gemäß dem Beispiel von 7B können die ersten und zweiten Parzellen 108, 110 die Form von Kreisen aufweisen. Die Kreise können in einer Matrix angeordnet sein. Benachbarte Kreise können sich jeweils tangieren. Zwischenräume 702 zwischen benachbarten Kreisen können die relativ niedrigere mittlere Rauheit aufweisen.
  • Gemäß dem Beispiel von 7C können aufeinanderfolgende Zwischenräume 702 jeweils die relativ niedrigere mittlere Rauheit und die relativ höhere mittlere Rauheit aufweisen.
  • Gemäß dem Beispiel von 7D können die ersten und zweiten Parzellen 108, 110 regelmäßige Sechsecke sein. Die ersten Parzellen 108 bzw. die zweiten Parzellen 110 können in aufeinanderfolgenden Reihen oder Spalten angeordnet sein.
  • Gemäß dem Beispiel von 7E können die ersten Parzellen 108 bzw. die zweiten Parzellen 110 auch in aufeinanderfolgenden Diagonalen angeordnet sein.
  • Gemäß dem Beispiel von 7F können die ersten und zweiten Parzellen 108, 110 jeweils eine rechteckige Form aufweisen und abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sein.
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800 zum Herstellen eines Halbleitergehäuses. Das Verfahren 800 kann z.B. dazu genutzt werden, das Halbleitergehäuse 100 herzustellen.
  • Das Verfahren 800 umfasst bei 801 ein Bereitstellen eines Halbleiterchips, bei 802 ein Bereitstellen eines Metallblechs mit einer ersten Blechoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche, wobei der Halbleiterchip an der zweiten Blechoberfläche angeordnet ist und bei 803 ein Einkapseln des Halbleiterchips in einem Einkapselungskörper, wobei die erste Blechoberfläche an dem Einkapselungskörper freiliegt und wobei die erste Blechoberfläche ein Muster von ersten Parzellen mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist.
  • Gemäß einem Beispiel kann das Verfahren 800 ferner umfassen, dass das Metallblech gestanzt wird, um das Muster zu erzeugen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Verfahren 800 umfassen, dass das Metallblech gewalzt wird, um das Muster zu erzeugen. Dieses Stanzen bzw. Walzen kann z.B. Teil eines Vereinzelungsprozesses sein, mit dem das Metallblech aus einem Leiterrahmen vereinzelt wird. Gemäß einem Beispiel kann das Verfahren 800 ferner ein galvanisches Abscheiden einer Metallschicht auf der ersten Blechoberfläche umfassen. Das galvanische Abscheiden kann z.B. dadurch erfolgen, dass das Halbleitergehäuse in ein galvanisches Bad, z.B. in ein Verzinnungsbad getaucht wird. Das Verfahren 800 kann ferner umfassen, dass eine Wärmeleitpaste auf der Metallschicht aufgetragen wird und ein Kühlkörper auf der Wärmeleitpaste angeordnet wird.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden werden das Halbleitergehäuse, das Metallblech zum Einsatz in einem Halbleitergehäuse und das Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergehäuses anhand von Beispielen näher erläutert.
  • Beispiel 1 ist ein Halbleitergehäuse umfassend: einen Halbleiterchip, einen Einkapselungskörper, der den Halbleiterchip einkapselt und ein Metallblech mit einer ersten Blechoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche, wobei die erste Blechoberfläche an dem Einkapselungskörper freiliegt und wobei der Halbleiterchip an der zweiten Blechoberfläche angeordnet ist und wobei die erste Blechoberfläche ein Muster mit ersten Parzellen mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist.
  • Beispiel 2 ist ein Halbleitergehäuse nach Beispiel 1, wobei das Muster ein Schachbrettmuster, oder ein Muster von in einer Matrix angeordneten Dreiecken, Kreisen, Sechsecken oder Rechtecken umfasst.
  • Beispiel 3 ist ein Halbleitergehäuse nach Beispiel 1 oder 2, wobei die ersten Parzellen eine mittlere Rauheit von 10µm oder mehr aufweisen, insbesondere eine mittlere Rauheit von 30µm.
  • Beispiel 4 ist ein Halbleitergehäuse nach Beispiel 3, wobei die zweiten Parzellen eine mittlere Rauheit von 0,5µm oder weniger aufweisen, insbesondere 0,2µm oder weniger.
  • Beispiel 5 ist ein Halbleitergehäuse nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die ersten Parzellen eine Kantenlänge von 1,5mm oder weniger aufweisen, insbesondere 1,0mm oder weniger.
  • Beispiel 6 ist ein Halbleitergehäuse nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Muster vollständig von einem Rand der ersten Blechoberfläche umgeben ist, wobei der Rand eine Breite von mindestens 0,2mm aufweist, insbesondere mindestens 0,4mm, und wobei der Rand die zweite mittlere Rauheit aufweist.
  • Beispiel 7 ist ein Halbleitergehäuse nach Beispiel 6, wobei die Breite des Randes 1,5mm oder weniger beträgt, insbesondere 1,0mm oder weniger.
  • Beispiel 8 ist ein Halbleitergehäuse nach einem der vorhergehenden Beispiele, ferner umfassend: eine galvanische Schicht, die auf dem Muster angebracht ist, wobei die galvanische Schicht vornehmlich über den zweiten Parzellen angeordnet ist.
  • Beispiel 9 ist ein Halbleitergehäuse nach Beispiel 8, ferner umfassend: einen Kühlkörper, der über der ersten Blechoberfläche angeordnet ist, wobei eine Wärmeleitpaste zwischen dem Kühlkörper und der galvanischen Schicht angeordnet ist.
  • Beispiel 10 ist ein Halbleitergehäuse nach Beispiel 8 oder 9, wobei die galvanische Schicht eine mittlere Rauheit von 10µm oder weniger aufweist, insbesondere 9µm oder weniger.
  • Beispiel 11 ist ein Halbleitergehäuse nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die erste Blechoberfläche an einer ersten Oberfläche des Einkapselungskörpers freiliegt, das Halbleitergehäuse ferner umfassend: Außenkontakte, die an einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Einkapselungskörpers angeordnet sind.
  • Beispiel 12 ist ein Metallblech zur Anwendung in einem Halbleitergehäuse, das Metallblech umfassend: eine erste Blechoberfläche und eine gegenüberliegende zweiten Blechoberfläche, wobei die zweite Blechoberfläche zur Anbringung an einem Halbleiterchip ausgebildet ist, und wobei die erste Blechoberfläche ein Muster von ersten Parzellen mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist.
  • Beispiel 13 ist ein Halbleitergehäuse nach Beispiel 12, wobei das Muster ein Schachbrettmuster umfasst.
  • Beispiel 14 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergehäuses, das Verfahren umfassend: Bereitstellen eines Halbleiterchips, Bereitstellen eines Metallblechs mit einer ersten Blechoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche, wobei der Halbleiterchip an der zweiten Blechoberfläche angeordnet ist, und Einkapseln des Halbleiterchips in einem Einkapselungskörper, wobei die erste Blechoberfläche an dem Einkapselungskörper freiliegt, und wobei die erste Blechoberfläche ein Muster von ersten Parzellen mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist.
  • Beispiel 15 ist ein Verfahren nach Beispiel 14, ferner umfassend: Stanzen des Metallblechs, um das Muster zu erzeugen.
  • Beispiel 16 ist ein Verfahren nach Beispiel 14, ferner umfassend: Walzen des Metallblechs, um das Muster zu erzeugen.
  • Beispiel 17 ist ein Verfahren nach einem der Beispiele 14 bis 16, ferner umfassend: galvanisches Abscheiden einer Metallschicht auf der ersten Blechoberfläche.
  • Beispiel 18 ist ein Verfahren nach Beispiel 17, ferner umfassend: Auftragen einer Wärmeleitpaste auf der Metallschicht, und Anordnen eines Kühlkörpers auf der Wärmeleitpaste.
  • Beispiel 19 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Halbleitergehäuses, wobei die Vorrichtung Mitteln zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Beispiele 14 bis 18 aufweist.

Claims (15)

  1. Halbleitergehäuse (100), umfassend: einen Halbleiterchip (102), einen Einkapselungskörper (104), der den Halbleiterchip (102) einkapselt, und ein Metallblech (106) mit einer ersten Blechoberfläche (106_1) und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche (106_2), wobei die erste Blechoberfläche (106_1) an dem Einkapselungskörper (104) freiliegt und wobei der Halbleiterchip (102) an der zweiten Blechoberfläche (106_2) angeordnet ist, wobei die erste Blechoberfläche (106_1) ein Muster mit ersten Parzellen (108) mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen (110) mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist, und wobei das Muster ein Schachbrettmuster, oder ein Muster von in einer Matrix angeordneten Dreiecken, Kreisen, Sechsecken oder Vierecken umfasst.
  2. Halbleitergehäuse (100) nach Anspruch 1, wobei die ersten Parzellen (108) eine mittlere Rauheit von 10µm oder mehr aufweisen, insbesondere eine mittlere Rauheit von 30µm, und/oder wobei die zweiten Parzellen (110) eine mittlere Rauheit von 0,5µm oder weniger aufweisen, insbesondere 0,2µm oder weniger.
  3. Halbleitergehäuse (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (102) ein monolithischer Halbleitertransistorchip ist.
  4. Halbleitergehäuse (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Muster vollständig von einem Rand der ersten Blechoberfläche (106_1) umgeben ist, wobei der Rand eine Breite von mindestens 0,2mm aufweist, insbesondere mindestens 0,4mm, und wobei der Rand die zweite mittlere Rauheit aufweist.
  5. Halbleitergehäuse (100) nach Anspruch 4, wobei die Breite des Randes 1,5mm oder weniger beträgt, insbesondere 1,0mm oder weniger.
  6. Halbleitergehäuse (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine galvanische Schicht (118), die auf dem Muster angebracht ist, wobei die galvanische Schicht (118) vornehmlich über den zweiten Parzellen (110) angeordnet ist.
  7. Halbleitergehäuse (100) nach Anspruch 6, ferner umfassend: einen Kühlkörper (204), der über der ersten Blechoberfläche (106_1) angeordnet ist, wobei eine Wärmeleitpaste (206) zwischen dem Kühlkörper (204) und der galvanischen Schicht (118) angeordnet ist.
  8. Halbleitergehäuse (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die galvanische Schicht (118) eine mittlere Rauheit von 10µm oder weniger aufweist, insbesondere 9µm oder weniger.
  9. Halbleitergehäuse (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Blechoberfläche (106_1) an einer ersten Oberfläche des Einkapselungskörpers (104) freiliegt, das Halbleitergehäuse (100) ferner umfassend: Außenkontakte (112), die an einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Einkapselungskörpers (104) angeordnet sind.
  10. Metallblech (106) zur Anwendung in einem Halbleitergehäuse (100), das Metallblech (106) umfassend: eine erste Blechoberfläche (106_1) und eine gegenüberliegende zweiten Blechoberfläche (106_2), wobei die zweite Blechoberfläche (106 2) zur Anbringung an einem Halbleiterchip (102) ausgebildet ist, wobei die erste Blechoberfläche (106 1) ein Muster von ersten Parzellen (108) mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen (110) mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist, und wobei das Muster ein Schachbrettmuster, oder ein Muster von in einer Matrix angeordneten Dreiecken, Kreisen, Sechsecken oder Vierecken umfasst.
  11. Verfahren (800) zum Herstellen eines Halbleitergehäuses, das Verfahren umfassend: Bereitstellen (801) eines Halbleiterchips, Bereitstellen (802) eines Metallblechs mit einer ersten Blechoberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Blechoberfläche, wobei der Halbleiterchip an der zweiten Blechoberfläche angeordnet ist, und Einkapseln (803) des Halbleiterchips in einem Einkapselungskörper, wobei die erste Blechoberfläche an dem Einkapselungskörper freiliegt, wobei die erste Blechoberfläche ein Muster von ersten Parzellen mit einer ersten mittleren Rauheit und zweiten Parzellen mit einer zweiten mittleren Rauheit aufweist, wobei die erste mittlere Rauheit größer als die zweite mittlere Rauheit ist, und wobei das Muster ein Schachbrettmuster, oder ein Muster von in einer Matrix angeordneten Dreiecken, Kreisen, Sechsecken oder Vierecken umfasst.
  12. Verfahren (800) nach Anspruch 11, ferner umfassend: Stanzen des Metallblechs, um das Muster zu erzeugen.
  13. Verfahren (800) nach Anspruch 11, ferner umfassend: Walzen des Metallblechs, um das Muster zu erzeugen.
  14. Verfahren (800) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend: galvanisches Abscheiden einer Metallschicht auf der ersten Blechoberfläche.
  15. Verfahren (800) nach Anspruch 14, ferner umfassend: Auftragen einer Wärmeleitpaste auf der Metallschicht, und Anordnen eines Kühlkörpers auf der Wärmeleitpaste.
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